大理石、花崗巖硬度級別分析

巖石硬度分級            

巖石級別 

堅固程度

代表性巖石

 I

  最堅固

最堅固、緻密、有韌性的石英巖、玄武巖和其它各種特別堅固的巖石。（f=20）200MPa

II 

 很堅固

很堅固的花崗巖、石英斑巖、矽質片巖、較堅固的石英巖、最堅固的砂巖和石灰巖。（f=15）150 MPa

III 

堅固

緻密的花崗巖、很堅固的砂巖和石灰巖、石英礦脈、堅固的礫巖、很堅固的鐵礦石。（f=10）100 MPa

IIIa  

堅固

堅固的砂巖、石灰巖、大理石、白雲巖、黃鐵礦、不堅固的花崗巖。（f=8）80 MPa

IV  

比較堅固

一般的砂巖、鐵礦石。（f=6）60 MPa

IVa  

比較堅固

  砂質頁巖、頁巖質砂巖。（f=5）50 MPa

V  

中等堅固

堅固的泥質頁巖、不堅固的砂巖和石灰巖、軟礫石。（f=4）40 MPa

Va

中等堅固

各種不堅固的頁巖、緻密的泥灰巖。（f=3）30 MPa

VI

比較軟

軟弱頁巖、很軟的石灰巖、白堊、鹽巖、石膏、無煙煤、破碎的砂巖和石質土壤。（f=2）20 MPa

VIa

比較軟

碎石質土壤，破碎的頁巖，粘結成塊的礫石、碎石，堅固的煤，硬化的粘土。（f=1.5）15 MPa

VII

軟

軟緻密粘土、較軟的煤、堅固的衝擊土層、粘土質土壤。（f=1）

VIIa

軟

軟砂質粘土、礫石，黃土。（f=0.8）8 MPa

VIII

土狀

腐殖土，泥煤，軟沙質土壤，溼砂。（f=0.6）6 MPa

IX

鬆散的

砂，山礫堆積，細礫石，鬆土，開採下來的煤。（f=0.5）5 MPa

X

流沙狀

流沙，沼澤土壤，含水黃土和其它含水土壤。（f=0.3）3 MPa

人們在長期的實踐中認識到，有些巖石不容易破壞，有一些則難以破碎，難以破碎的巖石一般也難以鑿巖，難以爆破，則它們的硬度也比較大，概括地說就是比較堅固。因此人們就用巖石的堅固性這個概念來表示巖石在破碎時的難易程度。

堅固性大小用堅固性係數來表示又叫硬度係數，也叫普氏硬度係數（f值）。

堅固性係數f=R/100(R單位 Kg/cm2)    R-巖石標準試樣的單向極限抗壓強度值。如：

①　極堅固巖石f=15~20（堅固的花崗巖、石英巖、石灰巖等）

②　堅固巖石f=8~10（不堅固的花崗巖，堅固的砂巖等）

③　中等堅固巖石f=4~6（普通砂巖，鐵礦等）

④　不堅固巖石f=0.8~3（如黃土，僅為0.3）

礦巖的堅固性也是一種抵抗外力的性質，但它與礦巖的強度卻是兩種不同的概念。強度是指礦巖抗壓縮、拉伸、彎曲及剪切等單向作用的性能，而堅固性所抵抗的外力卻是一種綜合的外力（如抵抗鍬、鎬、機械破碎，炸藥的綜合作用力）。

巖石分級 

巖石分為三大類：1.巖漿巖{噴出巖}，2.沉積巖，3.變質巖。

1、巖漿巖主要有:花崗巖,安山巖,閃長巖,流紋巖,玄武巖輝長巖等等.

2、沉積巖主要有:石英砂巖,石灰礫巖,泥鐵巖,白雲巖,泥巖,石膏等.

