火成岩也叫岩浆岩,顾名思义,它就是由岩浆凝固而成的岩石。它们是各种各样的结晶质或玻璃质岩石。有的火成岩在地下就凝固了,有的则是在喷出地表面后凝固的。火成岩是组成地壳的主要岩石,许多金属和非金属矿藏的生成也都与火成岩有关系,所以人们很重视对它的研究。需要说明的是,火成岩并不完全是岩浆形成的,如有一部分花岗岩,它们是在高温度下,由其他岩石在固态下发生一些物理和化学变化而形成的。
绝大多数火成岩中只有9种元素,这9种元素又大多以氧化物(某一元素与氧元素发生化学反应后形成的新物质叫氧化物)的形式存在于岩石中,其中最多的是二氧化硅。
二氧化硅是最重要的形成岩石的材料,它与其他材料结合会形成橄榄石、旌石、云母、长石、闪石等多种造岩矿物。矿物是组成岩石的最小单位。在形成这些矿物后二氧化硅仍有多余(即过饱和)时,就会出现石英;如果二氧化硅含量不足就可能出现橄榄石或似长石类矿物(如霞石)等;当二氧化硅与其他造岩组分的含量适中,则不出现上述两类矿物,而形成辉石、角闪石和长石等矿物。这些矿物我们也可以叫它们为矿石。各种岩石其实就是由这样一些矿物组合而成的。单纯的一种矿物不能称作岩石。地下深处好像一个大熔炉,岩浆中的不同成分在那里进行一系列的变化,当它们流动到一些地方,如侵入到岩石的空隙时,便会逐渐冷却下来。这时,那些矿物们就开始出现结晶,再加上其他各种原因,如温度、压力、成分等等,有的结晶会大些,有的会小些,有的是这样几种矿物结合在一起,有的是那样几种矿物结合在一起。知道了这一点,我们就基本明白了,地球上所以会有那多种不同的岩石,其实就是在于这些元素或造岩物质的不同组合而形成的。
长石、石英、云母、角闪石、辉石和橄榄石等都叫硅酸盐矿物,它们都是形成岩石的主要物质,被称为造岩矿物。火成岩就是由它们再加上一些少量的磁铁矿、钛铁矿、锆石、磷灰石和榍石等组成。这些造岩矿物的化学成分和颜色都各不相同,人们把它们分成两类:硅铝矿物和铁镁矿物。硅铝矿物颜色浅,铁镁矿物颜色深。颜色深的岩石,比重也较大,人们往往根据火成岩的颜色来推断岩石的化学成分和它们的性质。也就是说,颜色深的比颜色浅的岩石要重一些。
火成岩的种类很多,不同学者从不同角度和标准提出许多分类方案,有的根据岩石的产状、结构和构造,有的根据矿物成分,有的根据化学成分。通行的分类有3种:按产出和形成的条件分为深成岩(就是在地面以下很深的地方形成的岩石),如花岗岩、正长岩、闪长岩、辉长岩和橄榄岩等;浅成岩(就是在地面以下较浅的地方形成的岩石),如斑岩、辉绿岩、煌斑岩等;喷出岩(也叫火山岩,它是从火山喷出来的岩浆凝固而成的岩石),如黑曜岩、珍珠岩、玄武岩等。人们根据这些岩石的结晶程度、颗粒大小、晶体形态等,以及它们之间的相互关系等来区别它们。火成岩的结构和构造还能告诉我们火成岩的形成条件。例如,花岗岩是在地下深处由岩浆缓慢结晶形成的,那些晶体的颗粒就比较粗大。而同样的这种岩浆喷出地表冷凝后形成流纹岩时,其中的矿物成分虽基本上与花岗岩相似,但矿物颗粒的特点(如晶体大小、形态等)就与花岗岩不一样了。所以结构和构造,不仅可用来鉴定岩石,作为火成岩分类的标志,而且可借以探讨岩石的形成条件。
火成岩岩体的形态、大小与围岩(火成岩周围包裹着的其他岩石)的关系以及形成时所处的深度和构造环境等叫火成岩的产状。认识产状可以了解火成岩岩体形成的地质条件,帮助人们判断火成岩的成因,还可以了解火成岩的成矿条件和成矿关系,指导找矿勘探工作。火成岩研究不能局限于一块岩石或一个露头,不能只注意它的矿物成分和结构、构造。
火成岩的产状多种多样。产状多样性的主要原因是岩浆的化学成分和温度、粘度等物理性质以及岩浆凝固深度等方面的差异。此外,地壳构造运动的性质、围岩的性质、地应力等对岩体的产状也有一定的影响。
地幔,特别是上地幔是地壳物质或火成岩的原始来源。在一定的温度和压力条件下,上地幔物质中会分熔出一些玄武岩浆进入地壳,而难熔的超基性岩部分留在上地幔。由于分熔的深度的不同,分熔出不同成分或种类的玄武岩,一般认为大洋拉斑玄武岩岩浆是在小于15公里的深处从地幔分熔而成的;高铝玄武岩岩浆是在15?35公里深度分熔而成的;碱性玄武岩岩浆是在大于35公里条件下分熔而成的。
