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1、第二章 形成宝玉石的地质作用 2 1地壳的矿物组成与化学成分特征 表2 1 占地球表面固体物质 95 的6种造岩矿物 矿物名在地壳中的百分含量所含主要元素 长 石60Na K Ca Al O 石 英13Si O 辉 石12 Mg Fe Ca Na Al Ti Mn Si O 闪 石5 云 母4 K Mg Fe A1 Si O 橄榄石1Mg Fe Si O 现在已知自然界产出的元素总共为92种 而其中的8种占了地壳重量的99 按元素在 地壳中所占重量百分比下降为序 它们是 Si Al O Fe Ca Na K和Mg 自然界中的三大岩类 火成岩 又称岩浆岩 是一种由高温熔体 岩浆凝固而成的岩石 沉
2、积岩是由先前已存在的岩石的碎屑或从溶液沉积出来的物质组成 一般具有成层的特性 变质岩是由火成岩和沉积岩在其矿物成分和结构构造发生变化的条件 下转变而成 它门的变化主要由于温度和压力条件的变化 由沉积物 在地壳中深埋而引起的 也可以由于地下岩浆活动所引起 宝石形成的地质作用 根据能量来源分为内生作用和外生作用 内生作用的能量产自地球内部 其中又可分为 与岩浆活动有关 的岩浆作用 即火成岩 与地热 地压有关的变质作用 即变质岩 外生作用又称表生作用 其能量来自地球外部如太阳能 水 大 气和生物等所产生的作用 即沉积岩 2 2火成岩与宝玉石 一 火成岩的两种产状 火成岩 igneous rocks
3、泛指由岩浆 magma 冷凝形成的岩石 岩浆通常 是一种硅酸盐熔融体 它有一定的粘 性 又可流动 如果这种熔融体处于 地壳的很深处 它的冷却速度很慢 组成岩浆的各种原子有充分的时间进 行迁徒 因而形成由颗粒较粗大的矿 物组成的侵入岩 intrusive rocks 假如岩浆顺着地壳的裂隙喷出或流 溢到地表 那么就冷却得很快 岩浆 中的原子没有充分的时间进行迁徙 这时从岩浆中冷却结晶出来的矿物颗 粒就很细小 形成所谓的火山岩 volcanic rocks 当结晶速度快得没有时间形成晶体时 只能形成 一种非晶态的岩石 即火山玻璃 volcanic glass 珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩经急剧冷
4、却而成 的玻璃质岩石 因其具有珍珠裂隙结构而得名 珍 珠岩矿包括珍珠岩 黑曜岩和松脂岩 黑曜岩是一 种可作为宝石材料的火山玻璃 珍珠岩 火成岩分为超基性 基性 中性和酸性四种 以成分中所含的SiO2比例划分 SiO2含量65 为酸性岩 火成岩的成分差异反映了岩浆成分的不同 结晶颗粒 的粗细反映了火成岩的形成条件 花岗岩与流纹岩是矿物成分相同的两种岩石 前者结 晶粗大 后者细小 所以可以看出花岗岩是一种侵入岩 而流纹岩是一种火山岩 花岗岩 生长在流纹岩上的红色绿 柱石晶体 台湾地区的流纹岩 辉长岩和玄武岩成分相当 但因为形成条件的差异 分 别为侵入岩和火山岩 玄武岩 在地壳上花岗岩是最常见的侵入
5、岩 它颜色浅 主要是由长石 石英和云母组成 玄武岩则是最常见的火山岩 它颜色深 主要由长 石和辉石组成 辉长岩 澎湖的玄武岩 组成火山岩的矿物颗粒细 小 但在其中也可以散布大的 晶体 这些粗大的晶体形成于 岩浆喷出地表之前的很深处 由于地壳运动 岩浆上升喷出的 动力 带有粗大晶体的岩浆上 升并喷出地表 并迅速冷却 原先已经结晶的粗大晶体或其 集合体就被凝固在由细小颗粒 组成的火山岩中 由于风化作用 这些粗大 的晶体可以从母岩中脱离 而 散布于地表 橄榄石 岩浆喷出地表时 由于压力骤降 岩浆中所含的气体 会发生膨胀 因而在岩石中留下许多空洞 而后 又有溶 液在空洞中运动 其结果是在这些空洞中形成