3、變質巖主要有:片麻巖,綠泥石片巖,千枚巖,大理巖,雲母片巖等等。雖然巖石的面貌是千變萬化的，但是從它們形成的環境，也就是從成因上來劃分，可以把巖石分為三大類：沉積巖、巖漿巖和變質巖。

沉積巖是在地表或近地表不太深的地方形成的一種巖石類型。它是由風化產物、火山物質、有機物質等碎屑物質在常溫常壓下經過搬運、沉積和石化作用，最後形成的巖石。不論那種方式形成的碎屑物質都要經歷搬運過程，然後在合適的環境中沉積下來，經過漫長的壓實作用，石化成堅硬的沉積巖。

沉積巖依照沈積物顆粒的大小又分礫巖、砂巖、頁巖、石灰巖.沉積巖的形成

1.風化侵蝕：在河流上的大石頭，經年累月被侵蝕風化，逐漸崩解成小的沙泥、碎屑。

2.搬運：這些碎屑被水流從上遊搬運到下遊。

3.堆積：下遊流速減緩，搬運力減小，巖石碎屑便沉積下來。

4.壓密：新的沉積物壓在舊的沉積物上，時間久了，底下的沉積物被壓得較緊實。

5.膠結：地下水經過沉積物的孔隙，帶來的礦物質填滿孔隙，使巖石碎屑顆粒緊緊膠結在一起，形成沉積巖。

6.露出：堆積在海底的沉積巖層在板塊運動的推擠下拱出海面，露出地表。

巖漿巖也叫火成巖，是在地殼深處或在上地幔中形成的巖漿，在侵入到地殼上部或者噴出到地表冷卻固結並經過結晶作用而形成的巖石。因為它生成的條件與沉積巖差別很大，因此，它的特點也與沉積巖明顯不同。

巖漿巖又分安山巖、玄武巖、花崗巖。 由地底巖漿冷卻凝固形成，由於巖漿成分和冷卻凝固方式不同，便形成不同的火成巖。巖漿巖的形成:

1.安山巖：巖漿藉由火山口噴發出地面，快速冷卻形成的。

2.玄武巖：巖漿經由緩和噴發漫流而出，逐漸冷凝形成的。

3.花崗巖：巖漿並不噴出地面，而是在地底下慢慢冷卻形成的。

在地殼形成和發展過程中，早先形成的巖石，包括沉積巖、巖漿巖，由於後來地質環境和物理化學條件的變化，在固態情況下發生了礦物組成調整、結構構造改變甚至化學成分的變化，而形成一種新的巖石，這種巖石被稱為變質巖。變質巖是大陸地殼中最主要的巖石類型之一。

變質巖又分：板巖、片巖、片麻巖、大理巖。

1.為變質前的巖層：由於沉積或火山作用，堆積出一層層巖層。

2.擠壓巖層：在強大擠壓和摩擦力之下，產生溫度和壓力，使得深埋在地底下的巖石發生變質作用。

3.變質成新巖石：巖石裡零散分布的礦物結晶會呈規矩排列，或生出新礦物來，而變成各種新的變質巖。

巖石對人類來說，並不陌生。由動物進化為人類後的第一個時代就是石器時代。那時，我們的祖先用石頭作為與大自然作鬥爭的工具。那麼什麼是巖石呢？現代地質學稱石頭為巖石，巖石的「巖」字在古代是山崖和山穴的意思，表示山勢高峻、峰嶺陡峭的地勢；「石」字則是指磬、碑、硯、隕星等。自從18世紀地質學誕生以來，「巖石」一詞就不再沿用古義了，我們可以給巖石下這樣一個定義：巖石是各種地質作用形成的自然歷史產物，是構成地殼的基本組成單位，是由礦物及非晶質組成的，具有一定結構、構造的固態地質體。外觀上巖石是多種多樣的，但從成因上看，可將所有的巖石歸為三大類，即巖漿巖、沉積巖和變質巖，這就是自然界三大類巖石。這三大類巖石在地殼中是怎樣分布的呢？在全球陸地表面，沉積巖覆蓋了75%，巖漿巖和變質巖加在一起才只佔陸地面積的1/4。但是到了地下深處，沉積巖逐漸變成了「少數民族」。在整個地殼中，沉積巖只佔到地殼體積的8%，變質巖佔了27%，剩下的65%都是巖漿巖。