火成岩与许多金属及非金属矿产有密切的成因联系,很多火成岩本身就是矿,如花岗岩、斜长岩、辉长岩和珍珠岩等就是很好的建筑材料,玄武岩和辉绿岩是制造铸石和岩棉的原料,纯橄榄岩是制造钙镁磷肥原料。此外,有金伯利岩中的金刚石矿床、橄榄岩和纯橄岩中的铬铁矿及钼矿、苏长岩中的铜镍硫化物矿床、辉长岩和斜长岩中的钒-钛-磁铁矿矿床以及碱性岩和碳酸岩中的轻稀土、银、锆、钍等矿床;与中酸性岩有关的铁、铜矿床,与花岗岩类有关的钨、锡、铍、铌、钽、稀土、锂、铀、金、铅、锌和钥等矿床;与陆地火山作用有关的斑岩铜、钥、金、锡、钨、铝、锌等矿床,以及与海底火山有关的黄铁矿型铜矿和多金属矿床等。
火成岩(IgneousRock)由岩浆(Magma)直接凝固而成。高温之岩浆在从液态冷却中结品成多种矿物,矿物再紧密结合成火成岩。化学成分各异之岩浆,最後成为矿物成分各异之火成岩,种类繁多,细分之有数百种。如依其含矽量之高低做最简明之分类,火成岩有酸性(Acidic)、中性(Intermediate)、基性(Basic),及超基性(Ultrabasic)四大类。同时火成岩之晶体,因结晶时在地下之深度不一亦有粗细之别;将此分别代表深浅之粗细做为矿物成分以外之另一分类依据,火成岩可分成如次之种类:晶体粗大之酸性火成岩为花冈岩(Granite),细小至肉眼不能辨识者为流纹岩(Rhvolite);晶体粗大之中性火成岩为闪长岩(Diorite)细小者为安山岩(Andesite);晶体粗大之基性火成岩为辉长(Gabbro),细小者为玄武岩(Basalt);晶体粗大之超基性火成岩为橄榄岩(Peridotite),此种火成岩无晶体细小者。晶体特大之火成岩统称伟晶岩(Pegmatite),但应指明其为伟晶花冈岩、伟晶闪长岩,或伟晶辉长岩。此外,不论其成分如何,岩浆在地面凝固时通常不暇结晶。此等不结晶火成岩均为火山岩,或成块状无结构之玻璃,酸性及中性者成黑耀石(Obsidian)或浮石(Pumice),基性者成玻璃质玄武岩(BasalticGlass),或在喷发时破碎成火山角砾岩(VolcanicBreccia)或凝灰岩(Tuff)。火成岩以岩基或岩脉形体侵入较古岩层,倘再穿至地面,则成火山。火成岩不仅为一切其他岩石之原料及多种矿产之母体,且为全球水分之来源。不论在深处或浅处,火成岩通常仅在地壳正有犟烈活动之时之地出现,并非一时处处或一处时时有为火成岩前身之岩浆活跃。
火成岩的形成
一、岩浆和岩浆作用的基本概念
在地壳表面出露的岩石中,除了沉积岩占据最大的面积以外,火成岩要数得上第二位了。因此,在地质旅行中仍有较多的机会跟火成岩打交道,对它们的容貌、内在特征,以及与人类生活的关系诸方面,不能不做一些基本了解,特别是许多重要的金属矿产资源还是火成岩的“亲家”呢!
什么是火成岩?可以用一句最简单而明确的话语概括一火成岩是地下的岩浆或火山喷溢的熔岩冷凝结晶而成的岩石。那么,什么是岩浆呢?地质学家研究大量资料以后认为:岩浆是自然形成于地球深处一种炽热的、黏度较大的硅酸盐质的熔融体。只有极少数情况,出现过碳酸盐质的熔融体。例如本世纪60年代初,曾在坦桑尼亚奥多依尼伦盖火山口发现了喷出的具有碳酸盐成分的岩浆;在智利,还见到过喷溢出铁流的火山。当地壳一旦有所变动,产生一些破裂时,这些位于地壳深处的岩浆熔融体就沿着裂缝上升,在地壳的某个地段冷凝并结晶为岩石,如在深部成岩,称为深成岩;如在地壳的浅部成岩,则称为浅成岩。深成岩和浅成岩合称为侵入岩。如果岩浆继续沿着裂隙上升,顺火山通道而喷溢出地面,冷凝而成为岩石,则称为喷出岩。而实际上,岩浆在地下深处有自行物质分异作用,也就是说,一般情况下,重的、难熔的组分留在深部;而轻的、易熔的组分则迁移到地球的外层来。前者是侵入岩,后者就是喷出岩。我们把岩浆的分异、运移、喷溢、冷凝等全过程概括起来,可将其称为岩浆活动或岩浆作用。一部分岩浆活动只将岩浆侵入到地壳中而未暴露出来(现在看到的是经过后来的风化剥蚀作用而暴露出来的)的,叫做岩浆的侵入作用;而另一部分的岩浆活动喷出于地表,则称火山作用,或喷出作用。岩浆的侵入作用在地下进行,人们无法直接观察;而火山作用,是人们能直接看到的地质现象。对于火山喷发,许多史书上也都有详细的记载,例如意大利的维苏威火山,于公元79年爆发,使庞贝和赫古拉农姆两座城镇被埋没于火山灰之下。美国圣海伦斯火山,休眠了年以后,于年3月27日连续大爆发,喷出的火山灰达40多亿吨。
