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第8章 认识脚下的岩石(1)

岩石是什么

在地质学中,人们常把所说的石头称为岩石。“岩”有高山陡崖之意,而“岩石”就是形成这些高山峭壁的石头。实际上,岩石的含义已远不止只形成高山,岩石在我们生存的地球上分布广泛,山脉、丘陵、岛屿、江河湖海以及平原的基底,都是由岩石组成的。

岩石看上去很硬实,似乎没有多大差别,看起来很简单,其实不然。它们的成因非常复杂,可以说每种岩石的成分和结构等特征都各不相同。因此,要给岩石下一个普遍而准确的定义是很困难的。从18世纪出现“岩石”这个地质术语开始,一直到现在,岩石的概念都在不断地修改和完善。

目前公认的岩石定义含有以下一些内容:岩石是自然形成的产物;岩石是由一种或几种矿物组成的固态集合体。这两句话就是岩石的基本概念。

岩石是天然生出的,可以说岩石是大自然的宠儿,每一种岩石都有自己的发生、发展和破坏的历史。它们是在地壳中形成的,是机械作用、物理化学作用和生物作用等综合地质作用的产物,也是地壳和上地幔顶部的重要组成部分。岩石不包括人工合成的工艺岩石,比如陶瓷是由含高岭石的瓷土烧制而成的,不能称为岩石;浇注混凝土里面虽然有很多大小不等的石块,也只是建筑材料,而不是岩石。

岩石指的是有一定形状的固态集合体,有的是层状、片状;有的成块状、球状、柱状,形态各异。换句话说,那些没有固结的松散沉积物,如砾石、砂子、黏土、火山灰、海底沉积物等碎屑。由于它们没有固定的形态,更没有胶结形成坚硬的岩石,因此,他们不在岩石之列。还有石油,因为它是液体,也不能称为岩石。

在绝大多数情况下,岩石都是几种矿物混合组成的集合体。但是,由于岩石类型不同,在很多岩石中,除了矿物之外,还有一些其他物质。比如矿物颗粒之间的胶结物;遗留在岩石中的植物和动物遗迹(也称化石);还有由于岩石形成温度高,冷却快,来不及结晶而形成的火山玻璃,这些物质也都是构成岩石集合体的成分。

尽管在自然界中矿物种类繁多,但是在岩石中经常出现的矿物并不是太多。虽然如此,由于其矿物组合、矿物成分和矿物含量千变万化,使形成的岩石仍然各不相同。比如花岗岩是酸性侵入岩,主要是由石英、酸性斜长石和云母组成的;玄武岩是基性喷出岩,它的主要矿物成分是橄榄石、辉石、角闪石和基性斜长石。矿物组合差异明显,即使都有长石,成分也不同。在个别情况下,也有由一种矿物组成的岩石,如石灰岩只是由方解石组成的;石英岩是由单矿物石英组成的。

通常,组成岩石的矿物颗粒都很小,靠眼睛观察很难准确地辨认矿物和确定岩石的结构,使岩石研究长期处于停滞状态。直到1867年把偏光显微镜用于鉴定岩石薄片,才为岩石学研究打开了一个新的局面,成为岩石学发展史上的一个转折点。后来,又逐渐从研究岩石的成分、结构、分类,发展到研究岩石化学和地球化学特征,并与其他相关学科结合,使岩石学成为地质学领域中的一门重要的分支学科。

岩石的面貌

岩石的面貌主要取决于岩石的结构、构造和产状。因为每种不同成因的岩石类型都有它们不同的结构和构造特征,所以在自然界中形成的形态也有很大差异。

前面已经讲过,岩石是由一种或多种矿物和胶结物、火山玻璃、生物遗骸等物质组成的。岩石的结构是指组成岩石的矿物本身的形态、外貌特征以及矿物之间的相互关系;构造是指组成岩石的颗粒彼此之间的排列、充填方式。岩石的结构、构造是地质学家作为岩石鉴定和分类命名的依据,也是研究岩石成因和演化的不可缺少的内容。

水成的层理是沉积岩最典型的构造。仿佛一本本不同颜色和厚薄的书叠置在一起,层与层之间有明显的界限。层理有水平的,有波状的,有交错的等等。因此,沉积岩形成的山丘具有明显的成层状外貌。煤就产在这种成层叠置的岩石中。世界着称的黄土高原,有研究者认为是风成沉积地貌。我国南方震旦系地层中有典型的冰碛砾岩沉积,砾石分选差,与砂、泥质混合成岩,是大陆山谷冰川作用形成的产物。我国桂林有“山水甲天下”之美称,奇妙莫测的七星岩是另一种类型的沉积岩,即碳酸盐地区形成的喀斯特地貌。