巖石在太陽輻射、大氣、水和生物作用下出現破碎、疏鬆及礦物成分次生變化的現象。導致上述現象的作用稱風化作用。分為：

①物理風化作用。主要包括溫度變化引起的巖石脹縮、巖石裂隙中水的凍結和鹽類結晶引起的撐脹、巖石因荷載解除引起的膨脹等。

②化學風化作用。包括：水對巖石的溶解作用；礦物吸收水分形成新的含水礦物，從而引起巖石膨脹崩解的水化作用；礦物與水反應分解為新礦物的水解作用；巖石因受空氣或水中游離氧作用而致破壞的氧化作用。

③生物風化作用。包括動物和植物對巖石的破壞，其對巖石的機械破壞亦屬物理風化作用，其屍體分解對巖石的侵蝕亦屬化學風化作用。人為破壞也是巖石風化的重要原因。巖石風化程度可分為全風化、強風化、弱風化和微風化4個級別。

大約在200年前，人們可能認為高山、湖泊和沙漠都是地球上永恆不變的特徵。可現在我們已經知道高山最終將被風化和剝蝕為平地，湖泊終將被沉積物和植被填滿，沙漠會隨著氣候的變化而行蹤不定。地球上的物質永無止境地運動著。暴露在地殼表面的大部分巖石都處在與其形成時不同的物理化學條件下，而且地表富含氧氣、二氧化碳和水，因而巖石極易發生變化和破壞。表現為整塊的巖石變為碎塊，或其成分發生變化，最終使堅硬的巖石變成鬆散的碎屑和土壤。礦物和巖石在地表條件下發生的機械碎裂和化學分解過程稱為風化。由於風、水流及冰川等動力將風化作用的產物搬離原地的作用過程叫做剝蝕。

地表巖石在原地發生機械破碎而不改變其化學成分也不新礦物的作用稱物理風化作用。如礦物巖石的熱脹冷縮、冰劈作用、層裂和鹽分結晶等作用均可使巖石由大塊變成小塊以至完全碎裂。化學風化作用是指地表巖石受到水、氧氣和二氧化碳的作用而發生化學成分和礦物成分變化，並產生新礦物的作用。主要通過溶解作用水化作用水解作用碳酸化作用和氧化作用等式進行。

雖然所有的巖石都會風化，但並不是都按同一條路徑或同一個速率發生變化。經過長年累月對不同條件下風化巖石的觀察，我們知道巖石特徵、氣候和地形條件是控制巖石風化的主要因素。不同的巖石具有不同的礦物組成和結構構造，不同礦物的溶解性差異很大。節理、層理和孔隙的分布狀況和礦物的粒度，又決定了巖石的易碎性和表面積。風化速率的差異，可以從不同巖石類型的石碑上表現出來。如花崗巖石碑，其成分主要是矽酸鹽礦物。這種石碑就能很好地抵禦化學風化。而大理巖石碑則明顯地容易遭受風化。

氣候因素主要是通過氣溫、降雨量以及生物的繁殖狀況而表現的。在溫暖和潮溼的環境下，氣溫高，降雨量大，植物茂密，微生物活躍，化學風化作用速度快而充分，巖石的分解向縱深發展可形成巨厚的風化層。在極地和沙漠地區，由於氣候乾冷，化學風化的作用不大，巖石易破碎為稜角狀的碎屑。最典型的例子，是將矗立於乾燥的埃及已35個世紀並保存完好的克列奧帕特拉花崗巖尖柱塔，搬移到空氣汙染嚴重的紐約城中心公園之後，僅過了75年就已面目全非。

地勢的高度影響到氣候：中低緯度的高山區山麓與山頂的溫度、氣候差別很大，其生物界面貌顯著不同。因而風化作用也存在顯著的差別。地勢的起伏程度對於風化作用也具普遍意義：地勢起伏大的山區，風化產物易被外力剝蝕而使基巖裸露，加速風化。山坡的方向涉及到氣候和日照強度，如山體的向陽坡日照強，雨水多，而山體的背陽坡可能常年冰雪不化，顯然巖石的風化特點差別較大。

剝蝕與風化作用在大自然中相輔相成，只有當巖石被風化後，才易被剝蝕。而當巖石被剝蝕後，才能露出新鮮的巖石，使之繼續風化。風化產物的搬運是剝蝕作用的主要體現。當巖屑隨著搬運介質，如風或水等流動時，會對地表、河床及湖岸帶產生侵蝕。這樣也就產生更多的碎屑，為沉積作用提供了物質條件。

