【地理素养】在野外如何科学区分三大岩石？地理视角看矿物

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第一步：看环境

在开始阅读之前，首先要知道以下几点：沉积岩绝大多数和水有关；岩浆岩则是和岩浆（地下高温“液体”）有着密切关系；变质岩则是由原来的沉积岩、岩浆岩、变质岩“变质”而来的，是由外界的条件所决定。

所以，如果周边是海、湖、河流之类的风景，那么该区域中可以看到的岩石种类以沉积岩为主；如果看到的是峰峦叠嶂，山岳起伏等类似风景，岩石种类就会以变质岩和岩浆岩为主了。

第二步：掂量掂量，看看颜色

沉积岩就像三明治一样，一层一层地层叠上去；而岩浆岩则是一整块，就像是熔融的“液体”冷却形成的固体，类似铁水形成钢铁的过程。所以，沉积岩的比重小，密度低。沉积岩相对颜色较浅，灰色、黄色为主。而岩浆岩，变质岩密度大，岩石是以灰黑色为主。

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第三步：观察层理

沉积岩常具有层理，岩浆岩和变质岩无层理。层理的形成主要是沉积的过程中，由于水动力的条件的改变而形成的。

第四步：看看岩石硬度

岩石硬度是岩石的一个很重要的指标，岩石硬度和岩石中所含的矿物以及岩石的结构等有着直接的关系。硬度是通过小刀的刻划来判断的，小刀的硬度（摩氏硬度）5-6；沉积岩中多数矿物能够用小刀刻划，硬度小于5；而岩浆岩中，硬度较大，小刀刻划不了；变质岩介于两者之间。

第五步：看岩石中的矿物

这一步主要就是对于矿物晶体进行观察；矿物与矿物联接形成了岩石；矿物晶体反映出岩石的构造。在放大镜下；沉积岩中的矿物的晶体相对来说棱角较小；磨圆度好，而岩浆岩的晶体，各晶面发育完全，晶形很好。下面的这是长石晶体：

第六步：整体评估

经过以上的5步的观察，最后可以综合进行评估，得出你想要的，进而区别开野外的三大岩类。阅读至此，恭喜你。

自然界各类岩石少说也有200多种，而且三大岩类之间的界线并不是截然分开的，存在很多的交叉之处；同时以上知识只是作为在野外肉眼的情况下进行鉴定，如果要进行更深入的了解，则是要阅读更专业的书籍。

下面附赠关于三大岩的一些浅薄介绍

1

沉积岩

沉积岩是地球岁月的忠实记录者，地球约有46亿年的历史，最古老的沉积岩有36亿年（前苏联科拉半岛），有生命记载的岩石年龄达31亿年（南非）。

沉积岩中的沉积记录蕴藏着地球演化和发展的奥秘。

美国羚羊谷

美国Bryce大峡谷，风化作用形成

沉积岩是由母岩的风化产物、生物来源的物质、火山物质、宇宙物质等原始物质，经过搬运作用、沉积作用以及成岩作用所形成的一类岩石。

具有层理构造显著的特征。

许多沉积岩中有“石质化”的古代生物的遗体或生存、活动的痕迹-----化石，是判定地质年龄和研究古地理环境的珍贵资料。

西班牙沉默海滩，不同颜色的层理仿佛岩石中的“彩虹”

灰黑色沉积岩

沉积岩是野外最常见的岩石。大陆表面约有75％覆盖着沉积岩，其中最大厚度达30km（高加索地区的沉积岩），平均厚度约为1.8km；大洋底部几乎全被沉积物或沉积岩所覆盖，其厚度为0.2～3km，平均厚度约为1km。沉积岩种类较多，自然界分布最多的是粘土岩（页岩、泥岩），其次为砂岩和石灰岩，他们约占沉积岩总量的95%以上。