我国黑龙江的五大连池火山群,于、年喷发,熔岩流溢地面。由火山喷发物堆成现今的高达米的老黑山和高达米的火烧山,同时形成五个堰塞湖。当我们了解岩浆和岩浆作用的基本概念以后,应该进一步认识由这种作用而产生的火成岩了。关于火成岩的具体名称,迄今已达余种,而实际上,叫出余种的名称是很困难的,也没有这个必要。通常在野外地质旅行时,只能把这千余种的名称归纳为几大类,然后掌握若干类就可以了。怎样归纳呢?其基本条件,无非是考虑岩石中所含的矿物成分、化学成分、构和构造、产出的形式等几个方面。其中最关键的指标是岩石中二氧化硅的含量、长石的性质及其含量。可分为五大类:
①超基性岩。二氧化硅的含量小于45%,几乎全由铁镁矿物组成,硅铝矿物含量极少。如橄榄岩。②基性岩。二氧化硅的含量为45%?52%,主要由铁镁矿物和基性斜长石组成。如玄武岩。③中性岩。二氧化硅的含量为52%?65%,主要由中性斜长石或碱性长石与铁镁矿物组成。如闪长岩、安山岩、粗面岩。④酸性岩。二氧化硅的含量大于65%,由石英、长石和铁镁矿物组成。如花岗岩、流纹岩。⑤碱性岩。含碱金属很高(K{2}O{2},Na{2}O)和一定数量的副长石和碱性深色矿物。如霓霞岩、霞石正长岩。
二、火成岩的结构与构造
火成岩的名称,固然与其所含的矿物成分、化学成分有密切的关系,但了解这些物质组分的形态面貌也十分重要,后者用专门术语来说就是岩石的结构和构造。火成岩命名时的另一基本原则,就要考虑它的结构和构造。这是因为同样的矿物成分、化学成分的岩浆,当其沿裂隙上升到某一部位时,冷凝后表现出来的结构和构造也是不同的,这样,岩石的名称也就自然有差别了。例如在酸性岩类中,正长石、斜长石、石英等基本矿物形成晶体时,呈粒状结构,就称为花岗岩;而当其喷溢出地面,虽然其物质组分相同,但颗粒结构不清楚,有时还出现流动的带状构造,这样,就不能称做花岗岩,而叫流纹岩了。由此可见,火成岩的野外定名,不可不注意其结构和构造。什么是岩石的结构?简单地说,是指岩石物质组分的结晶程度、颗粒大小、形态特征以及它们之间的相互关系等。什么是火成岩的构造?是指组成岩石的各部分(集合体)在形成岩石时,在排列充填其空间方式上所构成的岩石特点;或者也可以说,是集合体的排列、配置与充填方式的关系。具体地怎样认识火成岩的结构与构造呢,现分别予以阐述,先谈结构,主要应从以下几方面去认识:
①岩石的结晶程度。我们把岩石中的矿物形成晶体的,称为结晶物质,简称晶质;把另一种未能形成晶体的物质,称为玻璃质,简称非晶质。所谓岩石的结晶程度,即指晶质与非晶质之间的比例关系。此种比例关系,大体分为三大类:全晶质结构一岩石中的矿物,全部都形成晶体,例如花岗石。玻璃质结构一岩石中的矿物全部都是非晶质的,跟玻璃十分相似,主要见于某些火山喷出岩,如黑耀岩。半晶质结构一岩石中既有矿物晶体,又有玻璃物质,火山喷出岩类颇为常见,如流纹岩、安山岩、玄武岩等。
②矿物颗粒的形状。这是由于矿物的习性和结晶空间约束的变化,使晶体形成不同形态的颗粒。这些颗粒的形状有:粒状(如石英),柱状(如角闪石及辉石),板状(如长石),片状(如云母和绿泥石),针状(如金红石),纤维状(如蛇纹石)。放射状,这是纤维状和针柱状的矿物作放射状排列而成(如电气石和磷灰石)。
③矿物颗粒的大小。指肉眼能分辨得出来的显晶质颗粒的体积而言,按其直径分为:粗粒5毫米中粒5?1毫米细粒1?0.1毫米微粒0.1毫米如果矿物晶体的颗粒更细小,肉眼难以分辨,需要放在显微镜下才能看得清楚的,则称为隐晶质。如果比隐晶质更小,一般显微镜底下也难以辨认的,即见不到晶体形状的,则称为非晶质。在野外观察矿物结晶颗粒的大小,隐晶质和非晶质均无实际意义,只有显晶质才有用处。这样,为方便我们描述火成岩特征起见,把显晶质矿物的大小归纳为三种情况,即三种颗粒结构类型:等粒结构一同种矿物颗粒的大小大致相等,多见于侵入岩类。不等粒结构一同种矿物颗粒的大小不等,多见于侵入体的边缘及浅成侵入岩类。斑状或似斑状结构一岩石中的矿物颗粒很清楚地分为两大群类,大晶体明显可见,小晶体十分微小,但细心观察也能见到(岩石学称之为基质),因此,晶粒在基质的衬托之下,呈现出斑状结构,多见于浅成侵入体或喷出岩类中。