巖石在日光、水分、生物和空氣的作用下，逐漸被破壞和分解為沙和泥土，稱為風化作用。沙和泥土就是巖石風化後的產物。

山地的中的巖石極為多樣，差別很大，進行工程分類十分必要。《94規範》首先按巖石強度分類，再進行風化分類。按巖石強度分為極硬、次硬、次軟和極軟，列舉了代表性巖石名稱。又以新鮮巖塊的飽和抗壓強度30MPa為分界標準。問題在於，新鮮的末風化的巖塊在現場有時很難取得，難以執行。

巖石的分類可以分為地質分類和工程分類。地質分類主要根據其地質成因、礦物成分、結構構造和風化程度，可以用地質名稱(即巖石學名稱)加風化程度表達，如強風化花崗巖、微風化砂巖等。這對於工程的勘察設計確是十分必要的。工程分類主要根據巖體的工程性狀，使工程師建立起明確的工程特性概念。地質分類是一種基本分類，工程分類應在地質分類的基礎上進行，目的是為了較好地概括其工程性質，便於進行工程評價。

為此，本次修訂除了規定應確定地質名稱和風化程度外，增加了巖塊的「堅硬程度」、巖體的「完整程度」和「巖體基本質量等級」的劃分。並分別提出了定性和定量的劃分標準和方法，可操作性較強。巖石的堅硬程度直接與地基的承載力和變形性質有關，其重要性是無疑的。巖體的完整程度反映了它的裂隙性，而裂隙性是巖體十分重要的特性，破碎巖石的強度和穩定性較完整巖石大大削弱，尤其對邊坡和基坑工程更為突出。

本次修訂將巖石的堅硬程度和巖體的完整程度各分五級，二者綜合又分五個基本質量等級。與國標《工程巖體分級標準》(GB50218-94)和《建築地基基礎設計規範》(GB50007-2002)協調一致。

劃分出極軟巖十分重要，因為這類巖石不僅極軟，而且常有特殊的工程性質，例如某些泥巖具有很高的膨脹性；泥質砂巖、全風化花崗巖等有很強的軟化性(單軸飽和抗壓強度可等於零)；有的第三紀砂巖遇水崩解，有流砂性質。劃分出極破碎巖體也很重要，有時開挖時很硬，暴露後逐漸崩解。片巖各向異性特別顯著，作為邊坡極易失穩。事實上，對於巖石地基，特別注意的主要是軟巖、極軟巖、破碎和極破碎的巖石以及基本質量等級為V級的巖石，對可取原狀試樣的，可用土工試驗方法測定其性狀和物理力學性質。

1 花崗巖，微風化：為較硬巖，完整，質量基本等級為Ⅱ級；

2 片麻巖，中等風化：為較軟巖，較破碎，質量基本等級為Ⅳ級；

3 泥巖，微風化：為軟巖，較完整，質量基本等級為Ⅳ級；

4 砂巖(第三紀)，微風化：為極軟巖，較完整，質量基本等級為V級；

5 糜稜巖(斷層帶)：極破碎，質量基本等級為V級。

巖石風化程度分為五級，與國際通用標準和習慣一致。為了便於比較，將殘積土也列在表A.0.3中。國際標準ISO／TC182／SCl也將風化程度分為五級，並列入殘積土。風化帶是逐漸過渡的，沒有明確的界線，有些情況不一定能劃分出五個完全的等級。一般花崗巖的風化分帶比較完全，而石灰巖、泥巖等常常不存在完全的風化分帶。這時可採用類似「中等風化-強風化』「強風化-全風化」等語句表述。同樣，巖體的完整性也可用類似的方法表述。第三系的砂巖、泥巖等半成巖，處於巖石與土之間，劃分風化帶意義不大，不一定都要描述風化。

關於軟化巖石和特殊性巖石的規定，與《94規範》相同，軟化巖石浸水後，其承載力會顯著降低，應引起重視。以軟化係數0.75為界限，是借鑑國內外有關規範和數十年工程經驗規定的。

