【地理素養】在野外如何科學區分三大岩石？地理視角看礦物

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第一步：看環境

在開始閱讀之前，首先要知道以下幾點：沉積岩絕大多數和水有關；岩漿岩則是和岩漿（地下高溫“液體”）有着密切關係；變質岩則是由原來的沉積岩、岩漿岩、變質岩“變質”而來的，是由外界的條件所決定。

所以，如果周邊是海、湖、河流之類的風景，那麼該區域中可以看到的岩石種類以沉積岩爲主；如果看到的是峰巒疊嶂，山嶽起伏等類似風景，岩石種類就會以變質岩和岩漿岩爲主了。

第二步：掂量掂量，看看顏色

沉積岩就像三明治一樣，一層一層地層疊上去；而岩漿岩則是一整塊，就像是熔融的“液體”冷卻形成的固體，類似鐵水形成鋼鐵的過程。所以，沉積岩的比重小，密度低。沉積岩相對顏色較淺，灰色、黃色爲主。而岩漿岩，變質岩密度大，岩石是以灰黑色爲主。

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第三步：觀察層理

沉積岩常具有層理，岩漿岩和變質岩無層理。層理的形成主要是沉積的過程中，由於水動力的條件的改變而形成的。

第四步：看看岩石硬度

岩石硬度是岩石的一個很重要的指標，岩石硬度和岩石中所含的礦物以及岩石的結構等有着直接的關係。硬度是通過小刀的刻劃來判斷的，小刀的硬度（摩氏硬度）5-6；沉積岩中多數礦物能夠用小刀刻劃，硬度小於5；而岩漿岩中，硬度較大，小刀刻劃不了；變質岩介於兩者之間。

第五步：看岩石中的礦物

這一步主要就是對於礦物晶體進行觀察；礦物與礦物聯接形成了岩石；礦物晶體反映出岩石的構造。在放大鏡下；沉積岩中的礦物的晶體相對來說棱角較小；磨圓度好，而岩漿岩的晶體，各晶面發育完全，晶形很好。下面的這是長石晶體：

第六步：整體評估

經過以上的5步的觀察，最後可以綜合進行評估，得出你想要的，進而區別開野外的三大巖類。閱讀至此，恭喜你。

自然界各類岩石少說也有200多種，而且三大巖類之間的界線並不是截然分開的，存在很多的交叉之處；同時以上知識只是作爲在野外肉眼的情況下進行鑑定，如果要進行更深入的瞭解，則是要閱讀更專業的書籍。

下面附贈關於三大巖的一些淺薄介紹

1

沉積岩

沉積岩是地球歲月的忠實記錄者，地球約有46億年的歷史，最古老的沉積岩有36億年（前蘇聯科拉半島），有生命記載的岩石年齡達31億年（南非）。

沉積岩中的沉積記錄蘊藏着地球演化和發展的奧秘。

美國羚羊谷

美國Bryce大峽谷，風化作用形成

沉積岩是由母巖的風化產物、生物來源的物質、火山物質、宇宙物質等原始物質，經過搬運作用、沉積作用以及成岩作用所形成的一類岩石。

具有層理構造顯著的特徵。

許多沉積岩中有“石質化”的古代生物的遺體或生存、活動的痕跡-----化石，是判定地質年齡和研究古地理環境的珍貴資料。

西班牙沉默海灘，不同顏色的層理彷彿岩石中的“彩虹”

灰黑色沉積岩

沉積岩是野外最常見的岩石。大陸表面約有75％覆蓋着沉積岩，其中最大厚度達30km（高加索地區的沉積岩），平均厚度約爲1.8km；大洋底部幾乎全被沉積物或沉積岩所覆蓋，其厚度爲0.2～3km，平均厚度約爲1km。沉積岩種類較多，自然界分佈最多的是粘土巖（頁岩、泥岩），其次爲砂岩和石灰岩，他們約佔沉積岩總量的95%以上。