④矿物彼此之间的相互关系。这是一种比较特殊的结构,如在某些火成岩中,它表现为矿物晶体彼此之间的镶嵌关系,于是这种结构反映出由交错穿插而形成的各种花纹图像:或作条纹、或作蠕虫状、或作环带状、或作卷曲状,百态千姿,十分绚丽。
现在,让我们来认识火成岩的构造,比较常见的构造类型有以下几种。①块状构造。这是由于岩石中的矿物组分均匀分布所造成的一种构造,十分普通,侵入岩与喷出岩类中均有所见。②斑状构造。这是一种非均一的构造,由于岩石中的矿物组分在结构上或成分上均有差异而形成,特别在颜色和颗粒大小方面极不一致,于是呈现出斑驳陆离的面貌。③带状构造。形成此种构造的原因与斑状构造相同,故本质上应归于斑状构造,只是其斑驳的色调具有定向性的条带而已。
④球状构造。这是一些矿物围绕着某些中心,呈同心状分布而形成一种球体状的构造,最多的见于一些花岗岩类岩石中。⑤气孔和杏仁状构造。此种构造常见于火山喷出岩中,当岩浆沿地壳裂隙喷溢于地表,在流动冷凝过程中,所含的挥发物质向外逸散,留下空洞,有圆形、椭圆形及其他不规则的形状,这样,此类喷出岩就具有气孔状构造了。假如气孔特多,占总体积的90%以上者,岩石很轻,能在水面浮动,称为浮岩。有人放置于金鱼缸内,充作观赏之用;如浮岩产量较多,可开采作高层建筑的石材之用。当气孔构造被后来的其他矿物(如沸石、方解石)充填,在暗色岩体上显示出白色或其他浅色的斑体,形似杏仁,故称杏仁状构造,玄武岩类、安山岩类岩石中常有所见。⑥晶洞构造。侵入于地壳上部的岩浆,停留在某处冷凝过程中,岩体的内部有时会留下空隙,在此空洞周围的洞壁上发育了密集的某些矿物(最多的是石英)的晶体,形态多姿,精美绚丽,称为晶洞构造。⑦枕状构造。基性熔岩有时在水下的火山通道喷溢出来,骤然遇到低温,加速冷凝,在熔岩体的表层先呈半固结状,而其内部仍高温流动,在流动受阻的情况下出现了扁球状、扁椭球状的枕状构造。如四川蛾眉山二叠纪时曾发生海底火山喷发,玄武岩层形成许多枕状构造,若万千睡枕,成堆垒叠,蔚为奇观。⑧流纹状构造。多见于火山喷出岩。当岩浆流溢于地表,由于其中的矿物具有色调的差异性,在流动过程中,造成条带状构造,有如行云流水,或如飘带飞舞,形成逗人喜爱的花纹,最典型的莫如流纹岩中所见者。如杭州西湖宝椒山所见。⑨柱状节理。当火成岩形成时,由于热量的散逸,熔融体逐渐冷凝收缩,岩石就按一定的方向发生自然破裂,就形成节理,把整体的岩石分割成无数多边形的柱体,如玄武岩常以垂直的六边形或多边形的柱状节理发育为特征;也有成圆弧状的节理,如辉绿岩常具球形节理,沿节理面风化剥落以后,使辉绿岩在野外露头上呈现为一个个好似排列起来的石球。还有如花岗岩常呈三个方向的节理发育,当其风化以后,形成“万笏朝天”奇观,如苏州天平山所见。火山岩地区由于柱状节理特别发育,满山柱体林立,构成奇特的景色,往往能招徕大批游客前来寻奇探胜,成为著名的游览胜地。如苏格兰的“神仙台阶”、浙江临海桃渚镇海滨(当地称珊瑚石)、江苏六合桂子山的“火山石柱林”,都十分壮观。
三、火成岩的产状
上面所谈的火成岩的结构与构造,基本上是用肉眼在一块手标本上,或者在一米见方的野外露头上就能观察到的岩石特征,可以说是一项“微观”考察吧!现在要谈的,是在比较大的范围内考察,也可说是一项“宏观”项目吧!这就是火成岩的产状。所谓火成岩的产状,是指火成岩体在地壳中产出(存在)的状态,具体地说,就是野外所看到的整个岩体的模样。当然,这也是在火成岩发育地区旅行时所必须了解的内容。火成岩体产状的具体内容,包括岩体的大小、形状及其与围岩之间的关系,这是由构造环境的特点所决定的。所以当我们对火成岩体的产状有所了解以后,对火成岩的成因、形成的条件等方面也就有所认识了。
先谈火山岩的产状,它的特点与火山的喷发方式有密切的关系。
