石头达人——小老虎

【空错按:如果非要用一个词概括小老虎,那就是“石头达人”。他喜欢石头、喜欢自然,由内而外地喜欢。无怪乎他在找工作的时候,招聘官一看他的外貌,就对他说:你看起来像个搞地质的,我们要了!小老虎最近参加了欧莱雅科学达人秀,我在这里替他做个广告,请所有对他感兴趣的人给他投上一票:点击这里。然后要求他送我们每人一块化石。哈哈!老虎最近有得忙了,趁着冬天万物凋零,赶快采集化石去吧!】

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我现在只能算是个石头匠,不过肯定比大多数人更了解石头。闲话少叙,下面我先和大家分享一下我在野外和旅途中所见到的一些奇特的地质现象,并用我所学的地质知识给这些现象一些简单的解释。带大家先来一次“石头之旅”,重新认识一下那些山那些石:

1、地质构造

1)褶皱

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图1 褶皱1(新疆阿克苏)
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图2 褶皱2(吉林白山市)
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图3 褶皱3(北京门头沟,图/炸鱼)

褶皱是一种最为明显也最易发现的构造现象。只要是学过高中地理的都大体知道它的成因,它是水平的岩层在构造挤压力的作用下发生弯曲变形而形成的。而褶皱又可分为背斜和向斜两种,其中褶皱的面向上弯曲,两侧相背倾斜,称为背斜;褶皱的面下弯曲,两侧相向倾斜,称为向斜。褶皱是无处不在的,不知道大家是否还记得高中地理课本中所见的“背斜成山,向斜成谷”那句话,其实大自然中的很多山川河谷都是由背斜而组成的,只不过因为它们的规模比较大,范围比较广,水平岩层发育不明显,所以不易被发现。在地质工作中通常对比区域上岩石地层的新老关系的变化规律来判断是否发育 。可以说没有褶皱的存在,就不会有这些名山大川,我们今天能看到这么多的秀丽山川得感恩于大自然的这种褶皱作用。

2)断层

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图4 断层1,图中红线为断层面,黄线为错断的原始层面,黑色箭头指示断层面两侧岩层错动的方向。(吉林白山市)
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图5 断层2,图中红线为断层面,红线为错断的原始层面,黑色箭头指示断层面两侧岩层错动的方向。(北京门头沟,图/炸鱼)

断层是指地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂,并沿破裂面有明显相对移动的构造。上面照片中所展示的两个断层,由于其发育在沉积岩中,通过原始层面的对比很容易发现这是断层,实际上断层还有很多种表现形式和判断依据的。在地貌上,大的断层常常形成裂谷和陡崖(图6),如著名的东非大裂谷、中国华山北坡大断崖。在北京十渡和野三坡所见的很多陡崖大都是由断层所形成。地质学上也有“逢沟必断”的说法,意思是说那些沟谷发育的地方必然存在断层。此外由于断层的存在,会使岩层发生破碎,深部的流体就可以沿着破碎的断层面渗流出来,所以只要有连续的泉水分布,则可以推断这里存在。

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图6 断层3 图中三个整齐平行的三角面就是一个断层面(北京延庆硅化木地质公园)

3)节理

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图7 节理(河北保定天生桥国家地质公园)

有没有看到图中岩石有很多纵横交错规则的裂缝,这就是节理。节理是指岩层受到构造应力的作用发生破裂,但两侧岩层没有或很少发生位移的一种构造。图中可以看到两组节理,切相互交叉,在地质学中将这种样式的节理称为X节理。由于节理的发育增加了岩石的通气、透水和蓄水能力,从而为风化创造了有利的条件,长期的风化会使岩石沿着节理面发生崩塌裂解。从而形成很多雄险奇特的地貌(如图7)。著名的景点如江西三清山的“万笏朝天”,山东的成山头,桂林的象鼻山,黄山的“一线天”都与节理有着千丝万缕的联系。

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图8 大理岩峰林(河北涞源白石山国家地质公园)

那么这些峰林是如何形成的呢?其实过程很简单,被构造抬升作用下形成的大理岩山体,由于垂向的节理较为发育,流水会沿着这些节理将大理岩(其主要化学成分为碳酸钙)所溶蚀,再加上由于昼夜气温变化而导致岩石热胀冷缩以及重力作用,使得岩体沿着那些节理面发生崩塌,长此以往原先完整的一个岩体就如被刀切斧劈一般被改造成为各种形态的峰林。虽然说这种地貌是由风化作用形成的,但却与节理有着千丝万缕的联系。没有节理,就不会有这些峰林。

2、矿物岩石

山不论多高,不论多老,不论是否出名,不论身在何方,都是由各种岩石所组成,各种岩石又由不同的矿物所组成。矿物的性质决定了岩石的性质,岩石的性质又决定了山的类型。在旅途中我们常常会看到形形色色的矿物和岩石,很多都不起眼,但也有一些可以拿来收藏和观赏的,有的甚至可以用来加工成宝石。如果你走近一点,仔细观察一下这些岩石时,你可能会发现一些奇特的现象。

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图9 发育在玄武岩中的玛瑙(新疆阿克苏)

