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奇石的地质学基础  

2014-04-18 23:26:05|  分类: 【赏石心得】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自都江堰奇石《奇石的地质学基础(转)》
奇石的地质学基础(温庆博——)
    一、造岩矿物
    矿物简介

    地壳中自然形成的化合物和元素单质称为矿物。

    地壳的组成元素排在前10位的依次是:氧(O)、硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)、钙(Ca)、钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)、氢(H)、钛(Ti)。氧和硅两种元素共占约3/4。

绝大部分元素在地壳中是以化合物的形式存在的,其中最多的是硅酸盐(如长石),还有碳酸盐(如方解石)、硫酸盐(如石膏),氧化物(如石英)、硫化物(如黄铁矿)、卤素化合物等(如萤石)。元素以单质形式存在(如自然金)的量极少。

    由于矿物的具有特定的化学成分,并且绝大部分是结晶体(即其内部质点的排列是有序的),从而使其具有特定的物理性质、化学性质和外部形态等特征。这些特征是我们鉴定矿物的依据。本文将介绍的是矿物的肉眼鉴定特征,即只借助肉眼观察及少量简单测试手段(如放大镜、小刀、盐酸等)的鉴定方法。

地壳中目前发现三千多种不同的矿物,但其中构成岩石的造岩矿物不过几十种。本文只介绍其中最为常见的14种。

 

    矿物的肉眼鉴定特征

    矿物的常用肉眼鉴定特征包括:颜色、形态、硬度、光泽、解理、断口等。

   (1)颜色  矿物新鲜表面在自然光下的颜色。矿物的颜色主要与化学成分有关。物的颜色非常丰富多样,常见的有白色(如方解石)、黑色(如普通辉石)、红色(如赤铁矿)、绿色(如蛇纹石)、黄色(如黄铁矿)等。

   (2)形态  绝大部分矿物都是结晶体,其内部质点(离子) 具有按特定空间形式排列的结构。这种特定的内部微观质点排列形式,导致特定的外部宏观形态。结晶矿物都具有这种形成自己特定形态的“本能”。

例如,黄铁矿(FeS2)的内部结构,是由铁离子和硫离子严格地按立方体格式相间排列的,所以常形成立方体的晶体形态。萤石(Ca F2)也如此。

   (3)硬度  矿物受到刻划作用时,所表现出来的强度,是矿物抵抗外力刻划的能力。可以用两种不同的矿物相互刻划,以比较其硬度的相对大小。

德国矿物学家摩斯(F.Mohs)取自然界常见的十种矿物作为标准,将硬度分为1度到10度十个等级,即摩斯硬度标准(Mohs Hardness),也称为摩斯硬度计。如表1。

 

    表1 摩斯硬度标准

硬度

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

代表矿物

滑石

石膏

方解石

萤石

磷灰石

正长石

石英

黄玉

刚玉

金刚石

 

    如果一个矿物的硬度是3.5,其含义是这个矿物可以刻划动方解石但刻划不动萤石。

    在实际应用中,可用一些简便的随身物件来测试硬度,如指甲(2.5)、钥匙(3)、玻璃(5.5)钢刀刃(6.5)。

    根据笔者所做的测试,部分奇石的硬度情况如下:灵璧石(3)、太湖石(3)、金海石(6-7)、轩辕石(4)、戈壁碧玉和玛瑙(6-6.5)、蜡石(6-7)、长江画面卵石(5.5-7)、大化石(6-6.5)、九龙璧(6)、三江彩卵(6-7)。

