海洋地质实验指导书


海洋科学与技术系列教材


海洋地质学实验指导书




天津科技大学海洋科学与工程学院
2005年11月



目录
0 概论
1实验一 矿物的鉴定....................................3
2实验二 岩浆岩的鉴定..................................15
3实验三 沉积岩的鉴定..................................22
4实验四 变质岩的鉴定.....................................................................31
5实验五 古生物化石的鉴定………………………………………35
























0 概论

矿物、岩石和古生物的鉴定是海洋地质学研究的基础。岩石是矿物集合而成的,命名岩石名称必须正确地鉴定出其矿物组成,例如砂岩,其主要的成分为石英和长石两种矿物,正确鉴定出石英和长石及其百分比,才能准确地命名砂岩及其种类。因此,矿物鉴定成为岩石鉴定的一项基础工作。
矿物、岩石和古生物鉴定的一般步骤可分为肉眼鉴定和显微镜下鉴定两个程序,肉眼鉴定主要是根据手标本及野外产状资料给以初步的命名;镜下鉴定是指将手标本制成薄片或光片,用显微镜观察,给以较准确的命名。
0.1 海洋地质学实验的主要研究内容
每一种矿物、岩石和古生物都有其特征,用肉眼观察或借用简单的工具和显微镜,鉴定出其特征,给以分类和命名。
作为鉴定特征可以分为以下几方面的内容:
0.1.1 矿物部分
(1)矿物形态:单形、聚形、双晶、结晶习性、晶面条纹、单体、集合体形态等。
(2)矿物的物理性质:颜色、条痕、光泽、透明度、解理、断口、硬度、比重等。
(3)矿物的其它性质。
0.1.2 岩浆岩部分
(1)颜色:暗色、浅色和中等颜色。
(2)矿物成分:矿物种类、颗粒的绝对大小和相对大小、矿物的百分含量等。
(3)结构与构造,岩石的次生变化等。
0.1.3 沉积岩部分
(1)碎屑岩:颜色、碎屑成分、胶结物成分、结构及胶结类型。
(2)粘土岩:颜色、砂泥质百分比、结构和构造、有无滑腻感、致密坚硬度、膨胀性及水中泡软程度等。
(3)化学岩:颜色、结构和构造,方解石、白云石和泥质含量比(加盐酸观察反应特征),生物化石等。
0.1.4变质岩部分:
(1)颜色;
(2)变质矿物及含量;
(3)变质结构和构造。
0.1.5 古生物部分
(1)古生物的特征;
(2)古生物的命名;
(3)古生物生活环境;
(4)古生物化石代表的地质时代。
0.2 矿物、岩石实验的基本方法和要求
0.2.1 基本方法—手标本观察和描述
矿物是地壳中的化学元素在地质作用下形成的自然产物,具有固定的化学成分和结构构造。因此,矿物的颜色、形态、物理性质等外部的特征相对来说是比较稳定的。这些特征就成为我们观察和描述及命名分类的基础。在矿物实验中我们强调仔细观察和认真描述,并以此作为实验的基本方法。
岩石是由矿物组成的,每一种岩石,同样具有一定的矿物组成和结构构造特征,通过观察和描述可以命名分类。
常见矿物和岩石在观察其鉴定特征时,重要的一点是善于掌握其典型特征及相互区别。下面举出几个典型的例子以便帮助同学们尽快掌握鉴定观察的方法。
(1)长石类矿物: 白色、灰白色、肉红色,玻璃光泽,透明至半透明,两组完全解理,硬度6 ,小刀刻不动。斜长石和正长石都有上述特征,但它们又有各自的典型特征。
正长石―肉红色、浅粉色、黄白色、厚板状,断面近正方形,卡式双晶,一明一暗二个单体;次生高岭土,晶面有土状。
斜长石―灰白色,白色;薄板状,断面近长条形,聚片双晶,解理面上有平行双晶纹;次生绢云母,绿帘石,晶面次生绿色。
善于观察正长石和斜长石和各自典型特征,就可以比较准确地鉴定出矿物的名称。此外,如石英和方解石,角闪石和辉石等都有类似之处,但又有其典型特。
(2)岩浆岩类
超基性-基性-中性-中酸性-酸性这五种岩类,以观察暗色矿物、浅色矿物的含量变化和所反映出的颜色深浅递变特征,作为典型特征给以描述,得出分类命名。
深成岩-浅成岩-喷出岩的分类命名,以观察岩石结构和构造的变化,作为典型特征给以描述,得出分类命名。
(3)沉积岩类
碎屑岩-粘土岩-化学岩三类岩石,以观察岩石结构作为分类的典型特征。
(4)变质岩类
变质矿物的出现是变质岩的典型标志,同时根据变质结构和构造的典型特征,作为分类命名的观察内容。
总之,根据标本观察鉴定名称和分类,尽快而熟练地掌握矿物岩石的典型特征是一种实践的好方法。
0.2.2 基本要求
根据教学大纲要求,通过实验应当掌握常见的矿物和岩石,分为以下几种。
(1)矿物:
造岩矿物-橄榄石、辉石、角闪石、石英、斜长石、正长石、云母、方解石和白云石。
常见矿物-黄铁矿、方铅矿、褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿、石膏和萤石。
(2)岩石:
岩浆岩―橄榄岩、金伯利岩、玄武岩;辉绿岩、闪长玢岩、安山岩;花岗岩、花岗闪长岩、流纹岩。
沉积岩―砾岩、石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩、粉砂岩;泥岩、油页岩;石灰岩、泥灰岩、白云岩、生物碎屑灰岩、竹叶状灰岩、鲕状灰岩、藻灰岩。
变质岩―板岩、片岩、千枚岩、片麻岩、石英岩、大理岩、矽卡岩、糜棱岩。

























实验一 矿物的鉴定

1 实验的目的和要求
1.1要求学生熟悉描述矿物形态常用的名词术语及含义,在教师的指导下学会矿物形态的观察及描述方法。
1.2 使学生对地壳的组成物质有一个感性认识,并能用正确的语言来描述矿物。
1.3 明确研究造岩矿物的实际意义,掌握主要的造岩矿物的特征,并能区别认识。
1.4 按照实习报告表的要求,由学生独自描述几种常见的矿物。
2 实习工具:小刀、白色瓷板、磁铁、放大镜和稀盐酸。
3 实习内容
3.1 矿物的形态特征
3.1.1 矿物的单体
(1)一向延伸
柱 状: 石英、角闪石;
针 状: 辉锑矿;
纤 维状: 石棉、石膏;
(2)二向延伸
板 状:重晶石、黑钨矿;
片 状:云母
(3)三向延伸
粒状:石榴子石、黄铁矿;
(4)过渡类型
短柱状、厚板状、板柱状:方解石、长石;
3.1.2矿物的集合体形态
粒状:黄铁矿、方铅矿;片状:云母;板 状:黑钨矿;柱状:辉锑矿;纤维状:石棉;放射状:蛇纹石、硅灰石;鲕状:鲕状赤铁矿;豆状:铝土矿;钟乳状:钟乳石;蜂窝状:褐铁矿;土状:高岭土;致密块状:燧石;
结核状:磷灰石;
3.2 矿物的物理性质
3.2.1 光学性质
(1)颜色
① 自色:红色:辰砂;绿色:孔雀石;紫色:莹石;褐色:褐铁矿;
铅灰色:方铅矿;暗红色:赤铁矿;黄色:雌黄;蓝色:蓝铜矿;
灰色:铝土矿;白色:方解石、斜长石; 黑色:黑钨矿。
② 他色:石英中含氧化锰杂质呈现紫色,含碳质时呈现黑色。
③ 假色:方解石最常见的晕色。
(2)条痕
方解石:白色;赤铁矿:樱红色;黄铁矿:黑绿色;磁铁矿:黑色;
方铅矿:钢灰色;正长石:肉红色。
(3)光泽
金属光泽:方铅矿;半金属光泽:磁铁矿;金刚光泽: 闪锌矿;
玻璃光泽:石英、方解石;丝绢光泽:石棉; 珍珠光泽: 云母;
油脂光泽:石英的断口;土状光泽:高岭土。
(4)透明度
透明:石英、云母、石膏;半透明:闪锌矿、橄榄石、角闪石;
不透明:黄铁矿、磁铁矿;
3.2.2矿物的力学性质
(1)解理与断口
一组极完全解理:云母; 二组中等解理:角闪石、长石;
三组完全解理:方铅矿、方解石;贝壳状断口:石英;参差状断口:角闪石;
土状断口:高岭土;锯齿状断口:黄铜矿;平坦状断口:石膏;
(2)比重
轻矿物:比重1–3.5g/cm3,如石膏、云母;重矿物: 比重3.6-7 g/cm3,如萤石、石英、长石; 极重矿物:比重大于7 g/cm3,如重晶石、方铅矿。
(3)硬度
摩氏硬度计的软硬顺序是:滑石-石膏-方解石-萤石-磷灰石-正长石-石英-黄玉-刚玉-金刚石。
(4)电磁性
导 体:黄铜矿、黄铁矿、方铅矿;
半导体:包括较少的富含铁和锰的硅酸盐及铁、锰元素的氧化物。
非导体:石英、云母;
强磁性:磁铁矿;
弱磁性:赤铁矿,黑钨矿;
无磁性:石英;
抗磁性:方解石。
3.3 矿物的其它物理性质
(1)触觉
滑感:滑石、石墨; 粗糙感:高岭土。
(2)嗅觉
硫磺臭:黄铁矿;大蒜臭:毒砂;土味:高岭土。
3.4 矿物的化学性质
矿物的化学性质对于某些特殊的矿物如方解石、白云石等具有重要的鉴定意义。方解石遇酸后发生化学反应而强烈起泡、白云石则需碾成粉末状态才能微起泡。其它矿物则不与盐酸反应。反应的方程式为:
CaCo3 + 2HCL(稀) = CaCl2 +H2O + CO2 ↑
3.5 主要的造岩矿物
(1)岩浆岩的主要造矿物为:橄榄石、辉石、角闪石、云母、斜长石、正长石、石英。
(2)沉积岩的主要造岩矿物为:碎屑矿物:石英,长石,云母;粘土矿物:高岭石、蒙脱石、铝土矿、水云母、绿泥石;化学和生物化学矿物:方解石、白云石、石膏等。
(3)变质岩的主要造岩矿物:红柱石、石榴子石、透闪石、滑石、蛇纹石、绿泥石、绢云母。
4 实习的方法、步骤及注意事项
4.1对于矿物单体要注意观察和描述其晶面特征,如条纹、蚀象等。不同的矿物晶体,其晶面条纹常常具有明显的差别,因此晶条纹是鉴定矿物的重要标志之一。
4.2对于集合体,若为显晶质,首先要圈定单体及判断单体结晶习性。在集合体中单体间的界线可能是单体的晶面、晶棱、解理面或断口。从一个方向上来观察,单体的同一晶面或解理面其反光程度应是一致的、连续的不同晶面或解理面其反光则不一致、不连续。这是圈定单体轮廓的重要标志。
在集合体中,单体能以各种断面出现,断面方向不同就出现不同的形态,因此需要观察分析不同形态可能出现的断面形态特征。
4.3 对隐晶质或胶态集体既要描述外表形态,同时要根据切面观察其内部构造。
4.4当观察和描述矿物颜色时,应看矿物的新鲜面,以矿物的新鲜面为准。如果矿物表面已风化,应用小刀刮去假色才能进行描述。只有通过不断地对比练习,才能准确地辨别矿物的颜色。观察时要注意同种颜色的不同色调及矿物颜色的细微差别。在描述矿物颜色时,通常采用两种方法:一为二名法,由于矿物颜色比较复杂,常用两种颜色来形容,如褐黄色、黄绿色,将主要的颜色写在后面;另一种为对比法,是把矿物和我们熟知的物体颜色来进行比较,如桔黄色、铜黄色、烟灰色、乳白色等。
4.5观察矿物条痕的方法是将矿物在白色瓷板上擦划出粉末痕迹进行观察,对于硬度大于瓷板的矿物需要碾成粉末来观察。但要注意,瓷板一定要干净平整,找出要鉴定矿物的尖棱角在瓷板上擦划,擦划时不要用力过猛,以免矿物破碎成较大的颗粒,而得不到矿物的粉末,矿物的粉末越细,条痕色越正确。另外,要用矿物的新鲜面进行擦试。当很多矿物共生在一起时,要选择单体来试条痕。如果要鉴定的矿物不能直接划出条痕,则可用小刀刮下粉末,放在瓷板上或白纸上进行观察。遇到高硬度矿物则无法在瓷板上留下条痕,这种矿物大多数是透明矿物,条痕为无色或白色,也可用干净的铁锤把矿物敲成粉末,放在白纸上进行观察。观察条痕时要仔细,注意观察其细微变化,有的带色条痕经过摩擦后的颜色会产生变化,如石墨与辉铁矿,它们的条痕均为黑色,摩擦后前者变为黑色,后者为绿黄色。故可用摩擦条痕区分一些相似的矿物。
4.6观察矿物光泽时,要在相同的条件下进行,即自然光强度,表面积大小及平滑度相同,特别是根据矿物条痕来帮助判断矿物的光泽,同时要记住某些因素造成的特殊光泽不能代表某一光泽等级,如土状光泽在金属、半金属及玻璃光泽等级中均可出现。影响光泽的因素很多,观察时应注意是矿物的晶面还是断口的光泽。
4.7鉴定矿物的透明度要求矿物碎片厚度较薄,难以精确量度,需要根据矿物的条痕来帮助判断,不透明的矿物粉末很少透过光线,因此条痕常为黑色;透明矿物粉末可以透过大量光线,条痕呈无色或白色;半透明矿物,由于呈粉末状态时,更有条件显出对不同光波吸收的差异程度,而呈现各种彩色,如红、褐、紫等。
4.8用肉眼或放大镜观察解理时,首先要判断有无解理?如有解理,则需进一步观察解理等级、组数及夹角。解理只能在晶体颗粒明显情况下才能看出。解理面一般比较新鲜、光亮、平整,没有聚形纹、蚀象。常常呈阶梯状断续出现,并严格平行某结晶方向成组出现。
观察解理时应注意:
(1)区分解理面与晶面、解理纹与聚形纹或聚片双晶。它们的不同点如表1所示。
(2)解理的等级应从获得解理难易程度和解理面的平整程度两个方面去观察分析。完全解理用肉眼容易区分,不完全解理则需要在放大镜下仔细进行观察,才能看见,无解理就是无解理面出现。
(3)观察解理数必须在同一单体三度空间上进行,不同方向的解理面说明有不同组数的解理。在解理面或断口上出现不同方向解理纹表明有了不同组数的解理。同一矿物的全部解理组数,在某一块标本上不一定同时出现,有时只出现其中的某几组。描述时按肉眼所见到的来写。如闪锌矿有平行菱形十二面体六组完全解理,但标本上常见二组、三组或四组解理。