石膏、巖鹽等易溶性巖石，膨脹性泥巖，溼陷性砂巖等，性質特殊，對工程有較大危害，應專門研究，故本規範將其專門列出。

巖石和巖體的野外描述十分重要，規定應當描述的內容是必要的。巖石質量指標RQD是國際上通用的鑑別巖石工程性質好壞的方法，國內也有較多經驗，《94規範》中已有反映，本次修訂作了更為明確的規定。

巖石是天然產出的具穩定外型的礦物或玻璃集合體，按照一定的方式結合而成。是構成地殼和上地幔的物質基礎。按成因分為巖漿巖、沉積巖和變質巖。其中巖漿巖是由高溫熔融的巖漿在地表或地下冷凝所形成的巖石，也稱火成巖；沉積巖是在地表條件下由風化作用、生物作用和火山作用的產物經水、空氣和冰川等外力的搬運、沉積和成巖固結而形成的巖石；變質巖是由先成的巖漿巖、沉積巖或變質巖，由於其所處地質環境的改變經變質作用而形成的巖石。

地殼深處和上地幔的上部主要由火成巖和變質巖組成。從地表向下16公裡範圍內火成巖和變質巖的體積佔95%。地殼表面以沉積巖為主，它們約佔大陸面積的75%，洋底幾乎全部為沉積物所覆蓋。

巖石學主要研究巖石的物質成分、結構、構造、分類命名、形成條件、分布規律、成因、成礦關係以及巖石的演化過程等。它屬地質科學中的重要的基礎學科。

十八世紀末巖石學從礦物學中脫胎出來而發展成一門獨立的學科。在巖石學發展的初期，主要研究的是火成巖，到了十九世紀中葉才開始系統地研究變質巖，而沉積巖直到二十世紀初才引起人們的注意。目前巖石學正沿著巖漿巖石學、沉積巖石學和變質巖石學三個主要的分支方向發展。

古老巖石都出現在大陸內部的結晶基底之中。代表性的巖石屬基性和超基性的火成巖。這些巖石由於受到強烈的變質作用已轉變為富含綠泥石和角閃石的變質巖，通常我們稱為綠巖。如1973年在西格陵蘭發現了同位素年齡約38億年的花崗片麻巖。1979年，巴屯等測定南非波波林帶中部的片麻巖年齡約39億年左右。

加拿大北部的變質巖—阿卡斯卡片麻巖是保存完好的古老地球表面的一部分。放射性年代測定表明阿卡斯卡片麻巖有將近40億年的年齡，從而說明某些大陸物質在地球形成之後幾億年就已經存在了。

最近，科學家在澳大利亞西南部發現了一批最古老的巖石，根據其中所含的鋯石礦物晶體的同位素分析結果，表明它們的「年齡」約為43億至44億歲，是迄今發現的地球上最古老的巖石樣本，根據這一發現可以推論，這些巖石形成時，地球上已經有了大陸和海洋。在地球誕生2億至3億年後，可能並不象人們所認為的那樣由熾熱的巖漿所覆蓋，而是已經冷卻到了足以形成固體地表和海洋的溫度。地球的圈層分異在距今44億年前可能就已經完成了。

目前在中國發現的最古老巖石是冀東地區的花崗片麻巖，其中包體的巖石年齡約為35億年。

澳大利亞西部Warrawoona群中的微化石在形態結構上比較完整。它們究竟是藍藻還是細菌目前尚難確定。通常認為，早期疊層石是藍藻建造的，疊層石是藍藻存在的指示。如果35億年前就已經出現藍藻，則說明釋氧的光合作用早就開始了，這便引出一個問題：為什麼直到20億年前大氣圈才積累自由氧呢？從35億年前到20億年前中間相隔15億年之久，為什麼氧的積累如此緩慢？對此當然有不同的解釋。例如近年來已經發現疊層石也可能完全由光合細菌建造，或甚至由非光合細菌建造。

最古老生命存在的間接證據中較重要的是格陵蘭西部條帶狀鐵建造(BIF)和輕碳同位素。如果證據成立，則由此可推斷在38億年前的地球上已經出現進行釋氧光合作用的微生物，即類似藍藻的生物。根據Cloud的解釋，BIF是由光和微生物周期性地釋氧而引起亞鐵氧化為高價鐵沉積下來的。輕碳同位素也是光合作用的間接證據。但反對的意見認為，BIF形成所需的氧可以通過大氣中的水分子的光分解來提供，而輕碳同位素可能來自碳酸鹽的熱分解。