    大部分矿物的硬度在7以下。如果有人说一块非单晶体的石头硬度超过7,这一般不可信。

   (4)光泽  矿物表面的反射特征。常见的光泽特征有金属光泽(黄铁矿)、玻璃光泽(方解石、长石)、油脂光泽(石英断口的光泽)、腊状光泽(滑石)、珍珠光泽(云母)。

   (5)解理  矿物晶体在外力打击下,能沿一定方向的光滑平面裂开的性质称为解理。矿物可能在一个、两个或三个方向上发育解理。

解理在鉴定某些矿物的较大尺寸结晶体的时候有用。比如市场上有很多方解石做的球,号称“水晶球”,如果仔细观察,一般能看到其内部的解理。

   (6)断口 不发育解理的矿物受外力打击时沿一不平滑的面断开,称断口。有些矿物的断口是很特别的,如石英成贝壳状断口。很多硅质岩石的风化表面发育弧形的“指甲纹”可能与其贝壳状断口的习性有关。

   (7)盐酸反应  方解石遇稀盐酸会明显地反应起泡(放出CO2气体)。白云石和稀盐酸没有反应,但白云石粉末遇稀盐酸会微弱反应起泡。这是鉴定石灰岩和白云岩的一个有效手段。

 

    常见矿物的特征

14种常见造岩矿物的肉眼鉴定特征见表2。

表2  常见造岩矿物鉴定特征表

矿物名称

鉴定特征及有关奇石举例

滑石

白、灰、淡黄、淡绿色,薄片状致密块状,硬度1,腊状光泽,手摸之有滑感。

高岭石

白色,因含杂质可呈浅黄、浅褐色,土状,硬度1-1.5,土状光泽,干时易吸水,湿时具可塑性和粘着性。

绿泥石

鳞片状,浅绿至深绿色,硬度2-2.5,珍珠或玻璃光泽,一组解理,薄片透明至半透明,薄片具有挠性。

黑云母

深褐色、黑色,片状,硬度2.5-3,一组解理,珍珠光泽或玻璃光泽,薄片透明、有弹性

白云母

无色、银白色,片状,硬度2.5-3,一组解理,珍珠光泽或玻璃光泽,薄片透明、有弹性。

方解石

CaCO3

白色,菱形六面体,集合体有粒状、钟乳状等,硬度3,三组解理,玻璃光泽,遇稀盐剧烈起泡。有关奇石:灵璧石、太湖石、文石、大理石。

白云石

CaMg (CO3)2

白色、浅粉红色,菱面体形态,硬度3.5-4,三组解理,玻璃光泽,粉末遇稀盐微弱起泡。有关奇石:轩辕石。

蛇纹石

绿、灰白、黄、褐色,半透明-不透明,蜡状-丝绢光泽,硬度2.5-4。有关奇石:岫玉、崂山绿。

赤铁矿

Fe2O3

钢灰色(结晶体)、红褐色(分散微细颗粒),硬度5-6,块状、豆状、钟乳状,金属-半金属光泽。绝大部分奇石的红颜色和赤铁矿有关。

角闪石

黑色、黑绿色,针柱状,硬度5-6,二组解理,玻璃光泽。

辉石

黑色,短柱状粒状,硬度5-6,二组解理,玻璃光泽。

正长石

肉红色,板条状、粒状,硬度6,二组解理,玻璃光泽。

斜长石

灰白色,板条状、粒状,硬度6,二组解理,玻璃光泽

石英 SiO2

无色、乳白色、烟灰色,粒状、六方棱柱状,硬度7,无解理,贝壳状断口,玻璃光泽、油脂光泽。有关奇石:金海石、长岛球石、粗质蜡石。

表中省略了硅酸盐矿物的化学成分,因其分子式比较复杂。

   

    二、岩浆岩


生成于地壳之下或地壳深部的高温熔融硅酸盐物质(岩浆)沿地壳中的薄弱地带上升侵入地壳上部或喷出地表冷凝成为岩石,称为岩浆岩(火成岩)。

 

1、岩浆岩的矿物成份

岩浆岩的主要造岩矿物有:石英、正长石、斜长石、似长石类、云母、角闪石、辉石和橄榄石等。其中除石英外都是硅酸盐矿物。

SiO2是岩浆岩中最主要的化学组分,SiO2的含量与其矿物组合有十分密切的关系。一般情况下,岩石中SiO2含量多(比如>65%)时,石英、长石等浅色矿物多,暗色矿物少;SiO2含量少(比如<52%)时,浅色矿物就少、以辉石、角闪石及橄榄石等暗色矿物为主。