表1-1 晶面与解理面的区别

晶面

(1)它是晶面体生长最外面的一层面网,多数不光滑不闪亮。

(2)受力打击后立即消失。

(3)晶面可出现蚀象,聚形纹,这些花纹经外力打击后,随晶面消失而消失。

解理面

(1)它是晶体受外力打击后出现的一系列平面,比较新鲜,闪亮、光滑。

(2)受力打击后沿此方向仍出现平面。

(3)不出现聚形纹和蚀象,而出现解理纹

聚形纹

(1)在晶面上出现,随着晶面消失而消失。

(2)呈一定结晶方向的直线条纹,宽窄不一,条纹微微突起于晶面上。

解理纹

  1. 解理面上出现,敲打后仍能出现。

(2)呈一定结晶方向,多呈阶梯状分布,而裂缝状凹下,受力打击后可破裂出解理面。

聚片双晶纹

(1)严格平行一定结晶方向,细而密直。

(2)受力打击后,不能沿聚片双晶方向裂成解理面。

解理纹

(1)沿一定结晶方向多呈阶梯状。

(2)受力打击后,沿解理纹方向可出现解理面。

(4)如有两组以上的解理时,必须用肉眼估计其夹角,可以用近似、大于或小于90°来表示。
(5)断口与解理不同,它不论在晶体矿物或非晶质矿物上都可以出现。在同一种矿物上,解理与断口产生的难易程度是互为消长的。这就是说在容易产生解理的方向则很难产生断口。在一个破碎的晶体上,解理面越多则断口越少,反之则断口越多。对于不同种的矿物来说其解理和断口发育程度不同,有些矿物无解理,而有些矿物既有解理又有断口。
4.9 测定矿物硬度时要选择在纯净、具有新鲜面的矿物单体上进行。如果是隐晶质集合体或单体颗粒细小的显晶质集合体,则只能在此类集合体的新鲜面上进行测定,但所得结果与单体上测定的硬度必然稍有差异。测定未知矿物的硬度时,实验室中可采用摩氏硬度计法。摩氏硬度计是采用10种标准矿物为基值而把硬度分为10个级别,表2所示。
测定方法是把所测的矿物与硬度计里的矿物相互刻划,硬度小的矿物会在硬度大的矿物上留下痕迹。例如,测定赤铁矿的硬度,我们可以将其与硬度为6的长石上相刻,在长石之上留下赤铁矿的痕迹,这就是说明赤铁矿的硬度小于6,然后取硬度为5的磷灰石与赤铁矿相刻划,结果在赤铁矿上保留了磷灰石的痕迹。这说明赤铁矿的硬度为5-6。其它的矿物可按同样的方法圴可确定。
此外,在实际工作中常采用简易测定方法。测定工具为小刀,指甲及碎玻璃等。粗略鉴定一般可分为三级,即低硬度可用指甲划痕,中硬度可用小刀划痕,高硬度用小刀不能划痕。

表1-2 标准矿物硬度值

标准矿物

滑石

石膏

方解石

萤石

磷灰石

硬度值

1

2

3

4

5

标准矿物

正长石

石英

黄玉

刚玉

金刚石

硬度值

6

7

8

9

10

应该注意的是:
(1)所谓被对方刻划得动的标志是:被刻划的矿物表面留下凹沟。如果被刻划的矿物的硬度大于刻划矿物,则在被刻划矿物表面留下一条刻刻划矿物的粉末 。
(2)有些矿物有明显的脆性,千万不要把因脆性裂成的碎块或粉末看成被其它物体刻划下来的,应把两种矿物相互刻划,再决定所测矿物的硬度。
(3)如果矿物风化强烈,新鲜面不易找到,可以不测定其硬度。矿物不纯时,应尽量选择纯净部分来测,否则硬度不准确。
4.10矿物的比重只能粗略估计。须选择纯净、新鲜矿物与已知比重的矿物比较进行比重的估计。
4.11矿物能被磁铁吸引或本身能吸引铁钉、铁屑等均为强磁性。中等及弱磁性矿物需要用电磁铁测试。导电性需用欧姆表测定。
5 矿物的描述
在初步学习了矿物的外表特征及各种物理性后,那么怎样用正确的语言来描述矿物呢?
5.1 矿物的名称、化学成分。
5.2 矿物的形态:先描述单体形态,再描述集合体形态。
5.3 矿物的光学性质:颜色、光泽、条痕、透明度。
5.4 矿物的力学性质:解理、断口、硬度及其它物理性质。
5.5矿物的其它性质,有则写。
举例:
黄铁矿,FeS2,等轴晶系,有良好的晶体-六面体、八面体,五角十二面体及其聚形。六面体晶面上有与棱平行的条纹,各晶面上有条纹互相垂直,呈块状集合体,浅黄色,条痕为黑色,强金属光泽,不透明,高硬度,无解理、性脆。
6 常见主要造岩矿物的描述
6.1 石英(SiO2)
三方晶系,晶体为六方柱状和锥状,柱面有明显的横纹,在岩石空洞中常形成晶簇;在花岗岩中为它形晶的粒状。其颜色多种多样,含锰质呈紫色,称为紫水晶,含有机碳,呈黑色,称墨晶;一般常见的为乳白色。晶面为玻璃光泽,断口油脂光泽并呈贝壳状,透明,硬度7,比重2.5-2.8。
6.2 正长石(K2O·Al2O3·6SiO2)
正长石以含钾为特点,又称钾长石。
正长石属单斜晶系,短柱状和板状晶体;常出现卡氏穿插双晶和卡氏接触双晶,粒状集合体,肉红色或浅黄色,玻璃光泽,半透明,两组解理完全,交角90°。硬度6-6.5,比重2.57。
6.3 斜长石(Na2O·Al2O3·6SiO2-CaO·Al2O3·2SiO2)
斜长石以含钠为特点,又称钠长石。
斜长石属三斜晶系,柱状和板状晶体,聚片双晶很普遍,在晶面和解理上可见有平行的双晶纹,粒状集合体。白色或灰白色,玻璃光泽,半透明。两组完全解理,交角为86°,硬度6-6.5,比重2.61-2.76。
6.4 云母
白云母(KAl2[AlSi3O10] (OH)2)
金云母(KMg3[AlSi3O10](OH)2)
黑云母(K(Mg,Fe)[AlSi3O10](OH)2)
白云母是含K、Al的矿物,呈白色;金云母是含K、Mg的矿物,呈金黄色;黑云母是含K、Fe、Mg的矿物,呈黑绿色。
单斜晶系,片状或板状晶体。玻璃或珍珠光泽,透明,具有一组最完全解理,硬度2-3,比重2.7-3.1。白云母稳定,不易风化;金云母、黑云母易风化变质。
6.5 橄榄石((Mg Fe)2[SiO4])
斜方晶系,晶体扁柱状;常为粒状集合体。黄绿色,玻璃光泽,透明至半透明,硬度6.5-7,解理不完全,呈贝壳状断口,性脆,比重3.3-3.5。
橄榄石是岩浆早期结晶矿物,是基性、超基性岩浆岩的主要造岩矿物。透明色美的橄榄石晶体可作绿宝石。
6.6 辉石(Ca[Mg,Fe,Al] [(Si,Al)2O6])
短柱状晶体,粒状集合体。黑绿色,条痕浅色,玻璃光泽,平行柱面的二组解理中等,硬度5-6,比重3.3-3.6。
6.7角闪石(Ca2Na(Mg,Fe)4(Al,Fe)[(Si,Al)4O11]2[OH]2)
单斜晶系,长柱状晶体,粒状或放射状集合体,黑绿色,条痕浅绿色,玻璃光泽,半透明,二组完全解理,硬度5-6,比重2.9-3.4。
6.8 高岭土(Al4[Si4O10][OH]8)
常呈疏松鳞片状,细粒状或土状集合体。白色或带浅红、浅绿、浅黄等色,土状光泽,硬度1,有粗糙感,易搓碎成粉末状,比重2.58-2.60。
6.9铝土矿(Al2O3·nH2O)
常见为非晶质的鲕状、豆状、块状等。颜色变化很大,从淡灰白色、灰褐色到黑灰色,有时有红褐色斑点,条痕淡灰白到灰色,非金属光泽,硬度2.5-7,比重2.35-3.5。
6.10绿泥石(Mg,Al,Fe)6[(Si,Al)4O10](OH)8
片状或板状晶体,集合体呈鳞片状或土块。呈各种不同深浅的绿色,含铁量较高则色深,玻璃光泽,有一组完全解理,解理面呈珍珠光泽,硬度2-2.5,比重2.6-2.85。
6.11方解石(CaCO3)
三方晶系,晶体常为菱面体,集合体多呈块状、粒状、鲕状、钟乳状及晶簇等,无色透明者称为冰洲石;一般为乳白色,含杂质则为灰色、黑色等,玻璃光泽,三组菱面解理完全。硬度3,比重2.71,加稀盐酸剧烈起泡。
6.12 白云石(Ca Mg[Co3]2)
三方晶系,晶形为菱面体,一般常见为粒状集合体。白色、粉红色,玻璃光泽。硬度3.5-4,比重2.8-2.9。三组菱面解理完全,半透明,加稀盐酸微微起泡。
6.13石膏(CaSO4·2H2O)
单斜晶系,晶体为菱面形板状、纤维状,可见燕尾形接触双晶,粒状、纤维状集合体。白色或无色透明,玻璃光泽,解理面上具珍珠光泽,纤维石膏为丝绢光泽;一组最完全解理,硬度1,比重2.3。
6.14 红柱石(Al2SiO5)
斜方晶系,常呈长柱状晶体;柱状或放射状集合体,似菊花,俗称菊花石;横断面呈近正方形,纵断面近长方形。中心常为碳质物交代,成为空晶石。多浅玫瑰红色、灰色或褐色,玻璃光泽,半透明,两组平行柱面的完全解理。硬度7.5,比重3.16-3.20。
6.15 石榴子石(Mg,Fe,Ca…)3(Al,Fe…)2[SiO4]3
等轴晶系,晶体发育良好,有菱形十二面体、四角八面体,粒状集合体,棕色和深红色,玻璃光泽,半透明,无解理,断口参差状,硬度 6.5-7.5,比重3.5-4.3。
6.16 透闪石(Ca2Mg5[Si4O11](0H)2)
晶体呈长柱状、针状、毛发状、放射状、纤维状集合体。白色或浅色,玻璃光泽,硬度5-6。
6.17滑石(Mg3[Si4O11](OH)2
单斜晶系,微细晶体呈六方或菱形板状。通常呈致密块状、片状或鳞片状集合体。通常微带浅黄、粉红、浅绿、浅褐的白色。颜色的变化主要由杂质引起。玻璃光泽,解理面呈珍珠光泽晕彩。一组解理极完全,致密块状者呈贝壳状断口,硬度1,比重2.58-2.83。
6.18 蛇纹石(Mg6[Si4O10](OH)8
单斜晶系,晶体呈叶片或鳞片状,但通常为致密块状。具有各种色调的绿色,墨绿、黄绿等色。常有蛇皮状的青、绿色斑纹。油脂或蜡状光泽。硬度2-3.5,比重2.5-2.6。

