你在野外找到了一塊礦物，仔細(xì)觀察后發(fā)現(xiàn)它具有以下特征：顏色為黃色，光澤類(lèi)似于玻璃，晶體形態(tài)為板狀，條痕為白色，手指甲刻不動(dòng)，而用小刀能刻動(dòng)，用錘子敲擊它能碎成小方塊，不具有發(fā)光性，也不具有磁性。根據(jù)前文所講內(nèi)容分析，這是一塊什么礦石？
方解石，板狀晶體組成的晶簇。攝影：馬志飛
答案是：方解石。最主要的鑒定依據(jù)是“手指甲刻不動(dòng)，而用小刀能刻動(dòng)，”，這里表明了它的莫氏硬度介于手指甲的硬度2.5與小刀的硬度5.5之間，而且“用錘子敲擊它能碎成小方塊”，正符合方解石“塊塊方解”的典型特征，再對(duì)照其他特征，即可得出準(zhǔn)確結(jié)論。
好啦，在認(rèn)識(shí)了主要的礦物之后，接下來(lái)我們研究下巖石。有人說(shuō)：“石頭是上帝隨手捏就的，礦物晶體則是上帝用尺子丈量、精心設(shè)計(jì)出來(lái)的?！钡拇_，相對(duì)于那些五彩斑斕、形態(tài)各異的礦物晶體而言，巖石顯得黯淡無(wú)光。自然界中的巖石隨處可見(jiàn)，基本都是灰黑色或灰白色，凸凹不平的巖石表面裸露著歲月斑駁的痕跡，即使我們每天從巖石邊走過(guò)，也很少會(huì)留意它們。
“眼高手低”向來(lái)是年輕地質(zhì)工作者的通病，即使理論上說(shuō)都頭頭是道，來(lái)到野外也難以做到百分之百準(zhǔn)確。剛上大學(xué)那會(huì)兒，一位老師帶著我們到野外實(shí)習(xí)，隨手撿起一塊石頭讓我們辨認(rèn)是什么巖石，同學(xué)們開(kāi)始仔細(xì)查看，并用放大鏡觀察，還有的同學(xué)翻開(kāi)教科書(shū)對(duì)照標(biāo)本查驗(yàn)，給出的答案卻是五花八門(mén)。沒(méi)想到，最后老師告訴我們那只不過(guò)是一塊水泥疙瘩！
在認(rèn)識(shí)巖石之前，我們需要先了解一下巖石是如何形成的。
什么水成火成！人家是集大成
現(xiàn)在我們都知道了，巖石并不是上帝隨手捏就的，礦物晶體也不是上帝用尺子丈量、精心設(shè)計(jì)出來(lái)的。它們都是歷經(jīng)億萬(wàn)年的歷史逐漸形成的，我們隨手撿起的一小塊碎石，可能都比我們整個(gè)人類(lèi)的歷史還要古老。
關(guān)于巖石的成因，科學(xué)家的爭(zhēng)論一直持續(xù)到18世紀(jì)。被稱(chēng)為“德國(guó)地質(zhì)學(xué)之父”的著名地質(zhì)學(xué)家亞伯拉罕·戈特洛布·維爾納，是第一個(gè)使地質(zhì)學(xué)系統(tǒng)化成為一門(mén)科學(xué)的人，他認(rèn)為，是水的力量營(yíng)造了一切地質(zhì)系統(tǒng)，地球上的巖石都是在水下沉淀而成的。自原始海洋到現(xiàn)在，水面在不斷地下降，原始巖石露出水面后開(kāi)始發(fā)生風(fēng)化、堆積而形成新地層?？墒?，后來(lái)有人對(duì)他的觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑，英國(guó)著名地質(zhì)學(xué)家詹姆斯·赫頓通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：玄武巖和花崗巖曾經(jīng)是熔體，很顯然，這些巖石不是水成的，他的理論被后人稱(chēng)為“火成論”。“水成論”與“火成論”的激烈爭(zhēng)辯看似水火不容，但都有深遠(yuǎn)的意義，極大地推動(dòng)了地質(zhì)學(xué)的發(fā)展。
被稱(chēng)為“德國(guó)地質(zhì)學(xué)之父”的著名地質(zhì)學(xué)家亞伯拉罕·戈特洛布·維爾納(1749–1817)
英國(guó)著名地質(zhì)學(xué)家詹姆斯·赫頓（1726 - 1797）
