二、充实学生的地质基础知识

开展乡土地质活动，如果仅仅依靠高中地理课本中那些知识是远远不够的。还必须通过多次讲座以丰富学生的地质知识。这种讲座的内容不是高中地理内容的重复，而是在学习高中地理基础上进一步地充实和提高。特别是要把重点放在矿产的形成和分布规律以及识别常见的岩石和矿物的技能上。譬如下面一些知识是地质小组的学生所必须掌握的。

（一）矿产的形成及其在地壳中分布的规律

地壳中含有 100 种以上的元素，但这些元素在地壳中是非常分散的。要使这些分散的元素形成我们所需要的矿产，就必须有一种作用使它们集中起来，这种移动集中的作用，就叫做成矿作用，矿床的形成一般都是成矿作用的结果。这种成矿作用有的是在地内进行的，有的是在地表形成的。不同的成矿作用，也就形成不同的矿床。一般说来，可以分为内生矿床、外生矿床和变质矿床三大类。

内生矿床

即是由岩浆活动而形成的矿床。上地幔顶部，由地壳紧压着的是温度极高成熔融状态的物质，也就是岩浆。它几乎包含全部的化学元素，是生成所有矿床的源泉。当地壳的压力改变，或发生裂缝时，岩浆便侵入地壳或沿裂缝一直喷出地面，形成各种侵入岩和喷出岩。

岩浆的成分是非常复杂的，里面含有各种矿物的溶液。当岩浆在侵入或喷出的过程中，各种矿物便结晶出来。但由于各种矿物的熔点、（固体变为液体时的温度）、比重、溶解度和化学性质不同，因此，在岩浆冷凝过程中，各种矿物的结晶就有先有后，熔点高的先结晶，熔点低的后结晶；比重小的上浮，比重大的下沉，各就各位，相对富集，于是就形成矿床。这种在岩浆岩形成的同时所形成的矿床，就叫做内生矿床。在这个阶段所形成的矿产主要有铬、镍、钛和白金等。

随着岩浆的分化，温度逐渐降低，岩浆中含有的气体便分离出来，这时气体具有很大的压力，因此活动性很强，容易侵入到岩石的裂缝中去，冷却凝结形成矿床。在冷凝过程中，矿物结晶一般粗大，因此形成的矿床就叫做伟晶岩矿床。它是长石和云母的来源。

当岩浆侵入岩层时，自然要和它周围的岩石发生接触，因而就影响

周围的岩石矿物发生变化，从而可能在接触带形成矿床。这种由接触作用而形成的矿床，就叫做接触矿床。这一类矿床主要有铁、铜、铅、锌等。

当伟晶岩矿床形成后，岩浆温度继续降低，挥发物质逐渐减少，水蒸汽变成了热水，很多金属硫化物含在这热水之中，形成热水溶液。这种热水溶液再沿裂缝上升，随着温度降低，先后沉积或充填在裂缝中形成各种矿床。这种由热液作用形成的矿床，就叫做热液矿床。如钨、锡、钼、铋等。

外生矿床

即直接在地球表面形成的矿床。因为地面的岩石经受常年累月的风吹、雨打、太阳晒以及生物作用等影响，产生崩裂破坏和分解等现象。这些风化作用的产物经过流水的冲积，那些可以被水溶解的矿物，就被流水带走，带到适当的地点如湖泊、浅海地带，经过各种作用沉积下来形成矿床，这就叫做沉积矿床。像铁矿、锰矿、石膏、石盐等矿就是这样形成的。沉积矿床的范围一般较大，并且呈有规律的层状。至于那些不易为水溶解的矿物，则残留在原来的地方，经过富集等作用形成残留矿床。

此外，还有一种矿床也是由沉积作用形成的，只不过是它们的来源和生成过程与一般的沉积矿床不同，如煤和石油等。煤是古生代生长在沿海、沼泽和盆地的高大的树木，经地质作用，被压在岩石下浸着水，隔绝了空气，再经过细菌作用慢慢形成的。石油则是生长在浅海或三角洲的某些动植物的遗体沉积水底，后来受着地层压力和热力的影响，经过腐烂和蒸馏作用形成的。