 

2、 岩浆岩的产状

岩浆岩的产状是指岩体形成的构造环境、形态和规模等。岩浆侵入地壳形成的岩浆岩称为侵入岩,而喷出地表形成的岩浆岩称为喷出岩。侵入岩中,形成于地壳较深部位(3-5公里深度以下)的深成侵入岩的规模通常很大,可达百平方公里以上。而在地壳浅部形成的浅成侵入岩,则多为带状的小规模岩体,它们通常沿沉积岩的层理侵入形成岩床,或者沿断裂面(多数是陡立的)侵入形成岩墙。其厚度常在数十厘米至数米之间。

 

3、 岩浆岩的结构

岩石的结构,是指岩石组成矿物的结晶程度、颗粒大小和形态等特征。这些特征主要和岩浆冷凝结晶时间的长短以及矿物自身的结晶习性有关。结构特征的某些方面(比如矿物的形态及相互关系),需要借助于显微镜才能观察到。本文只介绍可以在肉眼鉴定条件下分辨的(也是最常用的)结构特征。

显晶质结构:可以通过肉眼辨认到晶体的大小及形态。这是深成侵入岩的典型结构。因为大规模深成岩体的冷凝(结晶)时间长,能全部形成较大的晶体。例如花岗岩。

隐晶质结构:矿物颗粒非常细小,肉眼或放大镜下不能分辨,只有在显微镜下才能看到。例如玄武岩。

玻璃质结构:没有结晶,显微镜下也看不到结晶颗粒。其宏观特征,表现为非常光滑的断面。例如黑曜岩。

斑状结构:岩石中部分晶体结晶较大(几毫米),肉眼可以辨认,而另一部分却结晶很小甚至完全没有结晶,为隐晶质或玻璃质,呈现一种颗粒大小不均匀的结晶特征。其中较大晶体称为斑晶,较细部分(隐晶质或玻璃质者)称为基质。例如洛阳牡丹石(图1)及汉中竹叶石。

隐晶质结构、玻璃质结构和斑状结构是浅成侵入岩和喷出岩的典型结构。因为浅成侵入岩和喷出岩的冷凝时间较短,常常结晶不充分,甚至完全来不及结晶。

 

4、 岩浆岩的构造

岩石的构造是指因其中不同矿物组分的分布与排列反映出来的外貌特征。本文只介绍岩浆岩的几种常见构造及某些与奇石有关的构造。

块状构造:岩石中矿物分布均匀、排列随机。这是岩浆岩最常见的构造。因此大部分岩浆岩不形成图画石。

流纹状构造:岩石中不同颜色的条纹、拉长了的气孔及长条状矿物沿一定方向排列所形成的构造。这是喷出地表的岩浆在缓慢流动过程中迅速冷凝造成的。

气孔状构造和杏仁状构造:岩石中分布着大小不同的近圆形的空洞,称为气孔状构造。这是岩浆喷出地表冷凝时,挥发分物质逸出形成。若气孔被硅质、钙质等充填,形成了杏仁状构造。河南梅花玉就是一种杏仁状构造(图2)。

球状构造:矿物呈同心层状分布,有时某些层内矿物还呈放射状分布。球状构造为少见构造,但能形成漂亮的圈圈聚集的图案,如球状构造的闪长岩(图3)。

 

5、 岩浆岩的种类

岩浆岩的分类方法很多,目前最实用、最直观的是从成分和产状两方面对其进行分组:

a .成分:岩浆岩中SiO2的含量决定了其矿物组合类型。根据SiO2的含量,岩浆岩分为酸性岩、中性岩、基性岩和超基性岩,如下表。

b.产状(结构):根据其产状,岩浆岩分为深成岩、浅成岩和喷出岩三大类。

大部分岩浆岩的产状在野外是可以辨别出来的,而且岩浆岩产状与其结构之间有着非常密切的关系:深成岩的结构是显晶质结构;浅成岩的结构多为隐晶质和斑状;喷出岩更细一些,为隐晶质、斑状及玻璃质结构。