如果是中心式的喷发,则形成许多锥形的火山岩堆积,组成古火山群,例如山西大同所见到的第四纪火山群就属于此种类型(图5.7)。如果是沿着地壳的断裂带分布的火山岩,或者说是由裂隙式的火山喷发而形成的,则出现线状分布的火山群,如南京地区所见到的第三纪火山群。
各地火山岩组成的物质也有所不同,有的以熔岩为主,有的则以火山碎屑为主。如以现代的活火山为例,勘察加汝帕华火山和夏威夷的基拉韦亚火山以熔岩为主,喷溢之时,犹如河流奔泻,或如飞瀑高悬(图5.8)。以火山碎屑物为主者系爆炸式火山喷发而来,火山灰数量极大。有的则两者兼备,此种类型倒是比较普遍的。
至于侵入岩的产状,情况远比火山喷出岩复杂,因而形式也较多样,就野外所见者,基本上有以下各类。
①岩基。这是一种规模巨大的岩体,其面积可达60平方千米以上,其周围还有若干小岩体。当我们在这样的岩基所在地作地质旅行时,往往整天,甚至几天穿越其剖面尚未能抵达边界。岩基多由花岗岩组成,其地形外貌,或作高山峻岭,或作丘陵缓岗,逶迤起伏,连绵不绝。如我国南岭地区不少中生代的花岗岩即构成岩基,在普通小比例尺的地质图上看到的一块块标注红色的符号者,多为岩基所在地。
②岩株。这是一类规模中等的岩体,其面积在60平方千米以内,周围没有什么零散的小岩体,与其他围岩的接触边界,相当陡直。
③岩墙或岩脉。这是一类小型的侵入体,其长度自几米至几千米,宽度自几厘米至几百米。在野外视野范围内基本上看得清楚。它的存在形式有几种,或为围岩(沉积岩、火成岩或变质岩均有)发生断裂,岩浆顺裂隙侵入而成;或由另一岩体的支脉侵入而成。有的是孤单的一条岩墙,有的是多条的交错岩墙组合而成。如果遇到岩墙本身的岩石比其围岩坚硬,则在风化露头上往往构成一道延伸挺直、俨如城墙屹立、气势非凡的景色;如果岩墙本身的岩石较之围岩软弱,则往往侵蚀为一条沟壑;若岩墙与围岩的风化程度相似,无分高低时,地形特点不显,则凭其岩石性质相异而辨识之。岩墙是很普通的侵入体,一般地质旅行途中颇易见到。
④岩床。这是一种沿着地层层面入侵的侵入体,往往夹在上下两个沉积岩(或火山岩、变质岩)层之间,具有一定厚度,延伸较为稳定,一般多由基性岩组成。岩床的规模不大,一般在数十至数百米的露头上就能见到,但也有数千米者。
⑤岩盖。其基本形态与岩床相同,只是其中心部位厚度较周围为大。
⑥岩盆。其基本形态亦与岩床相同,只是其中心部位下凹,呈盆的形状。我们在地质旅行时,为什么要注意侵入岩的岩体形态呢?这是因为许多矿床同这些岩体在时间上、空间上以及成因类型方面都有密切的联系。比如说,有的矿床分布在岩体内部,有的则分布在岩体与围岩相邻的接触带上,有的却分布到远离岩体的围岩中去了。究其原因,这种种分布规律,与岩体的产状、成分、内部构造、围岩性质以及与围岩之间的接触关系均有一定联系。通过华南地区各种花岗岩体的研究表明,钨、锡、钥、铍等矿床往往与各岩体的较晚期形成的小岩株有关。吉林某地的铜镍硫化矿床与基性至超基性岩盆有关,而且矿体位于盆底部位。由此可见,研究岩体的特点有助于指导矿产的找寻。
四、学会野外鉴定火成岩
学会用肉眼或借助于放大镜来鉴定火成岩,是野外地质旅行的基本功之一。特别在填绘地质图、测制剖面图、研究侵入体及其相互穿插关系,观察侵入体与其围岩的关系,以及各种火成岩与成矿的关系等方面,均具有重要意义。学会野外鉴定火成岩,大体上应从以下几项步骤入手。
首先观察岩石的颜色、含石英的分量、含铁镁矿物的分量这三项指标,估计遇到的火成岩应归属于哪一个大类。比如淡红色、浅灰色,含石英晶体的颗粒较多,而含铁镁矿物的分量较少的,大体上是属于酸性火成岩。如果岩石呈灰色、灰绿色,铁镁矿物的含量相当明显,而石英晶体的颗粒大为减少,或偶尔可见者,大体应属于中性火成岩。如果岩石的颜色黝黑,并略带橄榄绿,完全看不到石英颗粒,铁镁矿物几乎成为岩石的全部组分,则应属于基性岩类。基本上分辨出酸性、中性和基性三大类岩石以后,接着就应该鉴定其具体的名称了。这时候,认识岩石中所含的矿物名称是鉴定的关键,因此,熟悉一下最基本的几种造岩矿物很有必要。