泥页岩（左），砂岩（右）

石灰岩主要由碳酸钙组成。主要由海洋和生物形成，也可作为化学沉淀物形成，鲕粒石、白垩、钙华石、椰壳岩等都属于石灰岩

沉积岩中蕴藏着80%的矿产资源。

石油、天然气、煤等能源矿产，金属和非金属矿中的铝土矿、锰矿、各种盐矿等几乎全为沉积类型。

铁矿、磷矿绝大部分都属于沉积或沉积变质类型。

有色金属（铜、铅、锌）、非金属（重晶石、萤石）等矿产中绝大多数为沉积类型。

不少的金、铂、金刚石等也是来源于沉积砂矿。

锰矿（左上），铝土矿（右上），金矿（左下），金刚石 （右下）

有些沉积岩本身就是多种工业原料或辅助原料。

石灰岩：建筑材料、冶金用添加剂、水泥、人造纤维的主要原料。

白云岩：建筑材料、冶金用添加剂、镁质耐火材料。

粘土岩：耐火材料、陶瓷原料、钻井液原料、吸收剂、填充剂、净化剂

沉积石英砂岩或石英砂：玻璃原料

2

岩浆岩

又称火成岩，是由岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝而成。岩浆主要来源于地幔上部的软流层，岩浆作用分为喷出和侵入活动两种。

火山喷发形成的熔岩

绳状熔岩

岩浆岩中常见的浅色矿物有石英、长石、似长石等，深色矿物主要有橄榄石、辉石、角闪石和黑云母等。

未达到地表的岩浆冷凝而成的岩石叫侵入岩。根据岩浆冷凝的位置和条件的差异，在地壳深处冷凝结晶而成的为“深成岩”，在接近地表处冷凝结晶成的为“浅成岩”， 深成侵入岩颗粒较粗，浅成侵入岩颗粒细小或大小不均。花岗岩属于典型的侵入岩，花岗岩坚硬，是良好的建筑材料。

花岗岩是常见的以长石和石英为主要成分的火成岩

岩浆喷出地面，由此冷却凝固而成的岩石称为喷出岩或火山岩。温度低，冷却快，常成玻璃质、半晶质或隐晶质结构，具有气孔、流纹等构造等。其中玄武岩属于典型的喷出岩。玄武岩一般比较疏松，多孔。

冰岛具有柱状节理的玄武岩

柱状节理玄武岩

3

变质岩

地壳中原有的岩石，由于经受构造运动、岩浆活动或地壳内的热流变化等内动力的影响，使其矿物成分、结构、构造发生不同程度的变化而形成的岩石为变质岩。

变质岩中的矿物重结晶明显，岩石具有特定的结构和构造，特别是片理构造。

变质岩中的片理构造

变质岩中往往有典型的变质矿物，如石榴子石、蓝闪石、矽线石、堇青石、 绢云母、绿泥石、红柱石、阳起石、滑石、透闪石、硅灰石、蛇纹石、石墨等。

石榴子石（左上），红柱石（右上），透闪石（左下），蓝晶石（右下）

常见的变质岩如由方解石或白云石重新经过结晶而成的大理岩；由页岩和粘土经过变质而形成原解理状的板岩；由片状、柱状岩石组成的片岩，多由沉积岩和岩浆岩变质而成的片麻岩；由砂岩变质而成的石英岩等。

片岩（左上），片麻岩（右上），石英岩（左下），大理岩（右下）

元素组成矿物，矿物组成岩石（绝大部分岩石由矿物组成），岩石组成地壳。所以矿物的形成和地壳的运动、其中元素的富集息息相关。

1.地壳中的元素

地壳由 90 多种化学元素组成，它们多以化合物的形态存在。氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁 8 种元素的质量总数占地壳总质量的 98.04%。其中，氧几乎占 1/2，硅占 1/4 强。硅酸盐类矿物在地壳中分布最广。

元素在地壳中分布不均衡。除了氧之外，地壳上层硅和铝的比重较大，密度相对较小，称为硅铝层；其下的地壳铝的成分相对减少，镁和铁的比重则相对增加，密度比硅铝层大，称为硅镁层。硅镁层是连续的，其上的硅铝层在大洋底部非常罕见，即使有也非常薄。