泥頁岩（左），砂岩（右）

石灰岩主要由碳酸鈣組成。主要由海洋和生物形成，也可作爲化學沉澱物形成，鮞粒石、白堊、鈣華石、椰殼巖等都屬於石灰岩

沉積岩中蘊藏着80%的礦產資源。

石油、天然氣、煤等能源礦產，金屬和非金屬礦中的鋁土礦、錳礦、各種鹽礦等幾乎全爲沉積類型。

鐵礦、磷礦絕大部分都屬於沉積或沉積變質類型。

有色金屬（銅、鉛、鋅）、非金屬（重晶石、螢石）等礦產中絕大多數爲沉積類型。

不少的金、鉑、金剛石等也是來源於沉積砂礦。

錳礦（左上），鋁土礦（右上），金礦（左下），金剛石 （右下）

有些沉積岩本身就是多種工業原料或輔助原料。

石灰岩：建築材料、冶金用添加劑、水泥、人造纖維的主要原料。

白雲岩：建築材料、冶金用添加劑、鎂質耐火材料。

粘土巖：耐火材料、陶瓷原料、鑽井液原料、吸收劑、填充劑、淨化劑

沉積石英砂岩或石英砂：玻璃原料

2

岩漿岩

又稱火成岩，是由岩漿侵入地殼或噴出地表冷凝而成。岩漿主要來源於地幔上部的軟流層，岩漿作用分爲噴出和侵入活動兩種。

火山噴發形成的熔岩

繩狀熔岩

岩漿岩中常見的淺色礦物有石英、長石、似長石等，深色礦物主要有橄欖石、輝石、角閃石和黑雲母等。

未達到地表的岩漿冷凝而成的岩石叫侵入岩。根據岩漿冷凝的位置和條件的差異，在地殼深處冷凝結晶而成的爲“深成岩”，在接近地表處冷凝結晶成的爲“淺成巖”， 深成侵入岩顆粒較粗，淺成侵入岩顆粒細小或大小不均。花崗岩屬於典型的侵入岩，花崗岩堅硬，是良好的建築材料。

花崗岩是常見的以長石和石英爲主要成分的火成岩

岩漿噴出地面，由此冷卻凝固而成的岩石稱爲噴出巖或火山岩。溫度低，冷卻快，常成玻璃質、半晶質或隱晶質結構，具有氣孔、流紋等構造等。其中玄武岩屬於典型的噴出巖。玄武岩一般比較疏鬆，多孔。

冰島具有柱狀節理的玄武岩

柱狀節理玄武岩

3

變質岩

地殼中原有的岩石，由於經受構造運動、岩漿活動或地殼內的熱流變化等內動力的影響，使其礦物成分、結構、構造發生不同程度的變化而形成的岩石爲變質岩。

變質岩中的礦物重結晶明顯，岩石具有特定的結構和構造，特別是片理構造。

變質岩中的片理構造

變質岩中往往有典型的變質礦物，如石榴子石、藍閃石、矽線石、堇青石、 絹雲母、綠泥石、紅柱石、陽起石、滑石、透閃石、硅灰石、蛇紋石、石墨等。

石榴子石（左上），紅柱石（右上），透閃石（左下），藍晶石（右下）

常見的變質岩如由方解石或白雲石重新經過結晶而成的大理岩；由頁岩和粘土經過變質而形成原解理狀的板岩；由片狀、柱狀岩石組成的片岩，多由沉積岩和岩漿岩變質而成的片麻岩；由砂岩變質而成的石英岩等。

片岩（左上），片麻岩（右上），石英岩（左下），大理岩（右下）

元素組成礦物，礦物組成岩石（絕大部分岩石由礦物組成），岩石組成地殼。所以礦物的形成和地殼的運動、其中元素的富集息息相關。

1.地殼中的元素

地殼由 90 多種化學元素組成，它們多以化合物的形態存在。氧、硅、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂 8 種元素的質量總數佔地殼總質量的 98.04%。其中，氧幾乎佔 1/2，硅佔 1/4 強。硅酸鹽類礦物在地殼中分佈最廣。

元素在地殼中分佈不均衡。除了氧之外，地殼上層硅和鋁的比重較大，密度相對較小，稱爲硅鋁層；其下的地殼鋁的成分相對減少，鎂和鐵的比重則相對增加，密度比硅鋁層大，稱爲硅鎂層。硅鎂層是連續的，其上的硅鋁層在大洋底部非常罕見，即使有也非常薄。