表中为以矿物成分为主、结合产状(结构)特征的分类的常见类型。有些相对少见的岩浆岩类型没有介绍,如超基性岩、碳酸岩、碱性岩、脉岩类等。另外,火山碎屑岩将在沉积岩中介绍。

 


成分分类

酸性岩

中性岩

基性岩

SiO2含量

>65%

52%-65%

45%-52%

颜色

浅 ←----→ 深

主要矿物成分

正长石

石英

正长石

斜长石

角闪石

辉石

斜长石

喷出岩

流纹岩

粗面岩

安山岩

玄武岩

浅成岩

花岗斑岩

正长斑岩

闪长玢岩

辉绿岩

深成岩

花岗岩

正长岩

闪长岩

辉长岩


 

6 几种常见岩浆岩的特征

花岗岩显晶质结构,块状构造。主要矿物成分为正长石和石英。花岗岩是大陆区分布最广的岩浆岩。

流纹岩斑状结构,流纹状构造。斑晶主要为正长石和石英,基质为隐晶质。

安山岩斑状结构(斑晶为斜长石、角闪石、辉石和黑云母,基质为隐晶质)或隐晶质结构,块状构造,有时具有气孔状构造。

辉绿岩细粒结构,块状构造。主要成分为辉石和斜长石。经常以岩墙岩床等带状岩体产出。广西的梨皮石部分为辉绿岩。


玄武岩隐晶质结构,气孔或杏仁构造、块状构造,有时发育柱状节理。矿物成分为辉石和斜长石,但难以用肉眼分辨。玄武岩是下地壳的主要岩石。
 
三、沉积岩

出露于地表的岩石,遭受风化,破碎成碎屑,或分解为新的次生矿物,或被水溶解。这些风化破坏产物被冰川、风、流水等剥离原地,搬运到地表较低的地方(海洋、湖泊、河流下游等)沉积下来,有时可能还有一些火山作用产物及生物遗体一同沉积。它们再经过压密胶结,形成的岩石称为沉积岩。沉积岩是陆地上分布最广泛的岩石,约占陆地面积的3/4。已有奇石石种中,沉积岩大概占3/4还多。

 

1、沉积岩的物质组成

沉积岩的组成物质主要来源于地表岩石的风化破坏产物,还有火山作用产物及生物遗体。

风化破坏作用产生三种产物:原岩机械破碎的碎屑、化学风化形成的粘土矿物、溶解物质和胶体。

碎屑:>0.005mm的颗粒。其中,砂粒级(2~0.005mm)的碎屑,一般是抗风化能力很强的矿物颗粒,如石英、硅质岩石、长石、白云母等。而角闪石、辉石、黑云母、橄榄石等岩浆岩中的常见暗色矿物及基性斜长石等,因易被化学风化分解,所以在沉积岩中极少见。砾石级(>2mm)碎屑,成份会复杂一些。

粘土矿物:主要是高岭石,其颗粒很小(小于0.005mm),肉眼难以辨认。

溶解物质和胶体:主要有K+、Na+、Ca+2、Mg+2、CO32-、Cl-、OH-、SO42-离子和SiO2、Al2O3、Fe2O3胶体。

另外,还有来自火山作用的物质。在有生命活动的沉积环境中,生物遗骸也会加入到沉积物中,有时甚至占沉积物的大部分。

 