变质矿床

当地壳发生运动的时候，能产生极大的压力和热力，这时不论是由内力作用所形成的岩石和矿床，还是由外力作用所形成的岩石和矿床，在这种高温、高压的情况下，都可能发生变化，使矿物和岩石的分子重新组合、重新结晶，既改变了矿床的形状，又改变了矿物的成分，从而形成一系列的新矿床。这种经变质作用形成的矿床，就叫做变质矿床。如煤变成石墨，云母变成蛭石等。

我们掌握了矿产在地壳中分布的规律，就可以本着这个规律去找矿了。

规律去找矿了。

（二）关于地球的历史

为了帮助地质小组的同学更好地研究本地地层和有利于他们寻找矿产，在高中地理知识的基础上，再从地史角度，讲一讲矿产分布的规律也是很有必要的。

在各个地质时代里，都有地层沉积，在每一纪地层里，都含有一定的动植物化石和一定的矿产，因此，根据化石就可推知该地层是在哪一纪形成的，从而可以判断出某一地层可能出现的矿产是哪些。

1.太古代

是地壳初成时代。那时，岩浆活动剧烈，岩浆岩分布很广，这一时期还没有生物出现，所以地层中不含化石。泰山纪地层以变质岩为主，在石英脉中，可能含有金矿。五台纪地层以水成变质岩为主，含变质铁

矿层，即鞍山式铁矿及云南东川铜矿等。2.元古代

震旦纪地层主要为石灰岩、页岩、石英岩组成，也有局部的岩浆岩侵入。石灰岩中含有同心圆状或一团一团的圆藻化石。这时期的矿产以沉积而成的水成铁矿为主，即宣龙式铁矿。这种铁矿华北很多。

此外，黑色页岩内含有磷，上中部页岩内含有锰，石灰岩内也有锰的存在。

古生代

寒武纪：这一时期的地层主要由石灰岩、页岩组成。这时期是三叶虫的极盛时代，因此地层中含有三叶虫化石（图 34）。地层底部有磷矿层，是当时由古陆冲下来沉积而成的。此外，还有锰矿层。

图 34 三叶虫化石

奥陶纪：这时期的生物以笔石（图 35）为主。笔石是腔肠动物的一种，当时在浅海中分布很广，现在已经绝迹。这时期的地层以石灰岩、页岩为主。石灰岩地层中含有石膏矿。此外，尚有锰矿层。

图 35 笔石

志留纪：这时期生物仍以笔石为主，但开始出现鱼类。这时期地层以砂岩、页岩为主，地层中含有磷矿。
泥盆纪：是鱼类的全盛时代，而石燕（图 36）也占重要地位。中药店里卖的石燕就是这一类化石。地层以砂岩、页岩、石灰岩为主。这时期地层中含有赤铁矿和锰矿。

图 36 石燕

石炭纪—二叠纪：这个时代植物繁盛达到了极点。许多地方都生长着浓密的森林，高达数十米。这些森林后来经过变迁，形成现在的煤田。这一时期的地层分布很广，主要为砂岩和页岩，个别地方有岩浆岩侵入。石炭纪地层中有煤矿、铝土矿、赤铁矿和黄铁矿。二叠纪地层中有煤矿。煤系地层有碳酸铁矿层，也有油页岩、黄铁矿、锰矿和磷矿。

中生代

三叠纪：这时期是恐龙的世界。恐龙是一种爬行动物（图 37）。不论是陆上还是水中都有。它们的体格很大，著名的禄丰龙就是其中的一种。这一时期的地层分布很广，以砂岩、页岩、石灰岩为主。地层中有白云石和碳酸锶，也有石膏、盐、石油和薄煤层。

图 37 恐龙

侏罗纪：这一时期鸟类开始出现，但这种鸟和现在的鸟类不同，它有牙齿和大尾巴，这就是始祖鸟（图 38）。这时期森林分布很广。地层以页岩、砂岩为主。地层中有煤、碳酸铁和高岭土。

图 38 始祖鸟

白垩纪：这时期的地层分布不广。地层有砾岩、砂岩、页岩和规模较大的岩浆岩。地层中有赤铁矿、石膏、盐和芒硝，也有石油和天

然气。

新生代

这一时代是哺乳动物的时代。地球上出现了各种兽类，人类也生成了。最早的人类像著名的“中国猿人”就是在第四纪初生成的。这一时代的地层分布很广，并有剧烈的造山运动和岩浆活动。在第三纪地层中含有石油、石膏、食盐和磷。第四纪地层一般为松散物和泥沙，含泥炭、砂金、砂锡、砂铁。在部分地层中还有铝土矿和锑矿。