地殼中元素的丰度（abundance）稱克拉克值（Clark value），表示厚16km的地殼內50種元素的平均質量與總質量的比值，用質量分數（Wb）表示，主量元素單位爲%，微量元素單位有g/t（克/噸）或10⁻⁶（百萬分之一）。

圖1.地殼(A)與整個地球(B)中主要元素的含量

2.礦物

礦物（mineral）：是天然形成的，具有一定化學成分和結構的無機固體。

準礦物（mineraloid）：在產出狀態、成因和化學組成等方面具有與礦物相同的特徵，但不具有結晶構造的均勻固體。

準晶體（quasicrystal）：內部原子或離子排列規律短程無序，長程有序的固體。

晶體結構（crystal structure）：礦物內部原子、離子或分子呈有序排列的狀態。

晶體（crystal）：內部原子或離子在三維空間呈週期性平移重複排列的固態物質。具有這種特徵的固體稱結晶質顆粒（crystalline），簡稱晶質。

晶面（crystal face）：包圍晶體的平面。

晶粒（crystalline grain）：不具備幾何多面體外形的晶體。

圖2.橄欖石晶體（左）和橄欖石晶粒（右）

非晶質體（non-crystal）：內部原子或離子在三維空間不呈規律性重複排列的固體。具有這種特徵的固體稱非晶質。如火山玻璃。非晶質體會向晶質體轉變。

顯晶質：肉眼或放大鏡可以觀察到的較粗的晶粒。

隱晶質：藉助顯微鏡才能觀察到的細微晶粒。

同質多象（polymorphism）：相同化學成分的物質在不同環境條件（溫度、壓力等）形成不同的晶體結構，從而形成不同的礦物。

類質同象（isomorphism）：礦物晶體結構中的某種原子、離子可以部分地被性質相似的他種原子、離子替代而不破壞其晶體結果。

3.礦物鑑定與描述

鑑定礦物主要從礦物的形態、物理特徵、化學特徵等幾個方面入手。

3.1礦物的形態

礦物單體，沿一個方向延長，呈現針狀或長柱狀；沿兩個方向延展，形成板狀或片狀；沿三個方向延伸，形成立方體或八面體。

雙晶（twin）：由兩個或多個同種晶體按不同方位連生在一起。

集合體（aggregate）：由礦物單體組成的聚集體。常見集合體有如下形態：

①放射狀（radiating）：長柱狀、針狀礦物以一點爲中心向外呈放射狀排列；

圖3.針鐵礦

②晶簇（druse）：在岩石裂隙、空洞中長成的晶體羣；

圖4.紫水晶晶洞

③鮞狀（oolitic）和豆狀（pisolitic）：圓球狀礦物集合體，內部有同心層狀構造；

圖5.鮞粒狀赤鐵礦

④鍾乳狀（stalactitic）：如鐘乳石，內部具有同心層狀構造、放射狀構造；

圖6.鐘乳石

⑤葡萄狀（botryoidal）和腎狀（reniform）：形如葡萄、腎臟，內部具有同心層狀構造、放射狀構造；

圖7.葡萄狀的葡萄石集合體

圖8.腎狀赤鐵礦

⑥結核狀（nodule）：不規則（橢）球狀，內部具有同心層狀構造、放射狀構造。

3.2礦物的物理性質

透明度（transparency）：以0.03mm厚度的礦物薄片爲標準，光學可以透過的稱透明礦物，反之則爲不透明礦物。

光澤（luster）：礦物反射可見光的能力。

圖9.光澤

顏色（color）：礦物在白光照射下所呈現的顏色。

圖10.顏色

條痕（streak）：礦物粉末的顏色。

硬度（hardness）：礦物抵抗外力作功的強度。一般用摩氏硬度計（Mohs scale of hardness）作爲衡量標準。

圖11.硬度

應當注意摩氏硬度表示的是礦物的相對硬度，而非絕對硬度。例如滑石硬度爲1，石英硬度爲7，根據測硬計結果滑石爲2.3，石英爲300，後者是前者的130倍，而非7倍。