2、沉积岩的结构

同岩浆岩类似,沉积岩的结构主要是描述其组成颗粒的大小特征。

按其组成物质颗粒大小及成因,沉积岩一般具有4种结构:碎屑结构、泥质结构、化学结构和生物结构。

1) 碎屑结构:主要由粒径大于0.005mm的碎屑颗粒组成的结构。

按照其中主要屑物质颗粒的大小,又可分为砾状和砂状两种结构。

砾状结构:主要由粒径大于2mm的碎屑组成。其中经过长途搬运,砾石的外形被磨圆无棱角者,称砾状结构。若砾石末经磨园,外形呈棱角状者称为角砾状结构。

砂状结构:颗粒粒径介于2~0.005mm之间。其中0.05~0.005mm者,还可区分为粉砂状。

碎屑结构岩石的组成除了碎屑以外,还有充填于碎屑之间的胶结物。胶结物常见以下四种:钙质(CaCO3)、硅质(SiO2)、泥质(粘土矿物及细碎屑)和铁质(Fe2O3)。对于砾状结构,胶结物中还可能有一些砂颗粒。

2) 泥质结构:主要由粒径小于0.005mm的粘土矿物和细碎屑组成的结构。表观上比较细密均一。

3) 化学结构:由化学沉积物质(溶解物质或胶体物质)的结晶颗粒组成的岩石结构。表观上常常致密均一。

4) 生物结构:由生物遗体或碎片(如贝壳、珊瑚)构成的结构。

 

3、沉积岩的构造

沉积岩最显著的宏观构造是层理构造。层理构造是在不同时期、不同环境下先后沉积下来的物质由于其成份、颜色及结构等方面的差异而显示出来的成层现象。层理构造是沉积岩区别于其它岩石的重要标志。

此外,沉积岩层内和层面上有时也会发育某些构造,如斜层理、结核、波痕、干裂、生物遗迹等。

 

4、沉积岩的分类及几种常见沉积岩描述

根据其组成的结构和物质成份,沉积岩可分为四大类型:碎屑岩、泥质岩、化学岩及生物化学岩,如下表。化学岩中的蒸发盐岩、可燃有机岩、铁铝锰磷质岩等,和奇石关系不大,故不做介绍。

 

类型

岩石名称

主要成分及其他特征

有关奇石

火山碎屑岩

火山角砾岩

火山集块岩

是主要由粒径为大于2mm的粗火山碎屑组成。其中大于64mm为主者称为火山集块岩。

云南雪山翠玉(图1)

火山凝灰岩

主要由粒径小于2mm的火山灰及火山碎屑等组成。

彩陶石(图2)、部分大化石

碎屑岩

砾岩/角砾岩

砾石碎屑多为坚硬岩石和硬度较高的矿物

神农架砾岩、“石中石”(子母石)

砂岩

碎屑多为石英,少部分以长石或岩石碎屑为主。

大部分长江画面石及黄河画面石、天峨石、金海石(图3)、张家界纹石、长江芙蓉石、清江石、摩尔石

粉砂岩

碎屑多为石英、长石及白云母

泥岩、页岩

粘土矿物和粒径<0.005mm的其他矿物碎屑。页岩具薄层理构造。

部分龟纹石

化学岩及

生物化学岩

石灰岩

方解石

灵壁石(图4)、太湖石、博山文石、武陵石、吕梁石、英德石、幽兰石、云纹石、松花石、红丝石、紫金石

泥灰岩

除方解石外,含25–50%粘土矿物

白云岩

白云石

轩辕石(图5)、都安石

硅质岩

二氧化硅(玉髓、石英、蛋白石)

大化石、大部分戈壁石

注:表中广西水石的岩性资料,来自张家志

 

石英砂岩:主要由石英砂和硅质胶结物组成,硬度较大。砂岩的层理有时会形成漂亮的纹理,有时其中裂隙充填的石英脉也能形成画面。另外,由于砂岩中常发育有微裂隙和微孔隙,容易在风化过程中被被铁锰氧化物浸染形成画面,这是砂岩形成的最常见图画类型。

石灰岩:主要成分是方解石,多为灰黑色。硬度不大,刀刃和玻璃很容易划动,但指甲不能划动。能和稀盐酸反应明显起泡。由于石灰岩有一定的可溶性,在湿热气候条件下经常形成石林、溶洞等,称为喀斯特地貌。石灰岩形成了很多种溶蚀的造型类奇石。

