矿物和岩石

岩石圈中的绝大部分元素并不是作为单个原子出现的，而是结合为复杂的结晶物质，即所谓矿物。矿物是由地质作用形成的天然单质或化合物，它具有相对固定的化学成分和物理性质。矿物在一定的地质条件下相对稳定地存在着，而当外界条件变化时原有的矿物就会发生变化。

矿物的分类

矿物是由元素组成的。除人造元素外，人类已知的几十种化学元素在岩石中都已被发现。但在岩石中，不同元素的重量百分比是很不同的。根据地质学家的研究，氧、硅、铝、铁、钙、钠、镁、钾、钛和氢等十种元素占了地壳总重量的 99.96％；其中氧接近一半，硅占 1/4 强。

由几十种元素构成的矿物约有 3000 余种，最常见的矿物只五六十种，其中硅酸岩是构成岩石的主要成分。根据化学成分的不同，一般把矿物分成六类：

自然元素类，为自然产出的由原子自相结合而成的单质矿物，其种类和分布都很少。
硫化物类，除硫化氢外，此类矿物都是金属的硫化物。
氧化物及氢氧化物类，此类矿物约 200 余种，广泛分布于地表氧化环境中，其中以硅、铝、铁、锰的氧化物或氢氧化物最常见。
卤化物类，为各种轻金属阳离子与卤族元素的阴离子结合成的化合物。
含氧盐类，包括硅酸盐、碳酸盐和磷酸盐等，几乎占已知矿物的2/3，其中硅酸盐作为造岩的主要矿物占地壳总重量的 75％～80％。
有机化合物类，主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成，各种化合物常合在一起，并有固态、液态和气态等类型。

绝大部分矿物是固态无机物，液态和气体矿物以及有机矿物极少。固体矿物大部分是结晶质，少有非结晶质。

岩石的分类

岩石是由矿物或岩屑通过一定的地质作用聚合而成的集合体。关于岩石的成因，英国的伍德沃德（1665—1728）在其论文《地球自然历史试探》（1695 年）中先提出水成说，后有意大利的莫罗（1687—1764）在论文《论在山里发现的海洋生物》（1740 年）中提出的火成说。遂有 18 世纪地质学界关于岩石成因的水成说和火成说之争。德国地质学家维尔纳（1750—1817）在其论文《关于地壳结构及岩层层序》（1787 年）中提出，地球上一切岩石和矿石都是在水中沉积形成的。而英国地质学家赫顿（1726—1797）在其论文《地球理论》（1785 年）中，在不否认水的沉积成岩作用的同时，强调了火山爆发和岩浆侵入等作用和由此而形成的火成岩类的重要性。19 世纪中叶的“水”“火”之争，以水成说学派的瓦解而告终。水成和火成是两种不同的成因，而且变质岩还另有成因。大多数岩石由若干种矿物组成。按其成因，岩石可分为三类：岩浆岩（或火成岩）、沉积岩（或水成岩）和变质岩。

岩浆岩是地下的岩浆从地壳薄弱处侵入或喷出地表，由于温度降低而最后冷凝形成的岩石。岩浆岩构成了岩石圈的绝大部分，分布也非常广泛。岩浆岩的主要造岩矿物是石英、正长石、斜长石、黑云母、角闪石、辉石和橄榄石，在各种岩浆岩中它们的比例分配是不同的。分析这些矿物的化学成分可知，组成岩浆岩的主要元素是氧、硅、钼、铁、镁、钙、钾、钠八种，占总量的 98％。依含硅或硅酸的多少将岩浆岩分为酸性岩、中性岩、基性岩和超基性岩四类，少数钾、钠含量特别高的岩浆岩称为碱性岩。最主要的岩浆岩有花岗岩、流纹岩、闪长岩、安山岩、辉长岩、玄武岩和橄榄岩。

沉积岩是在地表或接近地表的环境下，由各种沉积物硬结而成的岩石。沉积物来源于地表的岩石和大气、水和生物的相互作用。沉积岩中常见的物质成分有矿物、岩屑、化学沉淀物、有机质及胶结物，此外尚有一些火山物质和宇宙物质。沉积岩具有明显的层构造特点，最主要的构造是层理，按其形态被分为水平层理、斜层理和交错层理。此外，结核、化石波痕和泥裂也是沉积岩的特征。沉积岩在陆地表面分布最广，占陆地表面积的 3/4。但从地表往下沉积岩所占比例逐渐下降，到地表下 16～20 公里处仅占 5％。

变质岩是已存在的岩石由于变质作用发生成分和结构变化而形成的新岩石。所谓变质作用，指在温度、压力和溶媒的推动下，原物质中的矿物在固相下重新结晶或分解重组而形成新物质的过程。变质岩常残留有原岩的某些

特征，其普遍的特征是有变晶结构，而其构造特点是多具片理结构。最常见的变质岩有板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、大理岩和石英岩。变质岩主要分布在大陆区域。