由上可知，地球的历史是很长的，而人类的历史是很短的。如果我们把地球的历史当作 24 小时来计算，那么古生代以前，即占到 20 小时，

古生代约占 2.5 小时，中生代约占 1.2 小时，新生代只占 0.5 小时。从人类出现到现在不过半分钟，而人类在地球上有历史记载的全部活动，则不过是一天中最后一秒钟的几分之一而已。

以上这些地质基础知识可以通过讲座的形式讲给地质组的成员听。当然这一点是很不够的，还必须多多介绍一些有关的书籍，让学生自己去阅读。

（三）认识三大类岩石

地质组成员在野外活动时，首先接触到的就是各种不同的石头，而石头与矿产分布的关系是很密切的，因此，让组员们熟悉几种常见的石头就是十分必要的了。

石头的种类很多，但根据它们生成的原因可以把它们分为三大类： 1.岩浆岩

最常见的岩浆岩是花岗岩。有些人叫它为“麻石”。它是组成地壳的最主要的岩石。一般花岗岩的颜色较浅，表面很粗糙。它是由各种不同颜色的矿物构成的。其中有一种灰白色或肉红色的，那是长石，花岗岩含长石最多，所以花岗岩的颜色主要就是由长石的颜色来决定的。花岗岩中那黑色的（也有银白色的）是云母，有光泽，非常软，用小刀可以很容易地把它分成一片一片的。那无色透明的、光泽像玻璃、切口上好像涂有一层油脂似的，就是石英，它很硬，即使用钢刀也不能在它上面刻出条痕来。石英、长石和云母彼此之间结合得很紧密，因此，花岗岩又硬又牢固，所以它是修建桥梁、道路、堤岸和纪念碑的重要石料。像北京天安门广场人民英雄纪念碑、厦门鼓浪屿海边郑成功雕像就是用它做成的。

花岗岩与钼、钨、砷、金、银等矿床有密切的关系。花岗岩风化后，长石经水解而成高岭土，如果是白色粉末状的，就是旧时俗称的“观音粉”。

其次是流纹岩，其颜色比花岗岩稍深一些，成分和花岗岩差不多。但与花岗岩生成的环境不一样。花岗岩是岩浆在地下冷凝而成，而流纹岩则是岩浆喷出地表形成的。所以它的矿物颗粒较细，肉眼很难看到石英和长石的结晶，有时需借助放大镜方可看到矿物的结晶颗粒。在大块的流纹岩上仔细观察时，可以看到像流水一样的痕迹，这是它独有的特点。像南京的鸡鸣寺就是建筑在流纹岩构成的山体之上的。流纹岩和明矾矿的关系很密切。

另一种常见的喷出岩就是玄武岩。大多呈黑色或深灰色，它有一个很大的特点，就是有许多小孔。这是因为岩浆岩喷出地表后，里面包含

的气体跑出来，留下了许多空隙。正由于它是喷出岩，故组成玄武岩的矿物颗粒很细。这种岩石与铜矿、银矿的关系密切。

沉积岩

最常见的沉积岩是砂岩、页岩、石灰岩。砂岩大多是由许多细的沙粒组成的。沙粒有各种颜色，因此砂岩的颜色也很多，有白色的、黄色的、红色的、灰色的。它可以磨刀、铺路、做磨盘。它和石油、磷矿的关系密切。

页岩是由许多细颗粒物质组成的。它最大的特点是有明显的层次，好像书页、所以叫页岩。颜色也是多种多样，有紫色的、黄色的、灰色的或黑色的。它很软，与煤矿的关系很密切。

石灰岩是最常见的一种沉积岩。我们平时烧石灰就用它做原料。它的颜色很多，通常有白色的、灰色的和灰黑色的。它的成分主要是碳酸钙，因此识别石灰岩很容易，只要在上面滴一滴盐酸或醋，就会嘶嘶地响起来，并放出二氧化碳气体。