地壳中元素的丰度（abundance）称克拉克值（Clark value），表示厚16km的地壳内50种元素的平均质量与总质量的比值，用质量分数（Wb）表示，主量元素单位为%，微量元素单位有g/t（克/吨）或10⁻⁶（百万分之一）。

图1.地壳(A)与整个地球(B)中主要元素的含量

2.矿物

矿物（mineral）：是天然形成的，具有一定化学成分和结构的无机固体。

准矿物（mineraloid）：在产出状态、成因和化学组成等方面具有与矿物相同的特征，但不具有结晶构造的均匀固体。

准晶体（quasicrystal）：内部原子或离子排列规律短程无序，长程有序的固体。

晶体结构（crystal structure）：矿物内部原子、离子或分子呈有序排列的状态。

晶体（crystal）：内部原子或离子在三维空间呈周期性平移重复排列的固态物质。具有这种特征的固体称结晶质颗粒（crystalline），简称晶质。

晶面（crystal face）：包围晶体的平面。

晶粒（crystalline grain）：不具备几何多面体外形的晶体。

图2.橄榄石晶体（左）和橄榄石晶粒（右）

非晶质体（non-crystal）：内部原子或离子在三维空间不呈规律性重复排列的固体。具有这种特征的固体称非晶质。如火山玻璃。非晶质体会向晶质体转变。

显晶质：肉眼或放大镜可以观察到的较粗的晶粒。

隐晶质：借助显微镜才能观察到的细微晶粒。

同质多象（polymorphism）：相同化学成分的物质在不同环境条件（温度、压力等）形成不同的晶体结构，从而形成不同的矿物。

类质同象（isomorphism）：矿物晶体结构中的某种原子、离子可以部分地被性质相似的他种原子、离子替代而不破坏其晶体结果。

3.矿物鉴定与描述

鉴定矿物主要从矿物的形态、物理特征、化学特征等几个方面入手。

3.1矿物的形态

矿物单体，沿一个方向延长，呈现针状或长柱状；沿两个方向延展，形成板状或片状；沿三个方向延伸，形成立方体或八面体。

双晶（twin）：由两个或多个同种晶体按不同方位连生在一起。

集合体（aggregate）：由矿物单体组成的聚集体。常见集合体有如下形态：

①放射状（radiating）：长柱状、针状矿物以一点为中心向外呈放射状排列；

图3.针铁矿

②晶簇（druse）：在岩石裂隙、空洞中长成的晶体群；

图4.紫水晶晶洞

③鲕状（oolitic）和豆状（pisolitic）：圆球状矿物集合体，内部有同心层状构造；

图5.鲕粒状赤铁矿

④钟乳状（stalactitic）：如钟乳石，内部具有同心层状构造、放射状构造；

图6.钟乳石

⑤葡萄状（botryoidal）和肾状（reniform）：形如葡萄、肾脏，内部具有同心层状构造、放射状构造；

图7.葡萄状的葡萄石集合体

图8.肾状赤铁矿

⑥结核状（nodule）：不规则（椭）球状，内部具有同心层状构造、放射状构造。

3.2矿物的物理性质

透明度（transparency）：以0.03mm厚度的矿物薄片为标准，光学可以透过的称透明矿物，反之则为不透明矿物。

光泽（luster）：矿物反射可见光的能力。

图9.光泽

颜色（color）：矿物在白光照射下所呈现的颜色。

图10.颜色

条痕（streak）：矿物粉末的颜色。

硬度（hardness）：矿物抵抗外力作功的强度。一般用摩氏硬度计（Mohs scale of hardness）作为衡量标准。

图11.硬度

应当注意摩氏硬度表示的是矿物的相对硬度，而非绝对硬度。例如滑石硬度为1，石英硬度为7，根据测硬计结果滑石为2.3，石英为300，后者是前者的130倍，而非7倍。