硅质岩:主要成分是SiO2,常混入泥质和氧化铁等杂质。硬度很大,刀刃刻不动。硅质岩卵石表面有时会有指甲纹。戈壁石中大部分属于硅质岩,如沙漠漆、风棱石、各种颜色的碧玉。

 

5、沉积岩类奇石的颜色

石头的颜色与其主要矿物成分有关。当主要矿物的颜色较浅时(比如方解石、石英、高岭石),还会受其中少量杂质成分的影响。沉积岩中常见的染色成分如下:Fe2O3(赤铁矿)–红色,FeO–绿色;Fe2O3和FeO一起会带来紫、棕、灰、黑色等色调。Fe2O3`nH2O(褐铁矿)–黄褐色;MnO–黑褐色;有机炭质–黑色。

 

四、变质岩

地质中已经存在的岩石,由于地壳运动、岩浆活动造成的高温、高压环境、或外来化学活动性流体的作用,使其原来的结构、构造、甚至矿物成份发生改变,形成一种新的岩石,称为变质岩。

变质作用对岩石的改造作用主要表现为,矿物重结晶、重组合,使片状、柱状矿物定向排列。另外在断裂带上,巨大的压力把岩石压碎、研细。

变质岩主要分布在古老的前寒武纪地层中及其它各个地质时期的地壳活动带,岩浆侵入体周围及断裂带内。

(1)变质岩的矿物成份

变质后的岩石,一部分继承了原来岩石中的矿物,如岩浆岩和沉积岩中常见的石英、长石、云母、方解石、粘土矿物等,又会有一些变质作用形成的特殊矿物(称为变质矿物),如滑石、绢云母、绿泥石、蛇纹石、绿帘石、石榴石等。

(2)变质岩的结构

大部分变质作用有再结晶过程,岩石学中对变质岩结构的描述,包含了很多显微镜下才能识别的微观特征。因此这里就不具体讲述变质岩的结构了。对于肉眼识别方法,最多只能看出结晶的粗细情况。

(3)变质岩的构造

变质岩的构造是指矿物排列和分布的特点。大部分变质岩具有明显的定向构造---片理构造:片麻状构造、片状构造、千枚状构造、板状构造。这几种片理构造表现为片状或柱状矿物定向排列或定向的微裂隙。其中片状构造、千枚状构造和板状构造的变质岩,具有很强的板片状剥开的性质,岩石完整性较差,一般不形成奇石。下面只介绍和几种和奇石有关的构造。

片麻状构造和条带状构造:岩石主要由长石、石英等粒状矿物组成,但又有一定数量的呈定向排列的片状或柱状矿物,在粒状矿物中不均匀地断续分布,使岩石外表显出深浅色泽相间的不连续条带,称为片麻状构造。如泰山片麻岩。如果片状或柱状矿物与粒状长石石英矿物颗粒分别集中,则岩石呈现出色调不匀和粒度不均的条带,称为条带状构造。

块状构造:岩石中结晶矿物分布均匀、无定向排列、也无定向裂开性质。如石英岩。

 

(4)部分与常见奇石有关的变质岩的特征

片麻岩片麻状构造,粗粒结构,主要陈矿物成分为石英和长石,片状柱状矿物可为云母、角闪石。如泰山石(图1)。

大理岩通常为块状构造,一般为灰黑色,还有白色(汉白玉)和其他各种颜色。主要成分为方解石及白云石。如大理石。

石英岩块状构造,灰色或灰白色。主要成分为石英。如新疆(魔鬼城)彩石(图2)。

蛇纹岩 块状构造,主要成分为蛇纹石。如岫岩玉。

角岩角岩是非常大的一类热接触变质岩。一般无定向性构造,但可能继承母岩的层理构造。福建九龙璧为角岩中的一种。主要矿物成分为石英、透辉石、绿帘石等,部分含有方解石和泥质,矿物晶粒很细(0.005-0.1mm)。

 

 

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