隨著地質(zhì)學(xué)家的不斷研究，人們逐漸認(rèn)識(shí)到巖石既不完全是“水成”，也不完全是“火成”，而是二者兼而有之，甚至還有除此之外的第三種作用形成的巖石。現(xiàn)在我們知道地球上的巖石分為三大類(lèi)：巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖，簡(jiǎn)單的劃分為“水成”或者“火成”都是片面的。
三大巖類(lèi)相互轉(zhuǎn)化
烈火中永生的金剛——巖漿巖
顧名思義，巖漿巖，是一種與巖漿活動(dòng)有關(guān)的巖石，一般而言，巖漿巖周?chē)鷷?huì)保留有火山活動(dòng)的痕跡，如火山口、柱狀節(jié)理等。
流動(dòng)的熔巖
在英國(guó)北愛(ài)爾蘭的大西洋海岸，有一段長(zhǎng)六公里的石堤，呈臺(tái)階狀向大海延伸。奇怪的是，這段石堤是由正六邊形的石柱組成的，一根緊挨一根，一共有三萬(wàn)七千多根，有的石柱高出海面，或者與海平面持平，更多的則是淹沒(méi)于水下，形成一片石柱林，屹立在大海之濱，井然有序，十分壯觀。這些石柱是哪來(lái)的呢？當(dāng)?shù)氐膫髡f(shuō)是古時(shí)候的巨人搬來(lái)的，所以稱(chēng)之為“巨人之路”。后來(lái)，地質(zhì)學(xué)家經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這些石柱并非人工建造，而是由玄武巖（巖漿巖的一種）組成，是大自然的杰作。早在6000萬(wàn)年前，這里發(fā)生了多次大規(guī)模的火山噴發(fā)，一股股灼熱的熔巖從地下深部噴涌而出，像河流一樣流向大海，當(dāng)它們碰到海水時(shí)，就迅速冷卻成固態(tài)，并持續(xù)向中心收縮，均勻的收縮力使得它們都成了規(guī)則的六方柱。
英國(guó)北愛(ài)爾蘭的“巨人之路”，這段石堤是由正六邊形的石柱組成的，一根緊挨一根，一共有三萬(wàn)七千多根
地質(zhì)工作者辨識(shí)巖漿巖主要是觀察它們的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，通俗地講，就是觀察巖漿巖中礦物的晶體大小、形態(tài)以及這些礦物之間的組合關(guān)系。要是在這里細(xì)述，你聽(tīng)到顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造、流動(dòng)構(gòu)造……這些術(shù)語(yǔ)恐怕頭都大了，說(shuō)實(shí)話(huà)，筆者也對(duì)此犯愁，與其記住那么多理論，不如認(rèn)識(shí)幾種最典型的巖石來(lái)的更直接一點(diǎn)。地殼體積的64.7%都是巖漿巖，它們是地殼中含量最多的巖石。巖漿巖分為很多種，包括玄武巖、花崗巖、閃長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)巖、橄欖巖等，但最主要的是前兩種，幾乎占到了巖漿巖總量的70%以上。
“阿波羅15號(hào)”在月球上采集的玄武巖，其中含有豐富的橄欖石礦物
玄武巖，雖然在地殼中的含量較高，但并不容易見(jiàn)到，因?yàn)樗饕嬖谟谘蟮?，主要礦物成分是斜長(zhǎng)石和輝石。從外觀來(lái)看，它顏色灰暗，顆粒細(xì)小而且致密，常常具有氣孔。
致密塊狀玄武巖
帶有氣孔構(gòu)造的玄武巖
花崗巖則是一種分布最廣的侵入巖，它顏色鮮艷，有粉紅色、肉紅色、淺灰色等，其中主要的礦物成分是石英、長(zhǎng)石和云母，強(qiáng)度高，經(jīng)久耐用，是十分常見(jiàn)的建筑裝飾石料，比如充當(dāng)石柱、地板等。
安徽黃山的花崗巖體
花崗巖風(fēng)化后的巖體
花崗巖石材
拋光后的各種顏色花崗巖石材
沉積下來(lái)的才是精華——沉積巖
地殼總體積的7.9%為沉積巖，其中82%為頁(yè)巖，12%為砂巖類(lèi)，6%為石灰?guī)r類(lèi)。這類(lèi)巖石最容易識(shí)別，因?yàn)樗鼈兪窃诘貧け砻娉爻合?，由風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積和固結(jié)成巖等作用形成的，通常沉積在水平或近水平的地層中，往往具有十分明顯的層理。此外，沉積巖中常常含有化石，這也是識(shí)別沉積巖的重要標(biāo)志之一。