疊層石是前寒武紀未發生變質的碳酸鹽沉積中最常見的一種「準化石」，是由原核生物所建造的有機沉積。這種疊層狀的生物沉積構造是由於藍藻等低等微生物在其生命活動中，通過沉積物的捕獲和膠結作用發生周期性的沉積作用而形成的。根據Walter(1983)的統計，在澳大利亞、北美和南非三個不同大陸的11個地點發現了太古宙疊層石，其年齡都在25億年以上。晚元古代是地史上疊層石最繁盛的時期，其分布廣泛、形態多樣。後生動物出現以後疊層石驟然衰落。寒武紀至泥盆紀疊層石數量和分布範圍有限。泥盆紀以後疊層石只是殘存。現代海相疊層石只分布在澳大利亞、中美洲、中東等地的少數地區特殊環境中。

隕石是太陽系內小天體的珍貴標本，為研究太陽系的起源、演化和生命起源提供了寶貴的線索和資料。球粒隕石中不僅含有胺基酸，還有烴類、乙醇和其他可能形成保護原始細胞膜的脂肪族化合物。對生命起源的研究有較大意義。生物化學家David.W.Dreamer用默奇森隕石中得到的化合物製成了球形膜，這些小泡提供了胺基酸、核苷酸和其他有機化合物以及進行生命開始所必需的轉變環境。也就是說，當隕石撞擊地球時，產生形成生命所需的有機物及必需的環境。和生命起源於彗星的理論一樣，這是一種新的天外起源說。另外，康奈爾大學的C.Hyba指出，撞擊也可以用其它方式提供生命所需的原材料，來自一次隕石撞擊的熱和衝擊波可以在原始大氣中激發起合成有機化合物的化學反應。

隕石是降落到地球表面的小塊行星際物質撞入地球大氣圈後尚未被燒盡的流星體的殘片。在晴朗的夜晚，可以看到一線亮光划過夜空，瞬間消失。這些瀰漫在宇宙空間中的星際塵埃，如果被地球的引力捕獲便形成隕星；當它們以極快的速度進入地球大氣圈時與大氣發生摩擦、生熱、發光，一部分殘留下來落到地表就成為隕石。如果隕石在空中爆炸後象下雨一樣降落，就稱為隕石雨。1976年3月8日，我國吉林省降落過一次世界罕見的隕石雨，完整的隕石有100餘塊,重2噸多，其中最大的一塊重達1770公斤，是世界上最大的石隕石。隕石來自星際空間，在1969年阿普羅11號在月球著陸並將月巖帶回地球以前，隕石是人們能直接加以觀察的唯一的外來天體。

近代史上最驚人的隕石墜落事件是1908年的通古斯事件。當時在前蘇聯西伯利亞通古斯方圓800公裡的範圍內，都可見到了火光；在100公裡範圍內，都聽到了轟隆巨響；在50公裡範圍內，高大樹木全部被燒毀。很多人推測這次事件與隕石墜落有關，但奇怪的是至今沒有找到隕石碎塊。因此成為世界著名的「通古斯之謎」，吸引了許多中外科學家前往這個地區進行考察和研究。

隕石可分為三類：石隕石、石鐵隕石和鐵隕石。其中以石隕石最多，約佔94%。同位素年齡測定隕石的年齡約為46億年。

密度為3-3.5克/立方釐米。由矽酸鹽礦物橄欖石、輝石、少量斜長石和金屬鐵的微粒組成。可分為球粒隕石和無球粒隕石，前者含有直徑為1-2毫米大小的隕石球粒，它是熔融物質快速冷凝的產物。這種結構在地球上從未發現過。可能是在太陽系形成初期原始行星物質被原始太陽的高溫熔化後，在脫離太陽時迅速冷卻而形成的。因此，玻璃質球粒的成分就反映了太陽系形成初期原始行星的成分。

密度約5.6-6克/立方釐米，由鐵鎳和矽酸鹽礦物組成。

密度約8-8.5克/立方釐米。大約由80%-95%的金屬鐵和5%-20%的鎳組成。

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