解理（cleavage）：晶體受外力打擊後沿一定結晶方向破裂成平面（解理面）的特性。

圖12.方解石

圖13.解理

斷口（fracture）：礦物受外力打擊後不沿固定的結晶方向裂開形成解理面的性質。斷口的形態是多樣的。地理圖文綜合整理

圖14.斷口

密度（density）：金屬礦物密度大。非金屬礦物根據密度的相對大小分爲三級。

圖15.相對密度

磁性（magnetism）：磁鐵礦、黃鐵礦可以被磁鐵吸引，自然鉍被磁鐵排斥。

圖16.磁鐵礦

發光性（luminosity）：礦物在外光照射後能夠發光的特性。

圖17.礦物發光性

雙折射性（birefringence）：在礦物的不同方向上，折射率不一，產生一定的光程差，形成雙影現象。

圖18.冰洲石的雙折射現象

3.2礦物的化學特徵

礦物還可以通過化學反應鑑定。如方解石會和稀鹽酸反應劇烈起泡，對白雲石則反應微弱或不起泡。化學試劑也可以對礦物染色加以鑑定。

附：50種常見礦物

自然元素礦物

自然元素礦物（native elements）包括僅由一種元素構成的單質和有兩種或兩種以上金屬元素構成的類質同相混晶（miscicrystal）礦物。

1.自然金（Gold）

圖2.自然金

在深部形成的黃金常呈八面體晶形，中深部形成的黃金呈菱形十二面體，淺部呈四角三八面體、三角三八面體、樹枝狀形態等等。

圖3.自然金（左：八面體；中：菱形十二面體；右：樹枝狀集合體）

2.自然銀（Silver）

圖4.自然銀

圖5.自然銀（左：立方體、八面體；中：樹枝狀集合體；右：髮狀集合體）

3.自然銅（Copper）

圖6.自然銅

圖7.自然銅（左：立方體；中：菱形十二面體；右：樹枝狀集合體）

4.石墨（Graphite）

圖8.石墨

石墨有滑手感，極易污手，形成於高溫變質作用。

圖9.石墨（塊狀集合體）

將硫酸銅溶液潤溼的鋅粒放置於石墨上可析出金屬銅斑點，輝鉬礦無此反應。

5.金剛石（Diamond）

圖10.金剛石

金剛石是硬度最高的天然物質，能與金剛石一決高下的也就只有金剛石了。不同晶體形態的金剛石的每個晶面的硬度略有不同，八面體晶面的硬度＞菱形十二面體晶面的硬度＞立方體晶面的硬度。果然頂級強者只有自我超越。

圖11.金剛石（八面體）

2.2硫化物及其類似化合物礦物

硫化物礦物是指金屬陽離子與硫結合而成的化合物形式的礦物，硫化物礦物的類似化合物是指金屬元素與硒、碲、砷、銻、鉍等結合而成的硒化物、碲化物、砷化物、銻化物、鉍化物礦物。

6.黃鐵礦（Pyrite）

圖12.黃鐵礦

黃鐵礦相鄰晶面上的條紋相互垂直。

圖13.黃鐵礦（左：八面體；中：五角十二面體；右：結核）

7.黃銅礦（Chalcopyrite）

圖14.黃銅礦

黃銅礦和黃鐵礦十分相似，但是黃銅礦顏色更黃。

圖15.黃銅礦

8.雄黃（Realgar）

圖16.雄黃

陽光久照雄黃會變爲淡橘紅色粉末。

圖17.雄黃

9.雌黃（Orpiment）

圖18.雌黃

圖19.雌黃

10.辰砂（Cinnabar）

圖20.辰砂

圖21.辰砂（矛狀）

11.輝銻礦（Stibnite / Antimonite）

圖22.輝銻礦

圖23.輝銻礦

12.方鉛礦（Galena）

圖24.方鉛礦

圖25.方鉛礦

13.閃鋅礦（Sphalerite）

圖26.閃鋅礦

圖27.閃鋅礦

2.3氧化物礦物

氧化物礦物是指金屬陽離子與O²⁻和(OH)⁻結合而成的化合物。目前已發現300餘種，其中氧化物200餘種，氫氧化物80餘種。佔地殼質量的17%，僅次於含氧鹽類礦物。