7几种相似矿物的比较

7.1黄铁矿和黄铜矿

黄铁矿

黄铜矿

常为完整的立方体晶形,浅铜黄色,硬度大于小刀。

常为粒状或致密块状,铜黄色,硬度小于小刀,碎片置于锌板(铝板)加上HCl后表面立即变成褐黑色

7.2角闪石和普通辉石

普通角闪石

普通辉石

长柱、柱状,横断面为菱形或六边形;黑色、绿色或暗绿色,有时带褐色调;玻璃光泽,有时带丝绢光泽;两组解理完全,交角为124°,56°,交成菱形;在岩浆岩中主要产于中性、中酸性岩中,与中性斜长石、黑云母共生。

短柱状、粒状、横断面为正方形或八边形;黑色、棕色、暗绿色;玻璃光泽,有时表面有似金属光泽;两组解理交角近于直角,解理中等;在岩浆岩中主要产生基性、超基性及中性岩中,与基性斜长石,橄榄石共生。

7.3 斜长石和正长石

斜长石

正长石

密集的聚片双晶

常见卡氏双晶

晶体形态常呈板状;两组解理交角为94°,86°;颜色常为白色、灰色;岩浆岩中自基性岩至酸性岩都有,易风化蚀变为绿帘石

晶体形态常呈粗短柱状;两组解理交角为90°;以肉红色为主,也有灰白色;岩浆岩中一般在酸性岩和碱性岩中才出现,易风化为高岭石

7.4石英和斜长石

石英

斜长石

常为圆粒状或不规则粒状;无色透明或烟灰色,表面干净,无解理,可见有贝壳状断口(硬度为7)

常呈板状或柱状,常见聚片双晶;以灰白为主,表面可以出现风化残留物,

具有两组解理完全;硬度稍低(硬度为6)

7.5 方解石和白云石

方解石

白云石

菱面体晶面完整;硬度为3;加冷而稀的HCL剧烈起泡

晶面弯曲成马鞍形;硬度3.5-4;矿粉加冷HCl起泡缓慢。

8 实习报告表格式

实习教师可根据本专业的需要选择几种主要的矿物让学生观察。

标本号

颜色

条痕

光泽

解理

硬度

矿物名称

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9 思考题
(1)解理是如何产生的?在论述解理时,应从哪方面进行分析?
(2)如何正确在观察和描述矿物?
(3)区分下列矿物:石英与方解石、正长石与斜长 石、辉石与角闪石、方解石与白云石。






实验二 岩浆岩的鉴定
1 实验的目的和要求
(1)本实习课的目的在于使学生能够正确地鉴定岩浆岩。
(2)要求学生能够分析岩浆岩的矿物成份,熟悉描述岩浆岩常用的名词术语及含义。
(3)了解岩浆岩的结构和构造。
(4)在教师的指导下学会正确地观察和描述岩浆岩,并且掌握识别岩浆岩的一般方法。
2 识别岩浆岩的一般方法
岩浆岩是由熔融的岩浆凝而成的岩石。根据岩浆冷凝的深度可分为深成岩、浅成岩和喷出岩三大类。若以SiO2的百分含量为标准可分为超基性岩、基性岩、中性岩、酸性岩。各类岩浆岩的矿物成分及结构、构造是不同的,认识的步骤首先是根据结构、构造区分出是深成岩、浅成岩还是喷出岩,再按矿物成分分类。
3 岩浆岩的鉴定内容
3.1 岩浆岩的矿物成分
主要有七种造岩矿物,占矿物总含量的99%。它们是橄榄石、辉石、角闪石、云母、斜长石、正长石和石英。
(1)依化学成分和矿物成分特点分两类:
暗色矿物包括橄榄石、辉石、角闪石、黑云母。
浅色矿物包括斜长石、正长石、石英。
(2)依矿物质含量分为:
主要矿物:矿物含量在90%以上。
次要矿物:矿物含量在1-10%左右。
副矿物:矿物含量在1%以下,个别情况达5%以下。
3.2 岩浆岩的结构
(1)结晶程度
全晶质结构:花岗岩
半晶质结构:玄武岩
非晶质结构:珍珠岩
(2)矿物颗粒的绝对大小
粗粒结构:粒径>5㎜
中粒结构:粒径5-2㎜
细粒结构:粒径2-0.2㎜
隐晶质结构:肉眼和放大镜不能分辨岩石中的矿物颗粒。
(3)矿物颗粒的相对大小
等粒结构:橄榄岩
不等粒结构:不等粒辉长岩
斑状结构:闪长玢岩
(4)几种典型的结构类型
花岗结构:花岗岩
辉长结构:辉长岩
辉绿结构:辉绿岩
3.3 岩浆岩的构造
(1)块状构造:花岗闪长岩
(2)流纹构造:流纹岩
(3)气孔构造:主要见于熔岩层的顶部
(4)斑杂构造:花岗闪长岩
(5)条带状构造:带状辉长岩
(6)球状构造:斜长环斑花岗岩
(7)杏仁状构造:玄武岩
3.4 岩浆岩的分类标志
(1)岩性分类:依据SiO2的含量将岩浆岩分为:超基性岩(SiO2 含量<45%、基性岩(SiO2 的含量为45%-52%)、中性岩(SiO2 的含量为53%-65%)、酸性岩(SiO2 含量>65%)。
(2)产状分类:依据产状将岩浆岩分为:深成侵入岩、浅成侵入岩、喷出岩。
4 如何描述岩浆岩及描述时应注意的事项
对于实验室的手标本,主要是从颜色、矿物成分、结构、构造、性质和岩石名称几个方面进行描述。描述时应注意如下几点:
4.1颜色
一般我们看到的岩石的颜色都是风化后的颜色,要看到岩石的本来面目,需用小刀把风化面刮去,对新鲜面的颜色和风化后的颜色要分别描述。
4.2矿物成分
凡是能用肉眼或低倍放大镜辨认的矿物都要加以描述,并分别估计它们的百分含量,重点是主要矿物。对主要矿物的性质、颗粒大小、形态特征都要描述。次要矿物可作简单描述,还要分清那些是原生矿物,那些是次生矿物。
4.3结构、构造
要描述是全晶质、半晶质还是玻璃质。当是全晶质结构时,还应描述矿物的自形程度,是粗粒、中粒还是细粒结构;是块状构造、流纹构造还是气孔构造等。通过这些现象可以使我们了解岩石的生成环境,含挥发性成分多少及熔岩流动的方向。
4.4岩石定名
要定出岩石的基本名称,一般在岩石基本名称前加上颜色和结构。如浅灰色中粒石英闪长岩。
5 如何鉴定岩浆岩
5.1深成岩的肉眼鉴定
(1)主要依据
一般从岩石的结构、构造、矿物成分的含量、颜色等方面入手。首先,据岩石标本的结构和构造可区分出深成岩、浅成岩和喷出岩。如等粒结构是深成岩所具有的;斑状结构一般是浅成岩和喷出岩的特征之一;喷出岩则具隐晶质结构和玻璃质结构;侵入岩多具块状、斑杂岩、条带状等结构;而喷出岩常具气孔、杏仁、流纹等构造。这三类岩石结构、构造特点列于下表。

表2-1 深成岩、浅成岩和喷出岩的特征对比表

 

深成岩

浅成岩

喷出岩

结构

常具等粒(中粒、粗粒居多)全晶质结构。

多呈细粒或斑状结构、基质多为中粒至隐晶质,玻璃质少见

具斑状结构、隐晶质或玻璃质结构

构造

块状结构

块状构造,有时可有少量气孔,一般无杏仁状构造

常为气孔状、杏仁状、流纹状构造

成分

基本

相同

一般斑晶中的暗色矿物含量比相应的浅成岩少

其次根据矿物的颜色、晶形、解理等到外表特征确定出主要及次要造岩矿物,即抓住最主要的鉴定特征,一定要把最主要的造岩矿物鉴定出来,然后分别估计其百分含量,并查阅岩浆岩鉴定表,确定属于那一大类,从而准确地定出岩石的名称。
(2)鉴定要点
由于深成岩常具等粒、全晶质结构,矿物颗粒比较粗大,因此比较易于鉴定,主要是详细鉴定矿物成分,在运用鉴定表时,应特别注意石英的有无和含量;正长石和斜长石的有无及含量;暗色矿物的含量及是什么暗色矿物。
石英:在岩石中的特点是多呈粒状,具油脂光泽,呈烟灰色,具贝壳状断口,容易与灰白色的斜长石相区别。
长石类:首先的根据颜色,一般正长石多为肉红色,斜长石多为灰白色,但也有例外的情况,有时正长石可有白色和深灰色;斜长石可有淡红色和蔷薇色。所以鉴定长石最可靠的是双晶。在阳光下缓缓转动标本注意观察,斜长石往往具有许多平行的细双晶纹而可以区别于同颜色的正长石。正长石常具卡氏双晶,即解理面在光的照射下可见一明一暗的两个单体,而斜长石在阳光照射下,在晶体的延长方向上可见明暗相间的密集细长条一聚片双晶。
斜长石又可分为基性斜长石、中性斜长石和酸性斜长石。区别可根据其本身的特点和与其它矿物共生组合关系,如基性斜长石晶体呈长的板状并与辉石、橄榄石共生;中性斜长石具环带构造,并与角闪石共生;酸性斜长石晶体多呈宽的板状,与石英、黑云母共生。

表2-2  岩浆岩中正长石和斜长石的鉴定对比表

 

正长石

斜长石

颜色

肉红色、浅红色、浅黄色、黄色、白色

灰白色、灰色、白色

形状

厚板状,断面近正方形,常为半自形至他形。斑晶为自形

薄板状,断面近长条状,常为半自形至自形

双晶

常见卡氏双晶

常见为聚片双晶

次生变化

蚀变为高岭土、在晶面上呈土状

变为绿帘石、绢云母等,晶体呈浅绿色、暗灰色等

产状

一般分布在花岗岩、正长岩中

一般分布在辉长岩、闪长岩和花岗岩类中

暗色矿物:鉴定暗色矿物,经常遇到的困难是如何区别辉石和角闪石。在岩浆岩中常见的普通辉石和普通角闪石的颜色均为深灰黑色至黑色,光泽也很相似。此时鉴定形状和断面就显得很重要。要注意其解理交角,辉石近直角,而角闪石呈菱形。这就需要在放大镜下细心观察,并充分注意其矿物的共生组合规律。