含有大量化石的石灰?guī)r
頁(yè)巖，顧名思義，是一種類(lèi)似于書(shū)頁(yè)的巖石，它具有薄頁(yè)狀或薄片狀層理，是由黏土物質(zhì)沉積形成的巖石，在受到外力打擊時(shí)易裂成碎片，顏色可呈黑色、灰色、黃色等。
風(fēng)化破碎的頁(yè)巖
很容易被劈成薄片的頁(yè)巖
砂巖，是由砂粒經(jīng)長(zhǎng)期、巨大的壓力壓縮膠結(jié)而成，主要礦物成分為石英和長(zhǎng)石，顏色有棕色、黃色、紅色、灰色和白色等多種。在美國(guó)科羅拉多高原上的，有一片如同海浪一樣的巖石，如果你走進(jìn)這里，就仿佛置身于海浪之中，令人驚訝不已，所以人們稱(chēng)之為“石浪”。其實(shí)，這只是砂巖的巖層而已，一般而言，沉積巖通常都是在河床上沉淀并固結(jié)而成的，可是“石浪”不同，它之所以能像翻騰的波浪一樣，主要是風(fēng)的功勞。早在1.9億年前，這里本是一片沙漠，長(zhǎng)年累月的風(fēng)吹，攜帶大大小小的砂礫逐漸在沙漠上堆積起來(lái)，并固結(jié)成巖石，所以叫風(fēng)成砂巖。順著砂巖的紋路和交錯(cuò)的層理，我們還可以想象到億萬(wàn)年前的強(qiáng)大風(fēng)沙。
在美國(guó)科羅拉多高原上，有一片如同海浪的巖石，如果你走進(jìn)這里，就仿佛置身于海浪之中，令人驚訝不已，所以人們稱(chēng)之為“石浪”
石灰?guī)r，是一種主要由方解石組成的沉積巖，它們?cè)诼L(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期里從海水中源源不斷地沉積下來(lái)，覆蓋在各個(gè)大陸之上，直至今日，它仍像珊瑚礁一樣在熱帶地區(qū)和淺海底部形成。石灰?guī)r之所以能夠形成，是由于海水里含有兩種高濃度的溶解物質(zhì)：鈣離子和碳酸氫根離子。在大多數(shù)海洋的表層，珊瑚、蛤和其它一些海洋棲息生物都使用這兩種溶解物合成方解石或文石，從而制造身上的保護(hù)殼。它們死后，軀殼沉淀下來(lái)就變成了石灰?guī)r，所以，我們?cè)谑規(guī)r中常常會(huì)發(fā)現(xiàn)海洋生物的化石?？墒?，石灰?guī)r在特定的地質(zhì)條件與氣候條件下，易于發(fā)生巖溶現(xiàn)象，產(chǎn)生大小不一的空洞，時(shí)間久了就會(huì)形成巖溶塌陷。
菲律賓的普林塞薩地下河，形成于石灰?guī)r地層中
被侵蝕的石灰?guī)r
石灰?guī)r地層中形成的地下溶洞
遭受了風(fēng)化的石灰?guī)r
百變金剛——變質(zhì)巖
變質(zhì)巖的識(shí)別較為困難。巖漿巖和沉積巖都可以轉(zhuǎn)變?yōu)樽冑|(zhì)巖，在適當(dāng)?shù)母邷亍⒏邏簵l件下，原來(lái)巖石的物理性質(zhì)、化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造都可能發(fā)生變化，從而形成新的巖石。識(shí)別變質(zhì)巖，最直接的手段是，觀察有沒(méi)有那些只有在變質(zhì)作用下才能形成的礦物，如滑石、石墨、絹云母、陽(yáng)起石等。
白色的大理巖
板巖用作屋頂瓦片
條帶狀大理巖
變質(zhì)巖占地殼總體積的27.4%，其中最常見(jiàn)的是大理巖、板巖等。