石英:晶体多为六方柱体及菱面体的聚形,晶面有横纹。颜色多种多样,纯净者无色透明,称之为水晶。常见者有白色、灰色乃至暗灰色。如含锰质,呈紫色;含有机质,呈烟黄色、烟褐色、墨色。玻璃光泽。断口不平,有如贝壳状。硬度7,超过铁器,故刀口针尖均难以刻画。正长石:晶体短柱状,常呈粒状或块状。表面可见解理裂缝。颜色多呈肉红色、浅黄色。玻璃光泽。硬度6,
与铁器相近。
斜长石:板状、板柱状晶体,多为白色、浅灰色,有时为浅绿色、浅红色。常为不规则的粒状。玻璃光泽。硬度6?6.5.黑云母:晶体常呈板状、柱状。片状解理发育,极易剥落成薄片,故可用小刀、指甲拨开。具玻璃-珍珠光泽。硬度低,2?3.薄片富有弹性。颜色呈黑、褐色。易风化,成为绿泥石。
白云母:晶体形状与黑云母相同。片状解理亦发育,极易剥成薄片。玻璃-珍珠光泽。硬度2?3,颜色白、浅黄,浅灰、浅绿。不易风化。
普通角闪石:晶体常呈柱状,横断面为假六边形,颜色为黑色。绿色、褐色。玻璃光泽。有时可见金属光泽。其解理裂缝的交角为60。。硬度5.5?6.普通辉石:晶体呈短柱状。其横剖面为假八面形。颜色多为黑色、墨绿色及褐黑色。玻璃光泽。硬度5?6.解理裂缝的交角呈90。。
橄榄石:它的颜色比较特殊,通常呈橄榄绿、黄绿色,有些则呈黑色。有较强的玻璃光泽。断口呈贝壳状。硬度6?7,因其极易风化,表面常见浅红色的锈斑。它常见于基性及超基性岩类中,成为判断此类岩石的标志性矿物。
石榴石:晶形发育良好,有时也呈颗粒状。能见到菱形的晶面。玻璃光泽较强。颜色为红褐色、褐绿色、褐色。硬度为6.5?7.5.比重较大。因其形态如石榴子,故名。
掌握了识别上述最基本的造岩矿物以后,再结合酸性、中性和基性三大类岩石的特征,就可以进一步具体地鉴定各种火成岩的名称了。
从岩石的颜色看,花岗岩跟正长岩几乎没有什么差别,都呈肉红色或灰白色。而两者的最主要区别在于有无石英一正长岩不含石英,而花岗岩中的石英含量可达20%以上。
相当于花岗岩的喷出岩就是流纹岩,多具斑状结构,其斑晶即由石英和长石构成。另外,还具有流纹状构造,少数也具有气孔状构造,这些气孔多呈拉长的顺流纹层延伸的方向。
相当于正长岩的喷出岩称为粗面岩,亦具斑状结构,其斑晶由长石、黑云母或角闪石之类构成。
花岗岩跟花岗闪长岩也很相似,但花岗闪长岩中的石英含量较花岗岩为少,一般在20%?15%左右;而其中的暗色矿物则显著增加,达10%?15%。另外,
花岗闪长岩中多含斜长石,而花岗岩中则含大量的钾长石。
典型的闪长岩,色调较深,因所含的暗色矿物较多,一般不少于15%?20%,其中以普通角闪石和黑云母的含量为最多。闪长岩中一般是见不到石英的,有时可见极少量散落的石英晶粒,后者称之为石英闪长岩。
相当于闪长岩的喷出岩称为安山岩,一般呈红褐色、浅红色或灰绿色。属细粒岩类,具斑状结构,其斑晶多由辉石、角闪石、黑云母等构成,斜长石有时也作板状晶体存在。安山岩具块状或气孔状构造。如气孔被次生的碳酸盐、硅质矿物充填时,则形成杏仁状构造。
辉长岩,多呈黑色,灰色或微带红的深灰色。一般为中粗粒结构。灰白色的斜长石和黑色或古铜色的粒状辉石均匀地间杂分布,有时尚有黄绿色的橄榄石和深黑色的磁铁矿颗粒散布其间。辉长岩是基性侵入体中常见的岩类。
相当于辉长岩的喷出岩称玄武岩,一般是黑色或灰黑色的细粒致密的岩石,风化后常呈暗红色、黑褐色、暗绿色。气孔构造是玄武岩的重要特征,气孔的形状常随熔岩流动的状态而变化。当气孔很多时,组成多孔或熔碴状构造。如气孔被次生的矿物充填,则形成杏仁状构造。玄武岩也常见斑晶,后者多由斜长石、橄榄石、辉石等组成。橄榄石风化以后变为褐红色的伊丁石,故在黑色的底色上显示出棕色的斑点。
超基性的侵入岩就是橄榄岩,一般多呈黑色、暗绿色或黄绿色。主要由橄榄石、金属矿物组成,也夹少量的辉石、角闪石、黑云母等。通常为细粒、粗粒或致密块状结构。
以上所述的几种岩石,都是最常见的,在野外凭肉眼就能识别。至于各主要岩类之间的过渡型岩石,则视情况而定,更正确的名称,有待于室内磨制成薄片以后放在显微镜下鉴定。另外不大常见的岩石,此处也毋需赘述。
五、注意火成岩与矿产的关系
研究火成岩的主要目的是为了找寻矿产,也就是说,运用“以大见小”的原则,从广泛出露的火成岩中得到某种启示去发现那些为数不多、不易暴露的矿产。所以,当地质旅行遇到火成岩时,应缜密注意矿产出现的可能性。好在不同的矿产往往与一定的岩性有密切关系,所以在认识大类岩石的基础上就可以有意识地注意某些矿种了。兹简单地归纳如下,作为地质旅行时的参考。