表2-3  岩浆岩中辉石和角闪石肉眼鉴定对比表

 

辉石

角闪石

颜色

黑色、棕色、暗绿色

黑色至绿黑色

晶形

短柱状、粒状,其断面为八边形或近正方形

长柱状,其断面为六边形或菱形

解理交角

两组解理交角近90°

断口呈阶梯状

两组解理夹角为124°与56°呈菱形。

光泽

玻璃光泽至半金属光泽

玻璃光泽至丝绢光泽

共生矿物

常与基性斜长石、橄榄石等共生

常与中性斜长石和黑云母等共生

产状

产于超基性岩、基性岩及部分中性岩

产于中性及中酸性岩中

当岩石颜色较浅,主要是由浅色矿物组成时,就要充分注意石英的有无,当含石英时,可能是石英闪长岩、石英二长岩、花岗闪长岩、花岗岩等。不含石英时,可能是二长岩、正长岩,霞石正长岩等。它们相互之间的区别就根据石英、正长石、暗色矿物含量的比例和是否含似石类矿物等来命名。
5.2 浅成岩和脉岩的肉眼鉴定
(1)浅成岩和脉岩当有斑晶出现时,则可根据斑晶浅色矿物成分分为两大类:斜长石为斑晶的叫玢岩;正长石和石英为斑晶的叫斑岩。如果玢岩中同时有角闪石斑晶或基质中可鉴定出有角闪石的,称为闪长玢岩;斑晶中如果没有石英斑晶,仅有正长石斑晶,则称为正长斑岩;既有石英又有正长石斑晶的则为花岗斑岩;如果仅有石英斑晶的则称为石英斑岩。
(2)浅成岩和脉岩常具有细粒、等粒结构,如能定出矿物成分,再结合岩石颜色的深浅,查表可得出相应的深成岩的名称,前面加上“细粒”或“微晶”两字。如为无斑隐晶结构,很致密,肉眼分辨不出矿物成分来,这时可根据颜色深浅粗略命名为浅色脉岩和暗色脉岩。
5.3 喷出岩的肉眼鉴定和命名
喷出岩的肉眼鉴定比较困难,除了斑晶以外,基质部分常呈细粒至玻璃质结构,肉眼很难分辨;一般需要镜下鉴定才能正确命名。肉眼鉴定只能根据颜色、斑晶成分、结构、构造及次生变化等方面综合考虑来初步确定岩石名称。
(1)颜色
一般由基性岩到酸性岩,颜色由深逐渐变浅,先根据颜色可大致确定所属大类。但也有例外,如含有微粒磁铁矿的流纹岩颜色也较深;玄武岩受次生蚀变以后颜色变浅,常呈绿色。所以还要结合成因条件来考虑。
(2)斑晶成分
对鉴定喷出岩具有特别重要的意义,如玄武岩很少具斑状结构,一般为细粒全晶质结构,有时可见有橄榄石斑晶;安山岩中则有斜长石和角闪石的斑晶,斜长石常呈方形板块;流纹岩则常出现石英和透长石的斑晶等。
(3)结构、构造
玄武岩中气孔及杏仁构造常见;流纹岩中的基质常显流纹构造;粗面岩有时可见粗面结构等。

表2-4 喷出岩主要类型肉眼鉴定表

 

玄武岩

安山岩

粗面岩

流纹岩

颜色(新鲜面)

黑绿色至黑色

灰紫色、紫色

 

浅灰色、灰紫色

粉红色、浅灰紫色、灰绿色

斑晶成分

辉石、基性斜长石、橄榄石

辉石、斜长石、角闪石、黑云母(斜长石斑晶最常见)

透长石、黑云母、角闪石

石英、透长石

结构、构造

细粒至隐晶质结构,具气孔及杏仁构造

隐晶质,斑状结构,有时有气孔、杏仁状构造

斑状结构、隐晶质结构块状构造

隐晶质至玻璃质,具气孔、杏仁、流纹构造(常见)

其它

常见原生六方柱状节理

蚀变后常呈绿争、灰绿色,致密块状岩石

常见粗面结构

石英常具熔蚀现象

 

6 岩浆岩鉴定实例

6.1 超基性岩-橄榄岩

主要矿物成分为橄榄石和辉石,橄榄石含量40-90%,另外还有少量角闪石、黑云母、斜长石、铬铁矿等。颜色深绿,粒状结构,中至粗粒,半自形晶,块状构造。

6.2 基性岩-辉长岩

主要矿物成分为基性斜长石和单斜辉石,次要矿物有橄榄石、斜方辉石,普通角闪石和黑云母,暗色矿物和浅色矿物含量近于相等,前者略偏高,岩石为灰黑色、灰色,中至粗粒结构,具辉长结构,块状构造。

6.3 中性岩-闪长岩

主要矿物为角闪石、斜长石,次要矿物为黑云母、石英,副矿物榍石;灰绿色,风化后为灰白色;粒状结构;中-粗粒,自形-半自形晶,块状构造。

6.4 中酸性-花岗岩

矿物成分:石英约为15%,酸性或中性斜长石>40%,正长石<20%,暗色矿物角闪石、黑云母约15%左右;灰白至灰红色,中粗粒,自形和半自形晶,粒状结构,块状构造。

6.5 酸性岩-花岗岩

主要矿物有石英、正长石、斜长石,次要矿物为黑云母、角闪石,副矿物锆石、榍石等,暗色矿物含量<10%,灰白色,中粗粒,自形和半自形晶,粒状、似斑状结构,块状构造。

7 岩浆岩鉴定报告表

                年       月     日           班级:           姓名

标本号

名称

颜色

矿物成分

结构

构造

类型

 

 

 

 

 

 

8 思考题
(1)如何识别岩浆岩的结构和构造?
(2)怎么正确地描述岩浆岩的结构?




























实验三 沉积岩的鉴定

1 实验目的和要求
(1)了解沉积岩的颜色、成分、结构和构造。
(2)学会正确地观察和描述各种类型的沉积岩。
(3)在教师的指导下,学会鉴定沉积岩。
2 碎屑岩鉴定内容
2.1 颜色
颜色是碎屑岩一个直观的很重要的标志。根据成因可把颜色分为原生色和次生色。原生色又可分为继承色和自生色两种。碎屑岩常具有继承色。继承色取决于碎屑物质的颜色。在某种程度上它继承了原岩的颜色,如纯石英砂岩的白色,是由无色透明的碎屑石英引起的;长石砂岩的肉红色,是由碎屑长石颜色引起的。
碎屑岩继承色能被保留下来,说明当时风化、剥蚀、搬运和沉积作用都进行得很快,化学风化作用弱。
2.2 碎屑成分:
碎屑岩中的碎屑可分为矿物碎屑和岩石碎屑。
2.2.1 矿物碎屑
在碎屑岩中已发现的矿物碎屑有一百多种,其中主要的是石英、长石、云母、重矿物。
(1)石英
石英是碎屑岩中分布最广的矿物,在砂岩和粉砂岩中石英平均含量达66.8%。由于石英的物理性质和化学性质稳定,抵抗风化能力强,也不易磨损,所以母岩破坏后分离出来的石英,经风化搬运过程中的溶解和磨蚀后,大部分仍能被搬运到沉积盆地中堆积下来。
由于搬运过程中的磨蚀和胶结物的污染,石英原来的油脂光泽在碎屑颗粒上往往变得晦暗不清,但在新鲜断口上仍清晰可见。石英颗粒的颜色常为灰白、烟灰、也有淡黄、褐黄以至深褐色等。质纯的石英为无色透明,有时在岩石中由于其背景的颜色而呈现出不同的色调。胶结物的性质也会影响石英颗粒的色调,如胶结物为紫红色的氧化铁时,则石英颗粒也随之呈现出红色色调。
(2)长石
长石在碎屑岩中的含量仅次于石英,其平均含为11.5%。长石较石英易于风化,颗粒表面常因高岭土或绢云母化而被污染,不如石英光洁,同时碎屑的轮廓也常显得模糊不清,而石英颗粒的轮廓往往是很清晰的,用放大镜观察易于区别。另外,风化后的长石硬度降低,小刀刻得动,而石英颗粒是刻不动的。鉴定时还要注意风化后的长石与粘土质的胶结物相区别,一般前者色调较浅,常残留自形或半自形轮廓,而后者色调较深,没有一定形状。
在各类长石中,最稳定是正长石,其次是酸性斜长石,基性斜长石最易风化,所以碎屑岩中常见的多是正长石。由于长石易于风化,所以长石主要分布于较粗粒的碎屑岩中,粉砂岩中含量较少。
(3)云母
碎屑岩中云母类矿物以白云母居多,黑云母因容易风化分解,在碎屑中很少出现,除非在离母岩很近的地区,有时可见到黑云母。白云母的化学性质稳定,抵抗风化能力强,但易破碎成碎片,故常集中分布在细砂岩、粉砂岩的层面上。
(4)重矿物
在碎屑岩中重矿物的含量一般不超过1%,主要分布在中细粒的碎屑岩中。来自花岗岩的重矿物主要有锆石、独居石、榍石、金红石和磷灰石。来自变质岩的重矿物有石榴子石、十字石、蓝晶石、电气化石和黄玉。来自基性岩石的重矿物有尖晶石、铬铁矿、钛铁矿、辉石等。
2.2.2 岩石碎屑
在碎屑岩中,特别是粗粒碎屑岩中,会有各种各样的岩屑出现,砂岩中也常见,粉砂岩中则基本上没有岩屑。
岩屑的出现具有一定的规律性,凡是晶粒较粗的岩石碎屑,如花岗岩、片麻岩等,常出现在粗粒碎屑中;而隐晶质、玻璃质或细晶质的喷出岩岩屑和变质中的千枚岩、片麻岩屑,则常出现在中粒和细粒碎屑岩中。
2.3 胶结物成分和类型
2.3.1 几种主要胶结物的鉴定特征
常见碎屑岩的胶结物质有硅质、钙质、泥质、铁质、海绿石质等,其特征简述如下:
(1)硅质胶结物
主要成分是蛋白石、玉髓和石英。与碎屑中的石英颗粒颜色相同,致密状,碎屑颗粒与胶结物之间的界限不易分辨,硬度大于小刀,加稀盐酸不会起泡,岩石胶结牢固,锤击之不易破碎。
(2)钙质胶结
主要是以方解石为主,白云石、菱铁矿次之。一般钙质胶结物颜色浅,常为白色、灰白色或淡黄色,硬度小于小刀,滴加浓度为10%的稀盐酸就会剧烈起泡,即为钙质(方解石)胶结物;如果滴加稀盐酸不起泡,但刮成粉末后再加稀盐酸就微弱起泡,则胶结物为白云石。如是菱铁矿胶结的,则岩石的比重就较大。
(3)泥质(粘土质)胶结物
其矿物成分以水云母为主,其次是高岭土和蒙脱石。泥质胶结物为土状,泥黄色,硬度小,有粘舌性,有时用水可以泡软。岩石胶结比较疏松,锤击之易破碎,且常有泥土味。
(4)铁质胶结物
主要是铁的氧化物和铁的氢氧化物,如赤铁矿、褐铁矿等。常呈红、褐、黄褐、棕红等颜色,因而岩石也随之显现红、褐色等色调,比重也较大。
(5)海绿石和鲕绿泥石质胶结物
常呈绿色,风化后岩石颜色常带有褐色斑痕。
以上五种胶结物是最常见的,其次还有硫酸盐质(石膏、硬石膏)胶结物、磷酸盐质胶结物等。
2.3.2 胶结物类型
碎屑岩中的颗粒是由粘土物质及化学沉淀物质胶结起来的,这些胶结物的含量多少和碎屑颗粒在胶结物中相互接触关系,有许多不同变化,据此可分出不同的胶结类型。
一般对砾岩、巨粒和粗粒砂岩中的胶结物及胶结类型可直接用肉眼观察确定,更细粒级的砂岩及粉砂岩则需错助放大镜来鉴定。
胶结类型主要有以下几种:
(1)基底式胶结类型
胶结物含量较多,可达50%以上,碎屑颗粒多孤立地分布在胶结物中,彼此互不接触而呈飘浮状,胶结物成分主要为粘土,大部分是和碎屑颗粒同时沉积而成的,这种胶结类型最坚实,属于山前堆积物,反映为重力流和密度流快速堆积。
(2)孔隙式胶结类型
这是一种最常见的胶结类型,胶结物的含量在50%左右,碎屑颗粒在其中以点接触,构成支架,胶结物充填在孔隙之中,胶结物成分有粘土、硅质和碳酸盐等。形成条件是介质密度较低,搬运距离比较远,胶结物是在颗粒沉积之后的充填物,属于河流、湖泊中的沉积物。反映为一种稳定水流的沉积。
(3)接触式胶结
胶结物含量很少,只有25%左右,只是在颗粒接触处才有胶结物,胶结不结实,胶结物以化学沉积物硅质、碳酸盐为主。碎屑颗粒在其中以线接触,构成支架,胶结物充填在裂隙之中,接触胶结的孔隙度最大,易于透水,有利于流体在地下的运移。形成时介质密度很低,搬运距离很远,胶结物是在颗粒沉积之后的充填物,属于湖、海浅滩和岸边沉积,也有部分是干旱气候的砂层沉积。
(4)镶嵌式胶结类型
无胶结物,碎屑颗粒镶嵌呈曲线接触,沉积的碎屑在压固作用下,颗粒边缘溶蚀而胶结,形成时介质密度极低,属于静水环境,经过长距离的反复搬运,分选性和磨圆度较好,多数属于海相碎屑沉积。
2.4 碎屑结构鉴定
2.4.1 粒度
碎屑颗粒的大小,称为“粒度”。它是碎屑岩中最重要和最基本的结构特征。在正常碎屑岩中粒度的变化是连续的。为了研究和使用方便,将其分成一系列的等级,叫“粒级”。据水力学研究,粒度与水动力条件的关系为:>2mm的颗粒一般是以滚动方式沿河床底部搬运;2~0.05mm左右的颗粒在搬运过程中非常活跃;0.05~0.005mm的颗粒沉降速度是很缓慢的;<0.005mm的颗粒已有明显的凝聚现象。从物质成分上来看,>2mm的碎屑成分多为岩石碎屑;<2mm的粒级颗粒以矿物碎屑为主,石英及长石碎屑分布最大频率位于2~0.05mm之间,重矿物则一般分布在0.05~0.005mm的粒级中;而<0.005mm的粒级则以粘土物质为主。
通常将碎屑结构分为三个粒级:
砾状结构: 颗粒直径>2mm;
砂状结构:颗粒直径为2~0.1mm,其中砂状结构又分为粗粒砂状结构:粒径为2~0.5mm;中粒砂状结构:粒径为0.5~0.25mm;细粒砂状结构:粒径为0.25~0.1mm。
粉砂结构:颗粒直径0.1~0.01mm
2.4.2球度
通常把碎屑的球度分为棱角状、次棱角状、次圆状及圆状四级。
2.4.3分选性
肉眼鉴定时通常把分选性分为三级:
如果同一个粒级颗粒集中的程度达到70%以上时,称为分选性好。
如果同一个粒级集中程度不足50%时叫分选性差。
当某一粒级颗粒集中程度为50%~75%时,称分选中等。
2.5 碎屑岩的构造
碎屑岩的构造一般是机械成因的,常见的是层理构造。层理构造是指由于颜色、成分、结构等性质在垂向上所造成的成层构造。
以纹层的分布形状和相互关系,可划分出水平层理、斜层理、交错层理及波状层理。
(1)水平层理:层与层之间相互平行,岩石颗粒较细,是在一安静的水体中所形成的。
(2)斜层理:层与层之间平行,向某一方向倾斜,一般是在河流环境中所形成的。
(3)交错层理:层与层之间不平行而相交,层本身可以平直也可弯曲,是一水动力比较强的水体环境下形成的。
(4)波状层理:层本身呈波状起伏,总的方向平行于层面,是一种水体比较震荡条件下所形成的。
2.6 碎屑岩的分类
2.6.1 砾岩和角砾岩
大于2mm的碎屑,属于粗碎屑粒级范围,称之为砾石和角砾。碎屑岩中砾石的含量>50%者称为砾岩。砾岩主要由岩屑组成,只含少量的矿物碎屑。
(1)根据砾岩中砾石的磨圆度可以分为:
角砾岩:砾石中棱角状和次棱角状的砾屑含量>50%;
砾岩:砾石圆状和次圆状碎屑含量>50%。
(2)根据砾石大小可分为:
岩块角砾岩:砾石直径大于1000mm;
巨砾角砾岩:砾石直径为1000~100mm;
粗砾角砾岩:砾石直径为100~50mm;
中砾角砾岩:砾石直径为50~10mm;
细砾角砾岩:砾石直径为10~2mm。