14.石英（Quartz）

圖28.石英

圖29.石英

圖30.水晶。點擊圖片或鏈接瞭解天然綠水晶

圖31.瑪瑙

圖32.綠幽靈水晶。點擊圖片或鏈接瞭解綠幽靈水晶

15.剛玉（Corundum）

圖33.剛玉

圖34.“達碧茲”剛玉

16.赤鐵礦（Hematite）

圖35.鏡鐵礦

圖36.腎狀赤鐵礦

圖37.鮞粒狀赤鐵礦

17.尖晶石（Spinel）

圖38.尖晶石

圖39.尖晶石

18.磁鐵礦（Magnetite）

圖40.磁鐵礦

圖41.磁鐵礦（菱形十二面體）

圖42.磁鐵礦（罕見的立方體晶形）

2.4鹵化物礦物

鹵化物礦物是鹵素陰離子與金屬陽離子結合而成的化合物，約有100餘種。其中以氟化物（fluorides)和氯化物(chlorides)礦物爲主，溴化物(bromides)和碘化物(iodides)礦物極少見。

19.螢石（Fluorite）

圖43.螢石

圖44.螢石（鍾乳狀）

2.5含氧鹽礦物

含氧鹽是金屬陽離子與各種形式的含氧酸根絡陰離子結合而成的化合物。

2.5.1碳酸鹽礦物

20.方解石（Calcite）

圖45.方解石

圖46.方解石（從右至左形成溫度逐漸升高

21.白雲石（Dolomite）

圖47.白雲石

圖48.白雲石

22.文石（Aragonite）

圖49.文石

圖50.文石（柱狀集合體）

圖51.文石（矛狀集合體）

圖52.文石（珊瑚狀集合體）

23.菱錳礦（Rhodochrosite）

圖53.菱錳礦

圖54.菱錳礦

圖55.菱錳礦

圖56.菱錳礦

24.孔雀石（Malachite）

圖57.孔雀石

圖58.孔雀石

25.藍銅礦（Azurite）

圖59.藍銅礦

圖60.藍銅礦

2.5.2硫酸鹽礦物

26.石膏（Gypsum）

圖61.石膏

圖62.石膏（玫瑰花狀集合體，“沙漠玫瑰”）

27.重晶石（Barite）

圖63.重晶石

圖64.重晶石

2.5.3磷酸鹽礦物

28.磷灰石（Apatite）

圖65.磷灰石

圖66.磷灰石

29.綠松石（Turquoise）

圖67.綠松石

圖68.綠松石

2.5.4硅酸鹽礦物

30.橄欖石（Olivine）

圖69.橄欖石

圖70.玄武岩具有橄欖石包裹體

31.蛇紋石

圖71.岫玉

32.綠簾石（Epidote）

圖72.綠簾石

圖73.綠簾石

33.海綠石（Glauconite）

圖74.海綠石

圖75.海綠石

34.綠泥石（Chlorite）

圖76.綠泥石

圖77.綠泥石

35.普通輝石（Augite）

圖78.普通輝石

圖79.普通輝石

36.鋰輝石（Spodumene）

圖80.紫鋰輝石

圖81.鋰輝石

37.薔薇輝石（Rhodonite）

圖82.薔薇輝石

圖83.薔薇輝石

38.普通角閃石（Hornblende）

圖84.普通角閃石

圖85.花崗閃長巖

39.石榴子石（Garnet）

圖86.石榴石

圖87.石榴

40.紅柱石（Andalusite）

圖88.紅柱石

圖89.紅柱石

41.滑石（Talc）

圖90.滑石

42.雲母

圖91.白雲母（巴西星雲母）

43.蛭石（Vermiculite）

圖92.蛭石

44.長石

圖93.正長石

圖94.拉長石

45.霞石（Nepheline）

圖95.霞石

圖96.霞石

46.方鈉石（Scapolite）

圖97.方鈉石

47.高嶺石（Kaolinite）

圖98.高嶺石

圖99.高嶺石（土狀）

48.綠柱石（Beryl）

圖100.綠柱石（祖母綠）

圖101.綠柱石（海藍寶）

49.電氣石（Tourmaline）

圖102.電氣石（碧璽）

圖103.電氣石

50.葡萄石（Prehnite）

圖104.葡萄石

圖105.葡萄石

參考資料：

[1]《普通地質學》舒良樹

[2]《結晶學與礦物學》李勝榮

[3]《綜合地質學》王根厚

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