变质岩的特征构造是具有叶理,和沉积岩的层理不同,它是变质作用的形成的。不论是板理、片理还是片麻理,其中的矿物都呈定向排列,而且矿物表面和定向压力方向垂直。板理、片理只是由于变质程度深浅、矿物颗粒大小产生的差别,全部是由板状、片状矿物平行排列而形成的。片麻理则不然,它是不同矿物交替成层分布造成的,这种条带状构造在变质岩中广泛分布。

岩浆岩,特别是花岗岩,造就了很多名山大川,东北大小兴安岭、东南沿海一带都有成群的花岗岩分布。安徽黄山妖娆的奇观就是花岗岩体经过缓慢的地质构造运动形成的。在陕西华山也可以看到花岗岩体被断裂切割成十分陡峭的地形,形成好像被斧头劈开一样笔直的百丈陡崖。花岗岩这么坚硬耐磨,是因为组成它的矿物比较坚硬、结构致密的缘故。

玄武岩常形成广阔的台地,高原玄武岩是岩浆溢流形成的地貌景观。安山岩浆的黏度比玄武岩浆要大得多,不容易形成溢流,常喷发形成边坡比较陡的大型火山,比如世界着名的日本富士山、意大利维苏威火山就属于这种类型。

我国黑龙江镜泊湖地区玄武岩景观就很奇特,不仅可以供人们观光游览,而且也是认识和了解火山岩最好的一个天然课堂。火山口森林是景色之一。站在齐天亭上俯视火山口,深度百余米,植物垂直分带现象很明显,因为深陷在地面之下,当地人把称它为地下森林。漫步在这个天然公园里,随处可以见到岩浆流动时形成的流动构造,特别是在地形陡峭的地方,玄武岩浆流动速度加快而形成的熔岩“瀑布”,至今还悬挂在游人面前,别有一番风味。保存完好的熔岩隧道是很难得一见的又一火山景观,好像石灰岩发育地区喀斯特地貌里的地下暗河,不过,流的不是水,而是岩浆。

形成的过程也和喀斯特溶洞迥然不同,它是由于靠近地表的玄武岩急速冷凝形成的,由于固结速度比较快,在地表形成一层硬壳。而下面的熔岩流仍然有较高的温度,是熔体状态,遗留下来的熔体流动通道就像一条人工隧道,有很大的空间。人们走近熔岩隧道里,在洞壁上可以见到多期岩浆流动留下的一道道痕迹。而在火山口的积水则形成了美丽、辽阔、碧水如镜的火口湖,镜泊湖由此得名。

岩石的种类

沉积岩

在地表或靠近地表不太深的地方形成的一种岩石叫做沉积岩。它是由风化产物、火山物质、有机物质等碎屑物质在常温常压下经过搬运、沉积和石化作用,最后形成的岩石。

沉积岩的物质主要有几个渠道的来源,风化作用是一个主要渠道,它包括机械风化、化学风化和生物风化。机械风化是用崩解的方式把已经形成的岩石破碎成大小不同的碎屑;化学风化是由于水、氧气、二氧化碳引起的化学作用使岩石分解形成碎屑;细菌、真菌、藻类等生物风化作用也能分解岩石。此外,火山爆发喷射出大量的火山物质也是沉积物质的渠道之一;植物和动物有机质在沉积岩中也占有一定比例。

不管哪种方式形成的碎屑物质都需经历搬运过程,然后在合适的环境中沉积下来,经过漫长的压实作用,石化成坚硬的沉积岩。

碎屑岩是沉积岩中的一个重要类型,砾岩、砂岩、黏土岩都属于碎屑岩。碎屑岩的结构与岩浆岩和变质岩有极大的不同,后者的矿物颗粒之间是连续接触的;而在碎屑岩中,颗粒之间以点接触,颗粒之间有孔隙,这些孔隙被胶结物或者细粒填隙物质充填。因此,具有孔隙是碎屑岩重要的结构特征。

碎屑岩的结构包括碎屑颗粒的结构、杂基或胶结物的结构以及碎屑和填隙物之间的关系等诸多特征。

沉积岩典型的构造特征是层理分明。沿垂直方向观察这种层状构造可以发现,由于矿物成分、结构或颜色的不同而表现出成层性。根据纹层排列的特点,层理可以继续细分。比如纹层呈直线状相互平行,并且平行于层面,称为水平层理和平行层理;纹层呈对称或不对称的波状,总方向平行于层面,称为波状层理;纹层斜交层面,斜层系呈彼此重叠、交错、切割的组合方式,称为交错层理或斜层理等等。

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