表3-1 河床相、滨海相砾岩特征比较表

 

河床相砾岩

滨海相砾岩

岩性

砾石较粗大,常有砂岩夹层,砾石的分选性、磨圆度较差,砾石成分复杂

砾石较小,分选性、磨圆性较好,成分较简单。

层理

砾石成分复杂,层理一般不明显,有时可见大型的单向斜层理。

层理一般不发育,有时可见单向斜层理、交错层理及波状层理

砾石及包裹体

砾石扁平面常逆流倾斜,倾角较陡

砾石扁平面常向海倾斜,倾角平缓。

冲刷面

底部常有冲刷面,含有下伏岩层的砾石

不存在或不明显

生物化石

含植物碎屑,底部可含硅化木化石及树枝、树杆印痕,常平行水流方向排列

可含贝壳或其它生物碎片

产状

分布不稳定,厚度横向及纵向变化较大;常呈透镜状产出或分叉

分布较稳定,厚度不大,岩性均一

2.6.2砂岩
在碎屑岩中,粒度为2-0.05mm的碎屑物含量占50%以上的岩石称为砂岩。
(1)根据砂岩中碎屑物的粒级大小可分为:
粗粒砂岩:2~0.5mm;
中粒砂岩:0.5~0.25mm;
细粒砂岩:0.25~0.05mm;
(2)根据砂岩中碎屑成分可分为:
石英砂岩:石英含量80%以上;
长石砂岩:长石含量>25%,石英含量<75%,岩屑/长石<1/3;
岩屑砂岩:岩屑含量>25%,石英较多,长石含量<10%。
2.6.3 粉砂岩
碎屑粒度为0.05~0.005mm,其含量大于50%的岩石称为粉砂岩。
3 粘土岩鉴定内容
3.1 颜色
粘土岩的矿物成分中以粘土矿物为主,其次是碎屑矿物和自生的非粘土矿物及少量的细微岩石碎屑,另外还有被吸附的各种很有价值的金属阳离子和数量不等的有机质。由于粘土岩的成分复杂,所以颜色是多种多样的。另外颜色与粘土本身的干燥和潮湿的程度也有关。
常见的有白色、灰色、土黄、绿色、红色、褐色、灰黑色、黑色等。这主要决定于粘土矿物成分和混入物(包括色素离子、有机物及其它混杂物质)。一般说来,成分较纯的高岭石粘土岩、水云母粘土岩和蒙脱石粘土岩常呈白色、浅灰色、淡灰黄色或淡绿色等;含Fe3+ 常使粘土岩呈红色、紫色;含有Fe2+ 常使粘土岩呈灰色、绿色等;含锰的氧化物可使岩石呈褐色;含多种色素时,呈现出杂色斑点;含有机碳的粘土岩为深浅不同的灰黑色,有机碳的含量多则粘土岩的颜色就越深;粘土岩干燥时色浅,潮湿时色深。
3.2 粘土岩的物理性质鉴定
(1)断口形状
粘土岩的断口与它的粒度组分、矿物成分及构造有关。矿物成分比较单纯和均一的粘土岩,其断口一般是平坦光滑的,有时呈贝壳状断口。如果粒度组分和矿物成分较复杂,岩石中含有较多的砂和粉砂,则断口面常常是不平整和粗糙的。
(2)硬度
粘土岩的硬度除了与它的矿物成分有关外,还与其致密程度有关。一般来说,致密的粘土岩硬度较大,疏松的粘土岩硬度较小。
(3)滑腻程度
粘土岩的滑腻程度与粘土岩的结构有关。具有泥质结构的粘土质岩石,以手触摸有滑腻感,具有含粉砂泥质结构的粘土质岩石,用手触摸有粗糙感。具含砂泥质结构和砂泥质结构的粘土质岩石,用手触摸有明显的颗粒感觉,肉眼可见砂粒。
(4)可塑性和膨胀性、吸附性
粘土粉碎后,加适当的水分,受压后可塑制成一定形状,压力取消后,形状不变称为粘土岩的可塑性;粘土吸水后体积增大的性质称为膨胀性;粘土质能从周围的介质中吸附气态物质、液态物质、有机物质的各种色素的能力叫粘土岩的吸附性,这也是染色法鉴定粘土矿物的依据。
3.3 粘土岩的结构
一般均呈显微结构,必须在显微镜下甚至电子显微镜下观察。肉眼观察时,粘土岩中最常见的结构有以下几种:
(1)泥质结构;
(2)含粉砂泥质结构;
(3)粉砂泥质结构
(4)含砂泥质结构
(5)砂泥质结构
另外还有鲕状结构、豆芽结构、砾状或角砾状结构。
3.4 粘土岩的构造
粘土岩的构造可分为大型构造和显微构造两种。在实验室里,用肉眼观察的是大型构造,常见的有以下几种:
(1)层状构造:岩石有极好的水平层理,如泥岩。
(2)页理构造:如果粘土岩发育极好的水平层理,而层厚度小于1cm,沿层理方向有容易剥开的层节理,称为页理构造。它的形成主要是由于水云母、绢云母和绿泥石等片状矿物平行排列所致,如页岩。
(3)层面构造:波痕、泥裂、雨痕、虫迹、结核、晶体假象等。
(4)其它构造:如斑点构造、巢状构造、带状构造、条纹构造和网状构造等,这是由于物质成分及颜色不同而造成的。

3.5 粘土岩的岩石类型

表3-2  粘土岩的岩石类型

主要结构

分类原则

岩石名称

主要特征

泥质结构

按矿物成分分

高岭石粘土岩

以高岭石为主,遇水不膨胀,烧结性好

胶岭石粘土岩

以胶岭石为主,吸附性好,吸水后膨胀

水云母粘土岩

以水云母为主,遇水不膨胀,有页理

按岩石构造分

泥岩

没有页理、质地致密,块状岩石

泥板岩

具有板理构造

页岩

有页理,胶结好,根据成分又可分为:钙质页岩、硅质页岩和油页岩等。

4 碳酸盐岩鉴定内容
4.1 颜色
风化面的颜色和新鲜面颜色往往不一样。碳酸盐岩的颜色多种多样,主要取决于岩石中所含杂质或混入物的性质。如粘土质、有机质、氧化铁、氧化锰及其它氧化物和氢氧化物等。
4.2成分
常见的碳酸盐岩矿物主要是方解石和白云石,另外还有文石、铁白云石、菱铁矿及其它碳酸盐类矿物。在实验室常用稀盐酸来鉴定碳酸岩,一般可用5-10%浓度的稀盐酸滴在岩石的新鲜面上,并根据起泡的剧烈程度(强、中、弱三级进行区分)。起泡强烈的为较纯石灰岩;起泡中等可能含有白云质;弱的可能为白云质灰岩或灰质白云岩。硅质石灰岩,加酸起泡情况随硅质含量增加而减弱;石灰岩含泥质时,加酸起泡情况亦随泥质含量的增加而减弱。可根据起泡情况及泥质薄膜残留情况将岩石大致定名为泥质灰岩或泥灰岩等。
4.3结构
在实验室里观察岩石标本,可将碳酸盐的结构分为:结晶结构、鲕状结构、生物结构和碎屑结构。
4.4构造
包括层理、结核、波痕、泥裂以及裂隙和洞穴的发育程度。
5 主要沉积岩石的鉴定实例
5.1 砾岩(河北宣化)
岩石浅灰色,其中砾石占70%,胶结物占30%。砾石大小不均,分选性不好。砾石的圆度多属次圆和圆级。砾石的断面多呈长椭圆形。
砾石成分以白云岩和石灰岩为主,此外有硅质岩和较少量的喷出岩,白云岩砾石多呈白色,硬度小,粉末滴盐酸起泡微弱,有的具有硅质条带,有的砾石表面具有明显的氧化圈。硅质岩砾石中主要是燧石,有少量的石英岩,燧石为灰色或黑灰色,致密坚硬,喷出岩砾石一般较小,呈灰色和浅红色,可能为中性喷出岩。
胶结物为浅灰色,局部带有浅绿色,滴稀盐酸起泡,可知含钙质较多,胶结类型为基底式胶结。整个岩石属圆砾状结构,胶结很致密,块状构造,局部地方可见到不明显的定向排列。
5.2长石砂岩
黄红色,不等粒砂状结构。碎屑成分主要是石英和钾长石,还含有少量的白云母碎片。碎屑颗粒大小不均,属中—粗粒。石英为无色透明,约含60%;钾长石表面新鲜,呈肉红色,解理清楚,解理面上玻璃光泽强,约含30%;白云母呈白色,珍珠光泽强,沿层理面分布较多。胶结物为粘土质和铁质,胶结较紧密,为接触式胶结,块状构造。
5.3 紫色页岩
灰紫色,成分大部分为泥质及粘土矿物,肉眼不能分辨;少部分为碎屑矿物,有石英、长石、云母及绿泥石等,泥质结构,纸片、片状的页理构造。
5.4 石灰岩
灰色,结晶颗粒大小不等,其中分布有方解石晶体,加稀盐酸剧烈起泡,结晶结构,致密块状,层理不明显。
6 沉积岩鉴定报告表