大理巖，因盛產(chǎn)于中國(guó)云南大理而得名，這是一種由石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖變質(zhì)而成的變質(zhì)巖，其中的主要成分方解石、白云石含量超過(guò)50%。一般情況下，大理巖為白色，隨著其中所含雜質(zhì)成分的變化，其顏色也變化多端。在賓館、酒店、機(jī)場(chǎng)、車(chē)站、碼頭等富麗堂皇的建筑內(nèi)幾乎都能見(jiàn)到它的身影。因?yàn)榇罄硎?jīng)過(guò)切割和打磨后具有很高的耐磨性和光潔度，可防水、防凍，而且具有獨(dú)特的紋理和圖案，形似天然的山水風(fēng)景畫(huà)，所以常被用來(lái)做成地板磚或石雕等。其中，結(jié)構(gòu)均勻致密、顆粒細(xì)膩的大理巖被稱(chēng)為漢白玉，是大理巖中較貴重的品種，常被用來(lái)制作成宮殿中的石階、護(hù)欄和雕塑等，北京天安門(mén)前的華表、人民英雄紀(jì)念碑上面的浮雕都是采用的漢白玉。
用白色大理巖建造的印度泰姬陵
板巖，是泥巖、頁(yè)巖等巖石變質(zhì)而成的，顏色有黑色、灰色、紅色等，結(jié)構(gòu)致密，呈平板狀，敲擊時(shí)可發(fā)出清脆的響聲，常被用來(lái)制成地板或屋頂?shù)耐咂?/p>
用板巖鋪成的屋頂瓦片
野外我們看到的巖石有很多種，準(zhǔn)確給它定名并非易事，作為非專(zhuān)業(yè)人士，大家并不需要掌握太多有關(guān)巖石識(shí)別和命名的知識(shí)，但通過(guò)觀察，我們至少應(yīng)該識(shí)別出來(lái)它究竟屬于三大類(lèi)巖石中的哪一類(lèi)，只有這樣才能大致了解它的前世今生，有助于我們認(rèn)識(shí)自然界，免得鬧出笑話(huà)。2015年11月，四川省瀘州市合江縣南灘鎮(zhèn)攀灣村發(fā)生了一件怪事：大批來(lái)自于四面八方的人們涌入河灘，大都穿著橡膠褲子，手持鐵鍬，在齊腰深的水里忙活，只為了能找到幾塊“能透光的石頭”。因?yàn)閭餮哉f(shuō)一塊這樣的石頭可以賣(mài)幾百甚至幾萬(wàn)元。后來(lái)經(jīng)過(guò)新聞?dòng)浾哒{(diào)查發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有人能真正靠這個(gè)賺到錢(qián)，地質(zhì)隊(duì)員的鑒定結(jié)果表明，村民所挖的石頭只不過(guò)是普通的鵝卵石而已，河床上到處都是，并不值什么錢(qián)。
瀘州上演“瘋狂的石頭” 上百人河灘挖玉石（圖片來(lái)源：華西都市報(bào)）
鵝卵石
再給大家講一個(gè)搞笑的段子。某大學(xué)地質(zhì)實(shí)習(xí)期間，一位老師考查同學(xué)們的實(shí)習(xí)情況，從大家采集的樣品中拿出一塊就問(wèn)：“這是哪個(gè)組的巖石？”某同學(xué)看了一眼回答道：“這不是我們組的?！崩蠋煕](méi)好氣地又問(wèn)一次：“我是說(shuō)它是哪個(gè)組的！”該同學(xué)詫異地盯著老師說(shuō)：“這真不是我們組的！”好吧，或許你看完這個(gè)笑話(huà)并沒(méi)有笑，其實(shí)我想說(shuō)的意思是，地質(zhì)工作者采集巖石樣品不僅要識(shí)別它的巖性，還要搞清楚它是“哪個(gè)組的”，因?yàn)橐詫?shí)際巖石組分的特征為基礎(chǔ)建立起來(lái)的巖石地層單位——群、組、段等，是地層劃分的一種重要方法。比如九龍山組，為一套灰紫和灰綠色陸相碎屑及含火山碎屑沉積巖，主要出露于中國(guó)河北尚義、下花園、豐寧、灤平、承德及北京西山等地，屬于中侏羅世早期地層，這對(duì)于地層劃分具有重要意義。
看完此文，是不是覺(jué)得搞地質(zhì)跟大家想象的不一樣？實(shí)話(huà)告訴大家，地質(zhì)工作辛苦，甚至很土、很臟，在野外取樣、打鉆、搞地球物理勘探，經(jīng)常會(huì)把我們搞得渾身臟兮兮。但是如果你把地質(zhì)作為一種業(yè)余愛(ài)好，閑暇之余登山、旅行，尋寶，沒(méi)有工作任務(wù)的要求，那倒也是件很有意思的事情。了解一點(diǎn)巖石、礦物的知識(shí)，說(shuō)不定還能讓你成為時(shí)尚達(dá)人，那些光彩奪目的珠寶，也是地質(zhì)學(xué)研究的內(nèi)容呢，下一期，我們就走出這堆其貌不揚(yáng)的巖石，領(lǐng)略下地質(zhì)圈里的珠光寶氣。
聯(lián)系客服