解理（cleavage）：晶体受外力打击后沿一定结晶方向破裂成平面（解理面）的特性。

图12.方解石

图13.解理

断口（fracture）：矿物受外力打击后不沿固定的结晶方向裂开形成解理面的性质。断口的形态是多样的。地理图文综合整理

图14.断口

密度（density）：金属矿物密度大。非金属矿物根据密度的相对大小分为三级。

图15.相对密度

磁性（magnetism）：磁铁矿、黄铁矿可以被磁铁吸引，自然铋被磁铁排斥。

图16.磁铁矿

发光性（luminosity）：矿物在外光照射后能够发光的特性。

图17.矿物发光性

双折射性（birefringence）：在矿物的不同方向上，折射率不一，产生一定的光程差，形成双影现象。

图18.冰洲石的双折射现象

3.2矿物的化学特征

矿物还可以通过化学反应鉴定。如方解石会和稀盐酸反应剧烈起泡，对白云石则反应微弱或不起泡。化学试剂也可以对矿物染色加以鉴定。

附：50种常见矿物

自然元素矿物

自然元素矿物（native elements）包括仅由一种元素构成的单质和有两种或两种以上金属元素构成的类质同相混晶（miscicrystal）矿物。

1.自然金（Gold）

图2.自然金

在深部形成的黄金常呈八面体晶形，中深部形成的黄金呈菱形十二面体，浅部呈四角三八面体、三角三八面体、树枝状形态等等。

图3.自然金（左：八面体；中：菱形十二面体；右：树枝状集合体）

2.自然银（Silver）

图4.自然银

图5.自然银（左：立方体、八面体；中：树枝状集合体；右：发状集合体）

3.自然铜（Copper）

图6.自然铜

图7.自然铜（左：立方体；中：菱形十二面体；右：树枝状集合体）

4.石墨（Graphite）

图8.石墨

石墨有滑手感，极易污手，形成于高温变质作用。

图9.石墨（块状集合体）

将硫酸铜溶液润湿的锌粒放置于石墨上可析出金属铜斑点，辉钼矿无此反应。

5.金刚石（Diamond）

图10.金刚石

金刚石是硬度最高的天然物质，能与金刚石一决高下的也就只有金刚石了。不同晶体形态的金刚石的每个晶面的硬度略有不同，八面体晶面的硬度＞菱形十二面体晶面的硬度＞立方体晶面的硬度。果然顶级强者只有自我超越。

图11.金刚石（八面体）

2.2硫化物及其类似化合物矿物

硫化物矿物是指金属阳离子与硫结合而成的化合物形式的矿物，硫化物矿物的类似化合物是指金属元素与硒、碲、砷、锑、铋等结合而成的硒化物、碲化物、砷化物、锑化物、铋化物矿物。

6.黄铁矿（Pyrite）

图12.黄铁矿

黄铁矿相邻晶面上的条纹相互垂直。

图13.黄铁矿（左：八面体；中：五角十二面体；右：结核）

7.黄铜矿（Chalcopyrite）

图14.黄铜矿

黄铜矿和黄铁矿十分相似，但是黄铜矿颜色更黄。

图15.黄铜矿

8.雄黄（Realgar）

图16.雄黄

阳光久照雄黄会变为淡橘红色粉末。

图17.雄黄

9.雌黄（Orpiment）

图18.雌黄

图19.雌黄

10.辰砂（Cinnabar）

图20.辰砂

图21.辰砂（矛状）

11.辉锑矿（Stibnite / Antimonite）

图22.辉锑矿

图23.辉锑矿

12.方铅矿（Galena）

图24.方铅矿

图25.方铅矿

13.闪锌矿（Sphalerite）

图26.闪锌矿

图27.闪锌矿

2.3氧化物矿物

氧化物矿物是指金属阳离子与O²⁻和(OH)⁻结合而成的化合物。目前已发现300余种，其中氧化物200余种，氢氧化物80余种。占地壳质量的17%，仅次于含氧盐类矿物。