表3-3  沉积岩鉴定报告表

年    月   日 班级: 姓名:

标本号

名称

颜色

矿物成分

结构

构造

类型

 

 

 

 

 

 

要求鉴定以下岩石:
砾岩、石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、普通灰岩、竹叶状灰岩,鲕状灰岩、泥质条带灰岩、白云岩。
7 思考题
(1)砾石、基质和胶结物如何区别?
(2)长石砂岩和石英砂岩的区别?
(3)白云岩和方解石的区别?
(4)怎样区分泥岩和页岩?














实验四 变质岩的鉴定
1 实验的目的和要求
(1)能正确地划分变质岩的类型及原岩类型。
(2)理解描述变质岩常见的术语及其含义。
(3)学会正确地观察和描述变质岩。
(4)掌握变质岩的基本性质。
2 变质岩的鉴定内容
2.1 变质岩的颜色
变质岩的颜色是指岩石总体的颜色,如灰色、浅绿色等。
2.2变质岩的矿物成分
在观察变质岩时,除了含量最多的主要造岩矿物应观察外,更要注意对变质矿物的观察。这是因为(1)它能反映出变质前原岩的化学成分,能够帮助我们判断它是由什么岩石变质而来的,如红柱石(Al2O3·SiO2)的存在,说明这种岩石在变质前是富Al2O3 的泥岩。常见的变质矿物与原岩化学成分之间的关系见表4—1;(2)它可以反映出变质作用过程中的物理条件和化学条件,帮助我们分析和判断变质作用的性质和变质程度的深浅。如蓝晶石和红柱石的化学成分是一样的,但蓝晶石一般仅出现在区域变质的岩石中,而红柱石则主要出现在接触热变质的岩石中。

表4—1  变质矿物与原岩化学成分之间的关系表

原岩

化学成分主要特点

变质岩中常见的主要

矿物

变质后可能出现的特征矿物

岩浆岩

MgO,FeO含量高;CaO、Na2O、Al2O3和SiO2含量低

绿泥石、阳起石、金云母、菱铁矿

绿帘石、石榴子石、蛇纹石、硅灰石、透辉石、蓝闪石

粘土岩

Al2O3含量高,Si02较高,CaO低

绢云母、白云母、石英、钾长石等

红柱石、夕线石、蓝晶石、十字石、堇青石、石榴子石

碳酸盐岩

以Ca、Mg的碳酸盐为主

方解石、白云石

滑石、硅灰石、透闪石

描述时,要描述肉眼及用放大镜可以看见的矿物成分。如有变斑晶,则先描述变斑晶,然后再描述基质部分。如无变斑晶,就按矿物百分含量多少的先后顺序加以描述,其中对变质矿物更要注意描述。
2.3变质岩的结构
变质岩结构的观察是根据矿物颗粒的大小、形状以及自形程度来进行的。观察时要注意岩石的结构类型,这在判断岩石的变质类型和变质作用程度方面起着重要作用。
常见的变质岩结构类型有:
2.3.1 变晶结构
它是变质岩中常见的一种结构。岩石在变质作用下,矿物发生重结晶作用形成的。所有矿物一般说来是同时形成的,这和岩浆岩不同,矿物的自形程度不代表结晶的先后顺序,只能说明矿物结晶能力的强弱。
几种常见的变晶结构:
(1)粒状变晶结构:岩石主要由等轴粒状矿物组成,颗粒大小不一定相等。
(2)鳞片变晶结构:岩石主要由鳞片状或片状矿物组成。
(3)斑状变晶结构:由斑晶和粒度较细小的矿物组成,与岩浆岩的结构相似。
(4)纤维状变晶结构:岩石主要由纤维状、长柱状矿物组成。
2.3.2 碎裂结构
岩石在定向压力作用下,矿物颗粒几乎全部破碎成微粒状,破碎矿物颗粒大小不一,大的如斑晶,小的如粉末基质。
2.3.3 变余结构
由于岩石在变质过程中重结晶作用进行得不完全,原来岩石的矿物成分和结构特征被部分保留下来形成的,如石英岩的变余砂状结构。
2.3.4 交代结构
原岩矿物被取代消失同时生成新矿物为交代结构。
以上这些结构在判断岩石的变质类型和变质作用程度方面起着重要作用。尤其是变余结构和一些特殊结构,对于了解变质岩的形成历史和恢复原始物质成分具有十分重要的意义。
在描述时,如岩石同时具有几种结构特征时,应指出它们之间的相互关系,并加以综合。例如,某一岩石按颗粒的相对大小而言是斑状变晶结构,但基质部分为鳞片变晶结构,则此岩石的结构应描述为“基质具鳞片变晶结构的斑状变晶结构”。又如岩石是由大部分的鳞片变晶和部分纤维变晶所组成,则此岩石的结构应称为“纤维鳞片变晶结构”。
2.4变质岩的构造
总的说来,变质岩大部分具有定向构造之特点。变质岩构造的观察主要根据矿物颗粒的排列方式进行分类。
(1)片麻状构造:观察时可看到有粒状矿物、片状和柱状矿物的定向排列。
(2)片状构造:主要由片状矿物(云母)定向排列而成,为片岩所特有。
(3)块状构造:岩石中矿物分布均匀,排列无方向性。
(4)板状构造:为板岩所特有,是页岩或泥岩等柔性岩石受应力作用达到一定限度后,出现一组往往斜切原岩层理平行的破裂面,破裂面平整而光滑,有时有少量的绢云母、绿泥石等矿物出现,但原岩组分基本没有重结晶。岩石受打击易于沿这组破裂面成板状裂开。
(5)千枚状构造:为千枚岩所特有。细碎片状矿物平行排列,片理面有绢云母矿物。
2.5 变质岩类型:根据变质作用可将变质岩分为:
区域变质岩;
接触变质岩;
气—液变质岩;
混合岩;
碎裂变质岩;
有的变质岩有接触变质和区域变质两种,描述时则应说明哪种是主要的,哪种是次要的。如石英岩以区域变质岩为主,也有接触变质岩。
2.6 变质岩的变质程度类型

表4-2  变质岩的变质程度类型

原岩

浅变质

中变质

深变质

石灰岩

页岩

砂岩

岩浆岩

大理岩

板岩

石英岩

斜长角闪岩

粗晶大理岩

千枚岩、片岩

石英岩

片岩

 

片麻岩、 混合岩

混合岩

片麻岩 、混合岩

3 主要变质岩石的鉴定实例
3.1 千枚岩
褐红色,肉眼可见的主要矿物成分为绢云母、绿泥石,偶尔也有石英出现,为显微鳞片变晶结构,千枚状构造。构造破裂面较薄,具明显的丝绢光泽,破裂面常有波纹状的波浪起伏。
3.2 角闪斜长片麻岩
灰黑色、纤维花岗变晶结构,片麻状构造。主要矿物成分为斜长石,含量约占60%左右,暗色矿物以角闪石为主,次为黑云母,含量约占30-35%,还有少量石英,含量约占5-6%。斜长石呈无色,板状,玻璃光泽,角闪石呈暗绿色,长柱状;黑云母呈褐黑色,片状;石英为无色透明,粒状,油脂光泽等。
3.3 黑云母斜长片麻岩
岩石为灰白色,常夹有黑灰色细条带,断面不平整。具极明显的片麻构造,颗粒大小及分布均匀,为中粒等粒花岗变晶结构。矿物成分以灰白色闪亮的斜长石(50%)、乳白色石英(25-30%)和黑云母(20%)组成。
3.4红柱石角岩
深灰色,基质为细粒变晶结构的斑状变晶结构。变斑晶为长柱状红柱石,颜色深灰色,在新鲜的岩石断口处变斑晶和基质很难区分。只有在岩石风化面上由于变斑晶较基质的抗风化能力强而显露出来。柱长5-10mm不等,横断面近方形,风化光泽暗淡。基质主要由细粒矿物组成,由于颗粒细小,肉眼很难辨别,块状构造。
3.5石榴子石矽卡岩
褐色、褐红色,不等粒变晶结构,块状构造。主要矿物为石榴子石,含量约80%,次要矿物有透辉石、绿帘石等。石榴子石呈褐红、褐黄色,多呈菱形十二面体的自形晶体,玻璃光泽,晶面可见晶纹,部分呈致密粒状和块状。
3.6条带状混合岩
灰绿色,粒状变晶结构,条带状构造。长英质脉体(浅色)含量约占30%,黑云母钾长片麻岩的基体(深色)含量约占70%,相间呈条带状分布。
4 变质岩鉴定报告
要求鉴定以下岩石:板岩、千枚岩、石英岩、大理岩、矽卡岩、石榴子石绢云母片岩、蓝晶石片岩、片麻岩、红柱石角岩、混合花岗岩。

表4-3 变质岩实习报告表格式

      年     月  日                 班级         姓名

标本号

名称

颜色

矿物成分

结构

构造

类型

 

 

 

 

 

 

5 思考题
(1)如何区别石英岩和大理岩?
(2)如何区分片岩和板岩?
(3)如何区分花岗片麻岩和混合花岗岩。









实验五 古生物化石的鉴定
1 实验的目的和要求
(1)理解描述古生物化石常见的术语及其含义。
(2)能正确地鉴定古生物化石。
(3)掌握标准化石所代表的地质时代和环境。
(4)该实验为综合性实验。综合了沉积岩石学、岩相古地理、地层学和古生物学等知识,学生可以从中选一些标本进行鉴定。
2 实验内容
为了便于研究,应把地史时期繁多的古生物进行分类。分类的原则应按生物演化趋势编制排列,建立能够反映自然界的生物由低等到高等、由简单到复杂的有规律的系统。古生物的分类单位依次为界、门、纲、目、科、属、种。种是基本单位。
按照国际统一的命名法则,古生物各级单位的学名用拉丁文。种以上的单位名称由一个词组成,以正体字印写,名称的第一个字母要大写。种的名称采用双名法,即种名和属名两个词组成,属名在前,种名在后,均以斜体字印写。属名第一个字母要大写,为了查阅方便,在种名后要注以命名者的姓氏。例如Fusulinella bocki Moeller(薄克氏小纺锤筳)是蜓类的一个种的学名。前一个字是属名,后一个字是种名,最后是定种人的姓。
下面介绍几种常见的古生物门类。
1 古无脊椎动物
1.1 筳类
筳类属原生动物门、肉足虫纲、有孔虫目。筳类最早出现于早石炭世晚斯,早叠纪达到极盛,不仅数量丰富,且种类繁多,构造也趋复杂。晚二叠世开始衰退。至二叠纪末期全部绝灭。筳类分布的时代短,演化迅速,地理分布十分广泛,更因其形体小、数量多,是很好的标准化石。在解决石炭、二叠纪地层划分上已成为十分重要的化石门类。
筳又名纺缍虫,是一种浅海底栖动物,生活于水深100m左右热带或亚热带的平静正常的浅海环境。
    筳具有钙质微粒状壳,一般大如麦粒,最小者不到1mm,大者可达20-30mm以上。筳有多房室包旋壳,常呈纺缍形或椭圆形(图5-1),筳壳的初房位于壳中央,初房上有一圆形开口,是细胞质溢出的孔道。细胞质在初房外继续分泌壳质形成的壳壁叫旋壁,旋壁围绕一假想轴生长,同时向旋轴两端伸展,包裹初房。旋壁前端向内弯曲形成隔壁。按上述方法依次生长形成多房室。两条隔壁之间即为一个窄长的房室,每绕旋轴一圈即构成一个壳圈,壳圈从里到外层层包裹,终室前方的壳壁称为前壁,在壳的增长过程中,当后一个房室形成时,原有的前壁即变成了隔壁。前壁上不具口孔,生物靠壁孔与外界相通。在隔壁基部中央由再吸收作用形成一个开口;相邻的隔壁上的开口位置相对,彼此贯通形成通道,通道两旁有致密方解石次生堆积形成的从内到外盘旋的两条隆脊,叫旋脊。