(1)超基性岩石中的矿产。主要有磁铁矿、铬铁矿、钛铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿、自然钼、金矿等。它们常以不规则的形态充填于早先结晶的橄榄石之间,或包裹在橄榄石、辉石中。当这些矿产形成层状分布时,就有经济价值了。如河南桐柏的铬铁矿成层状发育,宁夏小松山的铬铁矿呈豆状发育。其他如镍钴矿多产于和辉长岩相伴生的富镁超基性岩中。钼矿主要产于纯橄榄岩中。金刚石产于金伯利岩中,往往在大断裂带上出现。如山东蒙阴,即位于郯庐大断裂带上,产钻石。超基性岩变质以后,常可形成石棉、滑石、蛇纹石、菱镁矿等非金属矿产。
(2)基性岩石中的矿产。最多的是铜镍硫化矿床,钒钛磁铁矿床,产于岩盆的底部,也有的呈脉状、透镜状分布。某些铜矿则与玄武岩有关,如台湾金瓜石的自然铜矿床即产于玄武岩的气孔中。钴钍矿、玛瑙也有产于玄武岩中。基性岩本身还是良好的铸石原料。例如玄武岩的铸石产品具有耐酸、抗磨、抗压、绝缘性能。辉长岩可用作精美的建筑石材,俗称深色花岗岩。
(3)与中性岩类有关的矿产。最主要的是铜铁矽卡岩型矿床,这是一种当闪长岩跟碳酸盐岩石相接触的时候,在岩石发生接触变质(交代作用)的地方出现的金属矿产。例如湖北大冶的铁矿、铜绿山的铜矿,安徽铜官山的铜矿,河北武安的铁矿,山东莱芜的铁矿等均属此类型。闪长岩的抗风化力强,其压力强度为千克/厘米2,所以又是优质的建筑材料,俗称灰色花岗岩。与安山岩有关的矿床有金银矿。黄铁矿型铜矿、黄铁矿等。安山岩也是耐酸的建筑材料。与正长岩有关的矿产不多,已报道的有矽卡岩型磁铁矿、放射性矿产、陶瓷原料等。与粗面岩有关的矿产亦不多,只有铜、铅、锌等。
(4)与酸性岩类有关的矿产。与花岗岩有关的矿种相当多,如铁、铜、铅、锌、金、银、钨、铍、汞、锑以及稀土、放射性元素等形成的矿产。这些矿产或伴生于花岗岩中,或在岩体边缘上形成矽卡岩型的矿床,或在伟晶岩中,或为热液矿床。花岗岩本身也是优质的建筑石材,市场上十分畅销。与酸性喷出岩有关的矿产也颇多,如铁、铜、铅、锌、汞、铀、明矾石、叶蜡石(雕刻图章的青田石之类即属此)等。流纹岩也是一种优质建材,而松脂岩和珍珠岩经过加工以后,更是一种良好的轻质建筑材料。
(5)与碱性岩类有关的矿产。主要是稀有元素与放射性元素形成的矿产。有时有磷灰石矿。如果富霞石,则可作为提取铝和制玻璃的原料。与响岩有关的矿产也较少,据已报道的材料,有铜、金矿等。
六、脉岩和火山碎屑岩
上面我们叙述了火山熔岩和侵入岩的一些基本常识,而在火成岩地区旅行时,还应注意脉岩和火山碎屑岩。所谓脉岩,实质上也是岩浆岩的一种,常以脉状或岩墙状充填于岩体或其围岩的裂隙中,由于这类岩石多呈脉状出现,故专称之为脉岩。它们在物质成分上和空间分布上均与深成岩有一定的联系,按其性质,可分为三大类型。
①煌斑岩类。为暗色富含云母的脉岩。其矿物成分中以暗色矿物(黑云母、角闪石、辉石等)为主,并作斑晶出现,成为斑状结构。它们的产状除岩墙形式外,也有岩床,有时则成为人山锥或火山颈的充填物。
②细晶岩类。浅色的脉岩。主要由浅色矿物(长石、石英)组成,暗色矿物极少或缺失,外貌颇似砂糖。最常见的细晶岩,从成分上看,属花岗岩类。
③伟晶岩类。这是一类巨粒结构的脉状岩石。其晶体较大,常在几厘米以上,最大的晶体,直径可达一米以上,重数吨,如新疆阿尔泰地区某伟晶岩脉内所获的绿柱石晶体,就有如此巨大。伟晶岩的经济价值是所有脉岩中最重要的,因为其中常见有用的矿产,如白云母、水晶(石英晶体)、黄玉、钾长石以及含有锂、铯、钽、银、铺、锆等稀有元素所构成的矿物。
火山碎屑岩是火山喷发时产生的碎屑物质沉降堆积以后,再经固结或熔结(熔岩流参与胶结作用)而形成的岩石。火山碎屑,大小不一,大者犹如石块砂粒,小者犹如尘埃粉末,故在其堆积过程中,具有分选特点一近火山口附近者以大块为主,远火山口者以细尘为主。如碎屑物质降落于水流或水域中,则其沉积特征具有沉积岩性质,随地而异。