14.石英（Quartz）

图28.石英

图29.石英

图30.水晶。点击图片或链接了解天然绿水晶

图31.玛瑙

图32.绿幽灵水晶。点击图片或链接了解绿幽灵水晶

15.刚玉（Corundum）

图33.刚玉

图34.“达碧兹”刚玉

16.赤铁矿（Hematite）

图35.镜铁矿

图36.肾状赤铁矿

图37.鲕粒状赤铁矿

17.尖晶石（Spinel）

图38.尖晶石

图39.尖晶石

18.磁铁矿（Magnetite）

图40.磁铁矿

图41.磁铁矿（菱形十二面体）

图42.磁铁矿（罕见的立方体晶形）

2.4卤化物矿物

卤化物矿物是卤素阴离子与金属阳离子结合而成的化合物，约有100余种。其中以氟化物（fluorides)和氯化物(chlorides)矿物为主，溴化物(bromides)和碘化物(iodides)矿物极少见。

19.萤石（Fluorite）

图43.萤石

图44.萤石（钟乳状）

2.5含氧盐矿物

含氧盐是金属阳离子与各种形式的含氧酸根络阴离子结合而成的化合物。

2.5.1碳酸盐矿物

20.方解石（Calcite）

图45.方解石

图46.方解石（从右至左形成温度逐渐升高

21.白云石（Dolomite）

图47.白云石

图48.白云石

22.文石（Aragonite）

图49.文石

图50.文石（柱状集合体）

图51.文石（矛状集合体）

图52.文石（珊瑚状集合体）

23.菱锰矿（Rhodochrosite）

图53.菱锰矿

图54.菱锰矿

图55.菱锰矿

图56.菱锰矿

24.孔雀石（Malachite）

图57.孔雀石

图58.孔雀石

25.蓝铜矿（Azurite）

图59.蓝铜矿

图60.蓝铜矿

2.5.2硫酸盐矿物

26.石膏（Gypsum）

图61.石膏

图62.石膏（玫瑰花状集合体，“沙漠玫瑰”）

27.重晶石（Barite）

图63.重晶石

图64.重晶石

2.5.3磷酸盐矿物

28.磷灰石（Apatite）

图65.磷灰石

图66.磷灰石

29.绿松石（Turquoise）

图67.绿松石

图68.绿松石

2.5.4硅酸盐矿物

30.橄榄石（Olivine）

图69.橄榄石

图70.玄武岩具有橄榄石包裹体

31.蛇纹石

图71.岫玉

32.绿帘石（Epidote）

图72.绿帘石

图73.绿帘石

33.海绿石（Glauconite）

图74.海绿石

图75.海绿石

34.绿泥石（Chlorite）

图76.绿泥石

图77.绿泥石

35.普通辉石（Augite）

图78.普通辉石

图79.普通辉石

36.锂辉石（Spodumene）

图80.紫锂辉石

图81.锂辉石

37.蔷薇辉石（Rhodonite）

图82.蔷薇辉石

图83.蔷薇辉石

38.普通角闪石（Hornblende）

图84.普通角闪石

图85.花岗闪长岩

39.石榴子石（Garnet）

图86.石榴石

图87.石榴

40.红柱石（Andalusite）

图88.红柱石

图89.红柱石

41.滑石（Talc）

图90.滑石

42.云母

图91.白云母（巴西星云母）

43.蛭石（Vermiculite）

图92.蛭石

44.长石

图93.正长石

图94.拉长石

45.霞石（Nepheline）

图95.霞石

图96.霞石

46.方钠石（Scapolite）

图97.方钠石

47.高岭石（Kaolinite）

图98.高岭石

图99.高岭石（土状）

48.绿柱石（Beryl）

图100.绿柱石（祖母绿）

图101.绿柱石（海蓝宝）

49.电气石（Tourmaline）

图102.电气石（碧玺）

图103.电气石

50.葡萄石（Prehnite）

图104.葡萄石

图105.葡萄石

参考资料：

[1]《普通地质学》舒良树

[2]《结晶学与矿物学》李胜荣

[3]《综合地质学》王根厚

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