图5-1 筳壳的剖视图
1.2 珊瑚类
珊瑚属腔肠动物门、珊瑚纲。珊瑚纲绝大多数具有外骨骼,以钙质为主。骨骼多位于体外成为灰质座,它是珊瑚虫生长栖息之所。根据硬体骨骼构造特点,珊瑚纲又可分为三个亚纲。四射珊瑚亚纲,它的隔壁数一般为4的倍数,仅在四个部位生长。自奥陶纪出现到二叠纪末绝灭。六射珊瑚亚纲,它的隔壁在六个部位生长,且为6的倍数。自中三叠纪出现一直到现代。横板珊瑚亚纲,全为复体,隔壁一般不发育,而横板发育。自中寒武世出现至三叠纪末绝灭。
珊瑚为底栖的海生动物,一般生活在180m深度以内的温暖浅海里,少数可生存于冷水或超过2000m的深海里。珊瑚所能忍受的盐度为27‰-48‰,但不能忍受淡水注入。珊瑚因固着生活并以小型的自游生物和悬浮生物为食,所以需要水体流动和清澈的环境;只有少数具特殊构造者能适应混浊的水体。
珊瑚在生态上分为非造礁型和造礁型。非造礁型珊瑚包括许多单体珊瑚和一些小型的块状或分枝状群体,适应性较广,分布于较大的温度和深度范围,对松软或坚硬的海底均能适应。造礁型珊瑚包括许多现代六射珊瑚和古生代的群体四射珊瑚和横板珊瑚。温度是限制造礁型珊瑚生长的重要因素,水温低于18℃不利于造礁珊瑚的生存,水温超过30℃珊瑚虫会很快死亡。造礁珊瑚需要25‰的正常盐度和清澈的海水,水深一般不超过50m。造礁珊瑚往往构成较大规模的礁体,长、宽、厚可达数十到数百米,甚至更大。礁体除珊瑚外,还包括其他生物骨骼。
保存为化石的均为珊瑚硬体部份,这些硬体部分就是珊瑚的骨骼。珊瑚的骨骼构造可分外部构造和内部构造。外部构造包括外壁、表壁和萼部。外壁是珊瑚个体的外部墙壁,有了外壁其它构造才有所依附,相继发生。表壁是外壁表面一层灰质薄膜,是珊瑚体壁下垂部分在上移中分泌的生长构造。萼部为珊瑚虫栖息生长之所。此外,在外壁或表壁上常有根状突起,作为固着之用(图5-2)。内部构造可分为纵列构造—包括隔壁;横列构造—包括横板、鳞板、泡沫板;轴部构造—包括中轴、中柱等。

图5-2 珊瑚的外部构造
1.3 腕足类
腕足类属腕足动物门。是海生底栖,单体群居,具体腔,不分节而两侧对称的无脊椎动物。体外披着两瓣大小不等的壳。壳质为钙质或几丁磷灰质。腕足类的生活方式是以肉茎附着于海底或以次生胶结物或壳刺固着于海底,营固着生活。它的生活环境是阳光充足的温暖、盐度正常的浅海。
腕足类化石在早寒武世地层中已分布很广,一直延续到现代。在地史上腕足类动物有两个鼎盛时期;奥陶纪是第一个鼎盛时期,奥陶纪晚期管洞贝目和神父目绝灭。泥盆纪是第二个鼎盛时期,泥盆纪晚期五房贝目绝灭。三叠纪末-侏罗纪初无窗贝目和石燕贝目先后绝灭。
腕足类保存为化石的主要是其硬体部份(图5-3 )。硬体是由大小不等的的两瓣壳组成,壳后端多有小孔,有时称三角孔,肉茎由此孔穿出。具肉茎的瓣壳较大,称为腹瓣,和它相对的较小的瓣壳称为背瓣。腹瓣和背瓣的接触线称为铰合线。壳面具同心状壳饰和放射状壳饰。

图5-3 腕足类的硬体构造
1.4瓣鳃类
瓣鳃类属软体动物门,是水生无脊椎动物中生活领域最广的门类之一。由赤道至两极,由潮间带到5800m深海,由咸化海至淡水湖泊均有分布。主要是营海生底栖生活。
瓣鳃类的最早代表出现于早寒武世。在地史上分化较快而相对繁盛的时期有:(1)奥陶、志留纪早期。(2)泥盆纪,淡水类型出现,海生的部分类型繁盛。(3)中生代,这一时期为取代期,海生的瓣鳃类取代腕足类的地位。(4)始新世至现代,为本类的全盛期。
瓣鳃类一般具有两个互相对称的,大小一致的瓣壳(左壳和右壳)。每瓣壳本身前后一般不对称(图5-4)。最早形成的壳尖叫做喙,包括喙在内的壳顶部最大弯曲区叫壳顶。两瓣的铰合由齿及齿窝组成,齿系分为主齿和侧齿,主齿位于喙下较粗短,与铰缘呈较大角度相交;侧齿远离喙,多呈片状,与铰缘近于平行。有的种类壳面具有同心纹饰反映生长的过程;有的种类具有放射饰或相交成网状。

图5-4 瓣鳃类的基本构造
1.5 头足类
头足纲是软体动物门最高级,发育最完善的一纲,包括鹦鹉螺和菊石等,全为海生的肉食性动物,善于在水底爬行或在水中游泳。
鹦鹉螺化石最早见于早寒武世,是一些形体小而直的类型。奥陶纪时迅速发展,趋于极盛。到志留、泥盆纪开始衰退。三叠纪末期直壳鹦鹉螺类绝迹,至今只留下一属鹦鹉螺。菊石化石最早出现于泥盆纪初期,在中生代趋于极盛。白垩纪末期由于海水中有大量较高级动物出现,而菊石即行绝迹。
鹦鹉螺化石壳体的大小差别很大,小的十几mm,一般为几十cm,最长的可达9m多,壳体最初形成的部份为胎壳(图5-5)。随着生物体的增长外壳也不断增长,最前方的房室最大,为软体居住之处,叫住室。其他各室充以气体,称气室。壳中有一条贯通胎壳到住室的灰质管道叫体管。
菊石化石的大小差别也很大,小的不到1cm,最大的直径可达2.5m。菊石的壳以旋卷形占绝大多数,而且隔壁和壳壁接触处所形成的缝合线,在菊石的分类和演化上都具有重要的意义(图5-6)



图5-5 直角石壳的构造

图5-6 菊石及其缝合线
1.6 三叶虫类
三叶虫是节肢动物门中已绝灭的一个纲,仅在古生代的海洋中生活。与珊瑚,腕足动物和头足动物等共生。它大多适于浅海底栖爬行或半游泳生活;还有一些可在远洋中游泳或漂浮,以原生动物、腔肠动物、腕足动物等的尸体、海藻及其它细小植物为食。
寒武纪早期三叶虫就已出现,属种数量很丰富,遍布世界各地,并已显示出生物分区的特性,因此古生物学家认为三叶虫的远祖早在寒武纪前就已存在,不过没有坚硬的硬壳,故难保存为化石,三叶虫在二叠纪末完全绝灭。
三叶虫的身体扁平(图5-7),背侧披以坚固的甲壳,背甲被两条背沟分为一个轴叶和两个肋叶,因而得名。自前向后又可横分为头甲、胸甲和尾甲。头甲多呈半椭圆形,中间有隆起的头鞍,其余称颊部。胸甲由若干形状相似、互相衔接并可活动的胸节组成。尾甲多呈半圆形,由若干体节组合而成,尾甲可具宽度不等的边缘,有的还具尾刺等。

图5-7 三叶虫的背甲构造
1.7 笔石类
笔石属脊索动物门半索亚门笔石纲。是已经绝灭的群体海生动物,由于压扁的笔石化石像描绘在岩石层面上象形文字,故得此名。笔石化石全世界各地均有发现。地理分布广,演化迅速,成为奥陶纪、志留纪、早泥盆世的标准化石之一,许多属种可作为世界范围的地层对比。
笔石群体的外骨骼由许多个体组成,其成份为几丁质(C15H26O10N2)。笔石体最初都由一个圆形的胎管生出,胎管出芽生出第一个胞管,许多胞管接连生长,排成一条,构成一个笔石枝(图5-8),再由一个或多个笔石枝构成一个笔石体,有时多数笔石体聚生在一个浮胞上,形成一个综合体,称为笔石簇(图5-9)。
2 古脊椎动物
脊椎动物的特征是身体左右对称,体内具脊柱,整个身体可分为头、躯干和尾三部分,躯干部具附肢(鳍或四肢)。中枢神经系统在身体的背侧,循环系统在腹侧,与无脊椎动物恰好相反。脊椎动物具内骨骼,支撑整个身体。体外常长着毛、鳞、羽、棘刺及爪、外骨板等。
古脊椎动物一般分为六个纲。自志留纪至现代,化石极多,对地层的划分对比及生物进化理论的研究均具有重要意义。各纲的地史分布见图5-10。

图5-8 单笔石的构造

图5-9 笔石簇

图5-10 脊椎动物各纲的地史分布
无颌类是原始的水生脊椎动物,没有真正的上下颌。不具硬骨和外骨骼,没有真正的脊柱,只有在脊索上部出现一些成对排列的软骨组织,有奇鳍而无偶鳍,单鼻孔。
无颌类从寒武纪晚期开始出现,泥盆纪时十分繁盛。这些古生代早中期的无颌类,因体外一般披有坚厚的骨质甲片,常统称为甲胄鱼类(图5-11)。泥盆纪后,甲胄鱼类绝灭。仅少数无颌类残延至今。

图5-11 甲胄鱼类
鱼类具有上下颌,随着上下颌的出现,偶鳍亦同时发展起来,而成为主动摄取食物者。根据身体结构、内骨骼和外骨骼等特征,鱼类又可分为:盾皮鱼类(图5-12)、软骨鱼类(5-13)和硬骨鱼类(图5-14)。盾皮鱼类是已经绝灭的原始鱼类,具有原始的上下颌,通常都有偶鳍,躯干前部和头部披有骨板组成的骨甲。它们的繁盛时代是晚志留世和泥盆纪,仅有少数延续到二叠纪。软骨鱼类的骨骼全为软骨,现代的鲨鱼属于这一类。软骨鱼类自泥盆纪开始出现,软骨质的骨骼难以保存为化石,保存为化石者一般均为其牙齿、鳍刺等。硬骨鱼类的内骨骼部分地或完全地骨化成硬骨。它们自泥盆纪开始出现,延续至今。