6、矿物 被矿 物充填的这种空洞称为晶腺 玉髓和玛瑙是晶腺中最常见的矿物 图中可以看到玛 瑙的同心层状结构 玉髓 玛瑙 有时晶腺中央未被填满 就 会生长向心排列的水晶晶体 这 样生成的水晶有时是紫色的 即 紫水晶 民间传说紫晶洞有聚气 化煞 招财进宝的作用 所以广 泛被运用成改善宅院风水的风水 石 晶腺构造还可以存在于沉积 岩中 晶腺中的宝石矿物还有绿 松石和蛋白石等 紫水晶洞 与火山作用相比 侵入作用是更 为重要的生成宝石矿物的地质作用 侵入岩主要由六种造岩矿物组成 但 还会有总量不足整个岩石1 2 的副 矿物 它们一般结晶得十分完好 且 颗粒粗大 可以作宝石材料 在侵入 岩风化时 它们往往从母
7、岩中散落出 来 堆积在砂砾中 例如锆石 zircon 蓝宝石 sapphire 和石榴子石 garnet 就可 以由这种方式生成 锆石 如果火成岩中的副矿物具有经 济价值 那么火成岩本身也被作 为开采对象 以便从中提取有价 值的矿物 金刚石 diamond 是金伯利岩 kimberite 中的副矿物 该岩石 以南非金刚石产地金伯利命名 产于金伯利岩中的金刚石 粒径1 1cm 山东 二 从残余岩浆中结晶的伟晶岩 伟晶岩 pegmatite 是许多宝石矿物 的故乡 它主要由长石 石英和云母 组成 因矿物个体大而得名 常含有 多种含稀有元素的矿物 在成因上 伟晶岩与规模巨大的火 成岩体 特别是与花岗
8、岩体有联系 见 图2 1 它被认为是岩浆结晶的最后 产物 因其富含B F OH等挥发组 分 所以残余岩浆熔体十分活跃 易 于呈脉状进入已结晶的花岗岩体 或 周围的岩石 又称围岩 从中结晶出 巨大的晶体 伟晶岩中发现的重要宝石矿物有 绿柱石 电气 石 黄玉 金绿宝石和磷灰石等 此外 还有锡石和 锆石等 水晶是伟晶岩囊状体中最常见的宝石矿物 品种 可有无色水晶 烟水晶 蔷薇石英 囊状体中的长石 也常具宝石价值 如黄色的正长石 绿色的微斜长石 月长石和晕长石 正长石蔷薇石英 2 3沉积岩与宝玉石 当火成岩 沉积岩或变质岩暴露在地表后 都会遭 受到风化 风化作用可分为机械风化和化学风化 前者 不改变矿
9、物的成分 而只是使岩石碎裂的作用 后者则 使原岩发生巨大的变化 雨水本身可含大量的CO2 它们降落到地面后流经 土壤 可携带其中的腐植酸在岩石中渗流 这种酸性的 水溶液与矿物反应后 会使一些矿物消失并产生新的矿 物 还有一些组分则可溶于水中被带走 例如长石可以 转变成粘土 并形成溶于水中的盐 K2CO3 但石英 具有很强的抗化学风化的能力 风化作用只是把它从母 岩中分离出来 而成为砂砾的最主要组成 化学和机械风化的产物是形成沉积岩 sedimentary rocks 的物质来源 风化作用的产物可由风 冰川 河流带走 在河床 湖 盆或海盆底部成层平行地堆积 或沉积起来 沉积物再经胶结 和压实 就
10、形成沉积岩 沉积 岩可分为机械沉积岩和化学沉 积岩两大类 机械沉积岩是由母岩碎裂 的岩块或矿物碎粒经搬运 胶 结 压实而成的岩石 很细粒 的物质可带到远处 形成粒度 细小的页岩 而细粒则可变成 砂岩 粗的卵石则变为砾岩 化学沉积岩是风化作用中被溶于水的组分 被搬运到水体中 由于 化学反应 或蒸发作用 或由于有机生物体的作用而使之沉积而成的 岩石 能被大自然雕琢成奇峰异洞的石灰岩就是一种化学沉积岩 在岩石的风化进程中 暴露在地表的岩石和矿物崩解为岩石碎块和 碎屑 其中可溶和较轻的部分被水带走 难溶和较重的部分留在原地 相对地富集起来 形成一种所谓的 残积矿床 金 Au 常以这种形式产出 可作宝石
11、的那些矿物从母岩中分离出来后 被流 水冲走 与其他抗化学风化的矿物以及岩块混合在一 起 在流水的底部成为冲积物的一部分 多数宝石矿 物的比重比石英大 因而不容易被带远 集中在流水 底部的障碍物处而富集 这就是所谓的宝石砂矿 placer 矿床 形成砂矿的矿物必须化学性质稳定和比重大 金 刚石 锆石 刚玉 石榴子石 电气石 金绿宝石 尖晶石 黄玉等都可以形成砂矿 2 4变质岩与宝玉石 已经形成的火成岩和沉积 岩 由于周围温度或压力的变 化 或者二者共同作用 使它 们改变原来的面貌 而形成具 有新的矿物组合和结构构造的 岩石 即变质岩 metamorphic rocks 从火成岩和沉积岩变 为变质