为识别火山碎屑物质大小与岩石命名的关系,即以火山碎屑岩的结构为基础,列表如下:表1火山碎屑物质大小与岩石命名的关系粗火山碎屑细火山碎屑石块角砾火山灰火山尘粗细粗细粗细粉毫米?32毫米32?8毫米8?2毫米2?0.25毫米0.25?0.毫米0.?0.毫米〈0.毫米。
根据表1内所列的颗粒大小(粒级标准)及其含量的多少,将火山碎屑物质的结构分为以下几种基本类型:集块结构:50%以上由大于32毫米以上的粗碎屑组成。角砾结构:50%以上由介于32?2毫米的角砾组成,即由细火山角砾组成。凝灰结构:50%以上由小于2毫米的火山灰组成,且以2?0.毫米级的火山灰为主。火山尘结构:由小于0.毫米的细小火山尘组成,岩石致密,外貌颇似泥质岩石。熟悉了有关火山碎屑岩的颗粒、结构以后,就可以了解火山碎屑岩的具体名称了,通常最易碰到的有以下几种:
①火山碎屑熔岩。这是一类具有火山碎屑岩与熔岩过渡性质的岩石,也就是说,其岩石性质基本上属熔岩,但其中混有相当分量的火山碎屑物质。多见于火山颈、破火山口、火山构造洼地、巨大的火山碎屑岩中。
②集块岩。主要由粒径大于32毫米的粗火山碎屑物质组成的岩石,其物质成分主要由熔岩的碎块和其他少量的碎块混杂在一起。有玄武岩质的,安山岩质的,也有酸性的火山岩、碱性的火山岩,颜色也有黑色的、紫红色的。故可在具体命名时用玄武质集块岩、安山质集块岩称之。
③火山角砾岩。由大于2毫米的火山角砾组成,其成分比较复杂,有熔岩碎屑、晶体碎屑、非晶体的玻璃碎屑。大小无定,分选很差,常带棱角,无层理现象。一般分布在火山口附近,与火山集块岩伴生,以紫红色者最为常见。
④凝灰岩。50%以上的颗粒由小于2毫米的火山碎屑物质组成。颜色很多,有灰白色、白色、红色、淡绿色、紫色、黑色等。外貌疏松多孔,层理较清楚。
⑤沉积火山碎屑岩类。这是火山碎屑物质降落到水域中沉积凝结而成的岩石,常以沉凝岩称之。此类岩石成分大体上与凝灰岩相近,层理颇为清楚,经常可在其中找到动、植物化石,因此,作为判断火成岩区地层年代,划分地层层序时,沉凝岩是十分重要的目的层。如浙江东部中生代火山岩区内所见到的大部分岩层就属此类。近年研究表明,火山碎屑岩与矿产的关系极为密切,有铜、铁、铅、锌、黄铁矿、铀、硼、沸石等,如长江中下游及东南沿海地带许多火山岩区中所产的金属矿产,大多与此类岩石有关。
七、火成岩的野外工作要点
以上所谈的,属于火成岩的基本常识,当我们在地质旅行时,特别作观察记录的时候,又应该注意哪些问题呢?
对于侵入岩(岩浆岩)来说,基本上要包括以下几方面内容:①凭肉眼(借助于放大镜)鉴定岩石的名称。②进一步描述岩石的性质,如颜色、矿物成分、结构、构造等。③侵入岩产状的初步确定。④考察侵入体与围岩的关系,初步确定侵入体形成的地质时代。如果有两个以
上的侵入体或脉岩存在,大致查明它们的先后关系。⑤侵入体与成矿的关系,包括砂矿。⑥侵入体的地貌特征,风化侵蚀后所造成的景观。与水文地质(如裂隙性泉水的出露)及工程地质的关系。⑦侵入体的构造地质特点,脉岩的产状。⑧侵入体所在范围内的生物特点,特别是植被面貌。
遇到火山喷出岩时,应注意以下几方面内容:①凭肉眼鉴定岩石的名称。②描述岩石性质,如颜色、矿物成分,结构,构造等。③确定此类岩石的产状,测量其产状要素。④注意火山岩与相邻沉积岩的关系,初步确定其喷发时的地质年代。如遇沉积凝灰岩,注意采集其中所含的动、植物化石,借此鉴定火山岩系的地质时代。如浙江东部出露广泛的火山岩系中,经常可以发现晚侏罗世至早白垩世的鱼类、软体动物、植物等化石。⑤如果发现火山岩系内有一套或几套沉积岩层出现(往往作为火山岩系内的夹层),则可确定火山喷发的次数或期数,划分出火山喷发期与间断期。⑥如果发现火山岩与侵入体共存,则应搞清楚它们之间的先后关系。⑦火山岩系中的矿产。除金属矿产外,有时甚至出现喷发间断时形成的煤系地层或夹于其中的煤层。⑧火山岩系中的构造地质特点。⑨火山岩系的水文地质与工程地质的特点。⑩根据火山岩的名称、结构、构造、产状等特点,恢复古火山的位置,再造古火山的轮廓。
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