(一)地质作用概述
古老的地球在其几十亿年的历史中不断发展、变化。沧海变桑田,是长期缓慢变化的积累;而地震与火山的瞬间爆发,则使我们真切感受到了改变地球面貌的巨大力量。这种施加于地壳的自然力叫地质营力(或地质动力)。由地球内部能量(如地球转动、地心引力和放射性元素蜕变等)产生的叫地质内营力;由外部能量(如太阳辐射、日月引力等)产生的叫地质外营力。
表1-6 岩石可钻性分类
由地质营力引起的,使地壳的物质成分、地壳构造、地表形态发生变化的作用,叫地质作用。外营力引起的叫外力地质作用;内营力引起的叫内力地质作用。
地质作用对地球的改造既有破坏性的一面,也有建设性的一面。如外力在河流上游不断破坏地表,又不断把破碎物带到下游沉积,形成新的陆地。岩浆喷发能造成巨大危害,但岩浆活动又能生成多种矿产。地壳中的物质在内外地质作用过程中迁移、聚集形成矿床;而围岩及上覆地层的风化、松散、倾斜、褶曲或断裂,又使钻探工程面对许多困难。
(二)外力地质作用
1.风化作用
(1)风化作用概念
暴露于地表及其附近的岩石,在大气、温度、水和生物的联合影响下,物理性质和化学成分发生变化的作用,称风化作用。
(2)风化作用分类
1)按产生风化的原因和特征分,岩石风化作用可分如下三种:①物理风化作用:即只改变岩石物理性质、而不改变化学成分。②化学风化作用:是指大气、水及水中溶解物使岩石破坏,化学成分发生显著改变的作用。③生物风化作用:是指生物对岩石的破坏作用。当形成的岩石所处的环境发生变化时,岩石就会发生风化作用。
2)岩石按风化程度的划分和分类
A.国标《GB50021—2001 岩土工程勘察规范》对岩石风化程度的划分和分类
国标《GB50021—2001 岩土工程勘察规范》表A.0.3规定,岩石按风化程度的划分和分类如表1-7。
表1-7 岩石风化程度分类
注:①波速比Kv为风化岩石与新鲜岩石压缩波速度之比。
②风化系数Kf为风化岩石与新鲜岩石饱和单轴抗压强度之比。
③岩石按风化程度,除按表列野外特征和定量指标划分外,也可根据当地经验划分。
④花岗石类岩石,可采用标准贯入试验划分,N≥50为强风化;50＞N≥30为全风化;N＜30为残积土。
⑤泥岩和半成岩,可不进行风化程度划分。
B.其他工程地质勘察规范对岩石风化程度的划分和分类
a.《GB50487—2008 水利水电工程地质勘察规范》附录E对岩体风化带的划分规定见表1-8。
表1-8 岩体风化带划分规定
续表
注:使用此表时,遇有下列情况之一时,岩体风化带的划分可适当调整:
①当某一级风化岩体厚度很大需要进一步细分时,可再分出二至三个次一级亚带,分别采用上、中、下带命名。
②选择性风化作用地区,当发育囊状风化、隔层风化、沿裂隙风化等特定形态的风化带时,可根据岩石的风化状态确定其等级。
③某些特定地区,岩体风化剖面呈非连续性过渡时,分级可缺少一级或二级。
b.《JTGC20-2011公路工程地质勘察规范》对岩石风化程度的划分规定见表1-9。
表1-9 《JTGC20-2011公路工程地质勘察规范》岩石风化程度划分
注:①波速比Kv为风化岩石弹性纵波速度与新鲜岩石弹性纵波速度之比。
②风化系数Kf为风化岩石与新鲜岩石的单轴饱和抗压强度之比。
③当波速比Kv、风化系数Kf,及野外特征与表列不对应时,岩石风化程度宜综合判定。
c.《TB10077-2001铁路工程岩土分类标准》对岩体风化程度分带划分规定见表1-10。
表1-10 《TB10077—2001铁路工程岩土分类标准》岩体风化程度分带
注:①Kf是同一岩体中风化岩石的单轴饱和抗压强度与未风化岩石的单轴饱和抗压强度的比值。
②Kp是同一岩体中风化岩体的纵波波速与未风化岩体纵波波速的比值。
2.剥蚀作用
地面流水、地下水、湖、海、冰川、风等外动力在运动过程中破坏岩石,并使破坏产物剥离的作用叫剥蚀作用。剥蚀作用一方面将风化产物剥离开来,让新鲜的岩石裸露并遭受进一步风化,另一方面它也单独地对岩石进行破坏。
3.搬运作用
风化、剥蚀产物通过地面流水、地下水、湖水、海水、冰川、风及生物等外动力,将其从原地搬运到沉积地区的作用,称为搬运作用。
4.沉积作用
被搬运的物质从搬运介质中分离、沉积下来的作用,称为沉积作用。
5.固结成岩作用
松散和沉积物掩埋地下,经物理、化学和生物的作用,压固、胶结或重结晶变成坚固岩石的作用,称固结成岩作用(或成岩作用)。
(三)内力地质作用
1.地壳运动
地壳运动指地球内动力引起的地壳岩石变形和变位的机械运动。地壳运动有水平和垂直两种。
2.岩浆作用
地壳深部及上地幔中的高温岩浆冲破地壳软弱带上升,侵入到地壳不同深度或喷出地表,随温度、压力降低,最后冷凝成岩。通常将岩浆的形成、活动以及冷凝的过程称为岩浆作用。岩浆作用有喷出和侵入两种表现形式。
3.变质作用
已形成的岩石在温度、压力或外来化学活性物质参与下,矿物成分、结构、构造发生不同程度的变化,形成新的岩石类型叫变质作用。变质作用不同于风化作用,常常发生于地表以下的高温高压环境。
4.地震作用
地震是一种普遍的地质现象,它是地球内部聚蓄的能量迅速释放时,地壳产生快速颤动的现象。孕震、发震和余震的全部作用过程称为地震作用。