图5-12 盾皮鱼类的沟鳞鱼

图5-13 软骨鱼类的裂口鲨

图5-14 硬骨鱼类的吐鲁番鳕
两栖类动物是水陆两栖的动物,比起鱼类它已具有不少适应陆地生活的进步特征,但它一中有一个生活在水体中的阶段,例如青蛙必须在水中产卵,卵孵化出蝌蚪,蝌蚪用鳃呼吸,并有一条长尾,与鱼类相似。后来蝌蚪发生变化,产生肺,以后又出现成对的五趾状附肢,变成成年的青蛙,可以在陆地生活。最古老的两栖类化石为晚泥盆世的鱼石螈(图5-15),它已长出四肢,脊椎上也已经长出了允许脊柱弯曲的关节突,前肢的肩带与头骨已失去联接并能活动。


图5-15鱼石螈
爬行类比两栖类更为进步,能在陆地上进行繁殖。因为它们有羊膜卵,羊膜卵不但具备了较厚的外壳,防御损伤和减少卵内水分的蒸发,更主要的是在其胚胎发育过程中产生了羊膜,在羊膜内腔有羊水和供给胚胎的养分。因此,爬行动物摆脱了在水中繁殖的束缚而向陆地发展。爬行动物出现于晚石炭世,二叠纪增多,全盛于中生代,所以中生代又称“爬行动物的时代”。中生代末大多数绝灭,仅少数种类残留至今。爬行动物最原始的类型是无孔类,其中包括龟、鳖等,还有下孔类、调孔类、鱼龙类和双龙类。恐龙是双孔类中晰臀目和鸟臀目的俗称;晰臀目具三射式骨盘,鸟臀目具四射式骨盘。晰臀目中的兽脚类为肉食性,两足行走,其趾端具税利的爪,口中有利齿。著名的有北美的霸王龙。晰臀目中的的晰脚类为四足行走的素食性巨型恐龙,牙齿呈小匙状,颈及尾均长,可能生活在沼泽河湖周围,并在水中躲藏以避敌害,著名的有马门溪龙。鸟臀目包括多种不同类型的恐龙,其中有鸟脚类,此类恐龙两足或四足行走,嘴部一般扁平,鸭嘴龙即属此类。鸟臀目还有角龙类,此类恐龙为四足行走素食性,头骨后部扩大形成颈盾,颈盾有的分叉呈角状,有些在头部生出一个至数个角,头骨前方窄而高,属于此类的有三角龙。 另外还有甲龙类,此类恐龙体矮状笨拙,全身被骨质甲所包裹,牙齿细弱,以植物为食,属于此类的有甲龙,鸟臀目还有剑龙类,此类恐龙四足行走,背部是直立的骨板,尾部后端具骨质刺棒两对,头小脑亦很小。剑龙类是恐龙中最先灭亡的一个大类。恐龙的进化见图5-16。
鸟类是脊椎动物进化系统中从爬行动物发展出去的一个旁支,适应于飞行。因飞行的需要,在形态和生理上都发生了显著的变化,骨骼中空而轻,前肢成为飞行器官,身披羽毛,恒温。鸟类分为古鸟亚纲和今鸟亚纲。古鸟亚纲只有发现于德国的巴伐利亚佐伦霍芬侏罗纪地层中的始祖鸟为其唯一的代表。始祖鸟除去有羽毛外,其余骨骼特点均与爬行类一致,如有尾和牙,四肢仍具爪等。
哺乳类是最进步的脊椎动物,大都胎生,以母体的乳汁哺育幼体,恒温,身体大都披毛。其头骨具有大的脑腔,下颌骨仅由一块齿骨组成,牙嵌在颌骨的齿槽中。脊柱可分为:颈椎、胸椎、腰椎、荐椎和尾椎五个部分。四肢骨骼构造的细节差别很大。哺乳动物的牙齿为异型齿,即分化为门齿、犬齿、前臼齿、臼齿四种。这些牙齿又可分为齿冠和齿根,露出齿槽之外的为齿冠。不同生活习性的哺乳动物,其齿冠的形状是不同的,这就使化石的鉴定工作有了可靠的依据。原始的哺乳动物无胎盘,属于这一类的有始兽、原兽、异兽、祖兽及后兽等。现生和一些化石哺乳动物绝大部分属于真兽类。这一类的共同特点是具有胎盘,它的幼仔在母体中达到较成熟阶段才出生,很多情况下,初生的幼仔能随母兽生活。这一类动物的脑普遍较发达。哺乳动物自晚三叠纪开始出现,延续至今。其中的胎盘类各目化石对新生代陆相地层的划分与对比有着极大的作用。

图5-16 恐龙的进化
3 古植物
地球上最早出现的生命是属于植物界的,远在距今32亿年的太古代就已发现过最原始的原核生物兰藻类和细菌化石。植物是动物生存和繁殖的基础。有的植物是固着在陆地上生活的,有的植物如低等植物是在水中浮游移动的。大多数植物能从大气中及土壤里吸取简单的无机物,在阳光的作用下生成复杂的养料来供自己生存,即营自养生活; 也有的低等植物不能自己制造食物,以有机物为食,营异养生活。自元古代至新生代,植物界在划分地层上一直起着重要的作用;古植物也是划分和恢复古大陆气候地理分区的主要标志,各种植物本身亦参与了成矿作用,例如太古代沉积型铁细菌,各种藻类可形成礁灰岩、藻煤、硅藻土等 ,低等植物与石油、油页岩的生成有关。高等植物是各地史时期煤层形成的主要物质基础。
植物界根据其结构的简繁和完善程度等特征,分为低等植物和高等植物两大类。低等植物由单细胞或多细胞组成,没有分化出真正的根、茎、叶,包括细菌、藻类、真菌和地衣等。高等植物由细胞组成,大多具有司输导等作用的维管系统,它们适应陆地生活。一般都有根、茎、叶的分化。高等植物又分苔藓植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物。其中苔藓植物和蕨类植物是以孢子进行繁殖的;裸子植物和被子植物是以种子进行繁殖的;裸子植物的种子是裸露的,而被子植物的种子是被果实包裹的。
苔藓植物化石发现很少,最早发现于泥盆纪晚期,自第三纪起苔藓植物才广泛发育,成为泥炭沼泽的主要组成部份。现代苔藓植物在潮湿地区最繁盛,如在热带雨林区成为附生植物,附于其它植物的树干、枝条和叶上;在寒冷的森林土壤上形成丛密的垫状物或高山苔原带。
蕨类植物可分为:裸蕨纲、石松纲、节蕨纲和真蕨纲,裸蕨纲的植物体矮小,高均小于1m,无明显根、茎、叶之分化,无叶,茎轴裸露而得名叫裸蕨。其孢子囊大都单个顶生。裸蕨植物已具有陆生植物的基本结构,茎轴内有维束管起输导作用,有假根固着司吸收作用,茎轴表皮角质化、有气孔。可防止水分蒸发、调节气体和制造食物,这些条件使其初步摆脱完全对水的依赖,进入陆地的气生环境,并适应滨海潮湿低地,它们是植物界征服陆地的先驱者。裸蕨纲自晚志留纪始现,极盛于早、中泥盆世,但至晚泥盆世,由它衍生的新门类及其它类别的兴起,它们的结构比裸蕨纲进步,所以在自然选择中,裸蕨由于其原始性而很快地消失了。石松纲有乔木、灌木和草本。叶小,遍布茎和枝呈螺旋状或假轮状排列。化石石松植物最主要的鉴别特征是叶脱落后在茎、枝表面留下印痕。石松纲始现于早泥盆世,晚泥盆世开始繁盛,石炭纪发展到最高峰,是当时造煤的主要物质,二叠纪后开始衰退,现代仅存草本的少数属。石松植物喜阴湿,生长于湿热的海滨低地或沼泽中。在中生代普遍干旱的环境下,石松植物发展成茎干粗短,根座成粗短肉质锚状,除了具固着、吸收作用外并有贮存作用。节蕨纲植物为木本或草本,茎明显地分为节和节间,枝和叶都自节上生出,叶为轮状排列。节蕨植物最早发现于早、中泥盆世,极盛于石炭、二叠纪,当时以乔木类型为主,并为沼泽森林的主要组成部分,适应湿热环境。至中生代节蕨植物的草本类型繁盛,早白垩世便趋衰退,现代仅存一属。真蕨纲植物为多年生草本植物,具有大型的羽状复叶。在热带雨林区也有高达十数米的树蕨。真蕨植物适于阴湿的温带或热带、亚热带地区,最早发现于中泥盆世,在石炭、二叠纪,中生代直到现代各有其繁盛的类别。这是由于真蕨植物具有叶隙,保证叶子能够得到充分的营养和水分,适应环境的可塑性强,能产生形态上和功能上的多样变化而很快地发展。
裸子植物比蕨类植物进化,其进化的表现一是以种子繁殖,种子成熟后脱离母体,在合适的条件下才能发育成长;在不利的条件下,由于种子的外面有种皮保护,自身有营养物质,能较长时间保持休眠能力。其进化的另一表现是输导组织维管束有次生木质部,输水能力及支持能力增强,但无导管及筛管,不如被子植物。裸子植物最早出现于晚泥盆世,到石炭、二叠纪时,其原始类型一度繁盛,到中生代时极度发展,在当时广泛分布,种类很多,在植物界占统治地位,一般称中生代为裸子植物时代,至中生代末期,被子植物兴起,裸子植物才退居次要地位。裸子植物可分为种子蕨纲、苏铁纲、银杏纲、科达纲和松柏纲。种子蕨纲是裸子植物中最原始的一类,最早出现于晚泥盆世,石炭纪至早二叠世达于极盛,晚二叠世衰退,至晚白垩世绝灭。此类植物成为化石最常见的是叶部,它是大型的羽状复叶,与真蕨纲几乎无法区别,不同的是生殖叶上长有种子,苏铁纲多数是矮短的木本,常绿。分布于热带、亚热带地区。自中石炭世开始出现,三叠纪开始大量发育,中、晚侏罗世极为繁盛,现代衰退。苏铁纲植物的茎表面具粗糙的叶基痕迹,茎顶端丛生坚硬革质的大型的羽状复叶。科达纲为较原始的裸子植物,最早出现于晚泥盆世,晚石炭世至早二叠世最繁盛,遍及全球各植物地理区,三叠纪后绝灭。科达纲植物为细而高的乔木状,高可达20-30m,但树干直径不超过1m,近茎干上部有众多的分枝,组成较大的树冠,这种树的体态说明它生活于郁闭多荫的森林中。银杏纲自二叠纪起,至中生代到侏罗纪和早白垩世达到极盛阶段,分布遍及全球,早白垩世晚期突然衰退,第三纪晚期地理分布也缩小,到现代仅存一属一种,分布于我国及日本,为孑遗的活化石。本纲经常发现的化石主要是叶子,依据叶子的形状,分裂程度,叶柄的有无及叶脉等特征来鉴别。松柏纲在晚石炭世就已出现,全面繁盛则在中生代,并在当时形成二个分布中心—南洋杉科,罗汉松科集中在南半球;松科,杉科,柏科,紫杉科等集中于北半球;第三纪时曾分布于两极地区,经历第四纪冰期后,数量大大减少。松柏纲能够适应温带、寒带及亚热带不同纬度和不同海拔高度的平原、山区。我国是松柏植物的主要发源地之一,水杉、台湾杉和水松都是现代仅存于我国的活化石。松柏纲除少数为灌木外,绝大多数为乔木。次生木质部很发达,输水能力较强。叶小型,弱化。一般称之为针叶树。松柏纲经常发现的化石多数是带叶的小枝。
被子植物是结构最完善的种子植物,被子意思是成熟的种子不裸露,有果实包裹,如桃、梨等。被子植物的维管束结构最完善,木质部由多细胞的导管为主组成,韧皮部由多细胞的管胞或筛胞为主组成,它比裸子植物维管束管内单细胞的管胞或筛胞运输能力大大增强。被子植物最早出现在早白垩世初期,第三纪时遍布全球,由于它结构完善因而迅速取代了裸子植物而占绝对优势。经过第四冰期后,被子植物更显出其优越性,广泛适应于大陆上各种各样的环境,有的甚至又转向水域中生活,并在各种条件下发展为很多新的类型,现代被子植物在植物界占绝对统治地位。


主要参考文献:
1 地质学基础,武汉地院,1983年
2 胡家杰、马丽芬编.普通地质学实习教材,1983年
3 张家环编. 普通地质学,1986年