变质岩

岩浆岩和沉积岩在高温、高压下起了强烈的变化，就好像一块泥放在火里一烧就成了砖一样，这种现象就叫做变质。这种因变质作用而形成的岩石就叫变质岩。

常见的变质岩有片岩、石英岩和大理岩。大理岩主要是由石灰岩变质而成的，所以它的化学成分与石灰岩没有什么区别。如果滴上稀盐酸或浓醋酸，马上就会嘶嘶地冒出小泡来。但是它的外部形态看起来和石灰岩不一样，白色的大理岩冒看像杂货店里卖的石碱。在新的劈开面上，还可以看出细小的结晶体，并闪闪发光。大理岩的颜色多种多样，有白色、浅蓝色、浅红色、淡黄色、浅灰色等，琢磨以后，非常漂亮，所以常用来做各种家具和建筑物的装饰品及建筑石料。如北京北海大桥的栏杆，天安门前的石柱、石桥，颐和园的石舫等等，故宫里那些雕刻着龙凤的“汉白玉”实际上也是大理岩，而并非真玉。大理岩没有花岗岩坚硬，故而便于雕刻。

石英岩是由砂岩变质而来的。因此它的成分和砂岩一样主要是二氧化硅。也正因为如此，石英岩往往成为制造玻璃和耐火砖的原料。石英岩很坚硬，用普通的小刀是刻划不动的，故而它也是很好的建筑材料。红色的石英岩常含有铁质，故而是我们寻找铁矿的线索。

片岩是由泥质岩、页岩和一部分岩浆岩变质而成的。它的最大特点是层次很有规则而且可以看到各种矿物的微小结晶体。有一种含有很多云母的片岩，叫做云母片岩。

（四）用简易的方法来鉴别矿物

学会鉴别矿物是地质组成员必须具备的基本技能。鉴别矿物的方法很多，有简单的，有复杂的；有物理的，也有化学的。这里所介绍的，是不需要专门的知识和精密的仪器设备，而主要凭自己的眼睛，根据矿物外表的特征和物理性质来识别，所以是一种简易的方法。这是一般中学生都能做到的。那么，怎样用简易的方法来鉴别矿物呢？

1.观察矿物的外部形态

所谓外部形态，即是指矿物的结晶形状。每一种矿物在环境适宜的条件下，往往表现出一种几何形状，例如水晶的晶形总是呈六边形柱状，

而且顶端呈锥形（图 39）。黄铁矿的结晶是呈五角十二面体（由 12 个同样的不等边五边形面围成的形体）和立方体（由 6 个同样的正方形面围成的形体）的样子（图 40）。

图 39 水晶晶形

图 40 黄铁矿晶形

但是在很多情况下，矿物由于受生成时的环境的影响，不能发育成完好的结晶体，而呈现出各种特殊的形态，如毛发状、辐射状、葡萄状、乳房状、柱状、针状、树枝状、肾状、鱼子状等。但是矿物的结晶颗粒一般是不大的，因此往往必须用放大镜来观察。观察时，首先要将矿物标本洗净，然后用左手把矿物拿到光亮的地方，让光线能充分地照射到矿物上，右手拿着放大镜，并用小指头顶住矿物标本使放大镜和矿物标本保持固定的距离（图 41），然后使眼睛靠近放大镜仔细观察。矿物的外部形态特征可以帮助我们识别矿物。

图 41 用放大镜观察矿物标本2.观察矿物的颜色

不同的矿物都有不同的颜色、如金子是金黄色，方铅矿是铅灰色，铁矿是棕黑色或棕色，锰矿是黑色，孔雀石是绿色，方解石是白色等。但是许多矿物的颜色是不固定的。同一矿物往往含有多种颜色，如石英本为无色，含铁就呈红色、含锰就是紫色、含碳就呈烟灰色；萤石有紫色、黄色、绿色和白色的等等，这是因为含有不同杂质的缘故。所以同一种矿物可以有各种不同的颜色，这在观察时必须注意。此外，还要注意的是，有些矿物暴露在地表，致使表面的颜色发生了变化，因此在观察前，先把表面刮一刮，或敲一块新的断面来观察。

比较矿物的软硬程度

各种矿物都有一定的硬度，不同矿物的软硬程度是不同的。譬如石英比方解石的硬度大，两者相摩擦时，受损的是方解石而不是石英。由于软硬程度是经过比较得来的，因此矿物学上就选择了 10 种矿物作为 10 级硬度的标准（表 13）来与其它矿物作比较。