12、岩通常在固态下进行 它可区分为区域变质岩和接触 变质岩两大类 大面积范围内的岩石发生变质 所 形成的变质岩称为区域变质岩 火成岩 或沉积岩被深埋于地下 岩石就会承受 巨大的压力 并具有很高的温度 此外 强大而持续的造山运动等都是使原岩 温度和压力改变的原动力 区域变质岩最大的外观特征是 一 些柱状或片状或板状的矿物呈定向排列 形成带状或层纹状的构造 其主要成 员是片麻岩和片岩 片麻岩由浅色粗粒 矿物条带和暗色矿物条带相间而成 片 岩中云母类片状矿物作定向排列 使岩 石可以被破碎为薄层 即具有片理 云 母 变质岩中新矿物的产生与形成 时的温度 压力有关 但变质前后 总成分变化不大 因此原来岩石本
13、 身的成分就是形成何种变质岩的主 要控制因素 灰岩由隐晶质的CaCO3组成 区域变质后变为显晶质的CaCO3组 成的大理岩 原来灰岩中所含的粘 土矿物因含Al则可能变为宝贵的刚 玉 Al2O3 宝石 当岩浆侵入到岩石中 特别 是侵入到灰岩中时 其接触处 会发生变化 周围的岩石因受 岩浆热量的烘烤 发生重结晶 如果岩浆中的化学组分进入 围岩 使围岩改变原来面貌 这种作用即为接触变质作用 最常见的接触变质宝石矿物有 石榴子石 透辉石 绿帘石等 蓝宝石 尖晶石 青金石也 可见于接触变质岩中 但较少 见 接触变质作用最重要的宝石是祖母绿 当含Be的花岗 岩和伟晶岩岩浆侵入到超基性岩围岩中 围岩所提供的
14、Cr离 子 就会把在接触变质带上形成的绿柱石染成翠绿色的祖母 绿了 另一种名贵宝石变石的产出状况也很相似 祖母绿 2 5从天然溶液中生成宝玉石 有些宝玉石还能从一些天然的水溶液中生成 这些溶液 或是温度很高 由地下深处运动至地壳 的浅处 或是向下渗流的相对低温的地表水 当溶 液经过裂隙 并在其中形成矿物 充填了矿物的裂 隙 被称为脉 vein 向上运动的热水溶液与伟晶岩浆的形成相类似 它是岩浆冷却并结晶后的残余热水溶液 当它们上升到 温度较低处 溶液中携带的金属元素如Au Cu Sn Pb Zn等冷却会形成矿物 滞留在通道内 一些宝石 矿物也与之一起生成 最常见的是水晶 次生矿物 second
15、ary mineral 指原来的矿物遭受蚀变或溶解 后 又生成的新矿物 这种作用都发生在接近地表处 一般由带 有CO2 O2和土壤酸的雨水向下渗流时形成 这种溶液的浓度很 稀 但在其长期作用下 在其经过的通道里 能使岩石发生明显 的改变 至于生成何种次生矿物 则取决于原生矿物中的元素 孔雀石 2 6天然宝石中的包裹体 天然宝石晶体中 通常都会捕获杂质 这些杂质 被称为包裹体 inclusions 包裹体可以很细小 要 借助于放大镜或显微镜才能见到 包裹体也可以较大 只凭借肉眼就能分辨 当大量细小的包裹体成不规则线 状或纤维状聚集时 就是俗称的宝石中的 绵 或 绺 人们可以根据包裹体来确定宝石的
16、成因和产地 可以将包裹体分为原生包裹体 同生包裹体和后生包裹 体三类 一 原生包裹体 在寄主宝石晶体形成之前已经生成 并在寄主晶体 生长过程中被捕获的包裹体称为原生包裹体 primary inclusions 它们都是固相的岩石或矿物 一般而言 此 类包裹体与主晶不是同种矿物 但少数情况包裹和被包 裹者为同种矿物 早期形成的金刚石 被晚期形成的金刚 石所包裹 表2 2 宝石体中的原生包裹体 包 裹 体寄主宝石晶体 闪闪石类类 诸诸如阳起石和透闪闪石祖母绿绿 石英 石榴子石 磷灰石石榴子石和刚刚玉 铬铁矿铬铁矿橄榄榄石和祖母绿绿 金刚刚石金刚刚石 云 母石英 刚刚玉和祖母绿绿 金红红石石 英 锆锆 石石榴子石和刚刚玉 二 同生包裹体 与寄主宝石晶体同时从熔体或溶液中形成 并被主晶 捕获的包裹体称为同生包裹体 syngenetic inclusions 这 类包裹体既可以是固体矿物 也可以是溶液和气体等流体 物质 按包裹体中物态的组合关系 此类包裹体可分为 1 固相包裹体 solid inclusions 与固相的原生包裹体相比较 此类固相包裹体一般具 有良好的晶形 表2 3 同生包裹体及