这是我在新疆阿克苏出野外时再玄武岩中所发现的一块玛瑙,不算是很好,不过太硬了,也没敲下来。玛瑙是石英类矿物的一种,经常是混有蛋白石和隐晶质石英的纹层状的块体。地下岩浆由于地壳的变动而大量喷出,熔岩冷却时,蒸气和其他气体形成气泡。气泡在岩石结晶时被封起来而形成许多洞孔。很久以后,洞孔浸入含有二氧化硅的溶液凝结成硅胶。通常是由二氧化硅的胶体沿岩石的空洞或空隙的周壁向中心逐渐充填,所以具有同心纹层。由于不同时期二氧化硅胶体成分的差异可形成不同颜色的纹层,玛瑙也其色彩丰富、美丽多姿而被当做宝石或作工艺制品。

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图10 水晶(北京香山,图/小黑熊)

这是好友空错在北京香山的玄武岩中所采的水晶,不是很完美,但是自己采的也算不错了。水晶是一种透明的石英结晶形成的矿物。它的主要化学成份为二氧化硅,水晶可以有多种颜色,水晶因含有别的离子可呈不同的颜色。含有铁离子或钛离子的呈紫色,为紫水晶。 因含钛或锰离子呈浅红色的石英称蔷薇石英。 因含流态气体的呈烟黄至深褐色的水晶称烟水晶。水晶多出现在玄武岩洞穴中与沸石、石髓等共生。有时也见于花岗伟晶岩的晶洞之中。所以要想采水晶的话可以到一些火山岩发育的地方,在火山岩洞穴中找一找,或许会有意外的发现。

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图11 泥岩中发育的硅质结核(大球粒)和褐铁矿结核(小球粒)(北京密云十三陵)

这是我跟空错等好友在十三陵地区采化石时所见到。这是一种在泥岩中常可以看到的一种现象,图中大的球粒是硅质结核,其成分为二氧化硅,小的球粒为褐铁矿的结核。是在泥岩形成过程中,含有二氧化硅和铁质的流体灌入到泥岩中沉淀而形成。

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图12 竹叶状灰岩(北京西山)

有没有看到图中扁平状像竹叶一样的碎屑,这就是竹叶状灰岩,它的主要矿物为方解石(CaCO3),它是在正常的浅水海洋中形成的薄层石灰岩,在其刚形成后不久,处于半固结状态,被强烈的水动力破碎,搬运和磨蚀,并在搬运不太远的地方,在水动力条件相对较弱的环境下堆积下来,再经成岩作用形成。相当于将薄状敲碎了后再用水泥把他们给粘结了。是不是很奇特啊,下次去西山玩的时候注意一下啊,说不定你就会发现这种岩石。

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图13 叠层石(新疆阿克苏)

有没有看到图中像一个个像碗一样叠至在一块的岩石,这就是叠层石。它的主要矿物成分为方解石,属于灰岩的一种。其实它是一种化石,是藻类的化石,由于蓝藻等低等微生物的生命活动所引起的周期性矿物沉淀、沉积物的捕获和胶结作用,从而形成了叠层状的生物沉积构造。地质学家一般将其作为潮间带的判断标志,简单点说,看到叠层石就可以判断这里曾经是潮汐作用的地方。在北京的西山就发育有叠层石,以后出去的时候留意一下啊,它可不是普通的石头啊。

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图14 石窟(吉林白山)

这是我们在吉林出野外时一位奇石爱好者收藏的奇石。我给他起名叫石窟。如果不是后面的墙做背景的话,猛的一看真的像是一座高大雄伟的石窟。其实这只是一块普通的白云岩(主要矿物成分为白云石,化学成分为碳酸钙镁)而已,那些凸出来的部分是一些硅质物质(主要矿物成分为非晶质石英,化学成分为二氧化硅),之所以会凸出来是它的抗风化能力比白云岩强。而那些垂直的纹路正好将白云岩分割成好多个隔间,恰似一个个石窟。把这么一块石头摆在自家客厅里肯定很有味道的。在野外旅行的时候,只要你稍微留意一下脚小的石头,都会发现很多具有观赏潜力的石头,废点功夫带回来稍稍加工就成为一块观赏石,这可真是捡了一块宝贝啊。

3
、沉积构造

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图15 波痕(北京丰台)

看到这张照片,你一定会问这是什么东西?它是怎么形成的?千万别把它当做房瓦啊,其实这是沉积岩中常见的一种构造想象,叫波痕,顾名思义就是波浪冲刷形成的痕迹。当你在湖边或者海边散步的时候就会发现这种类似的现象。由于水体的水动力条件的差异,可以形成不同类型的波痕,现在通过波痕的样式就可以反推出当时的沉积环境是怎样的。

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图16 泥裂(吉林省白山市)

是否还记得今年初春的时候云贵地区曾发生大面积的干旱,还记得温家宝总理视察时所踩的那片龟裂的土地,在干旱炎热的夏季,在干涸的泥潭中,你也会发现类似的构造,对了,这就是泥裂。它是泥质沉积物或灰泥沉积物,暴露干涸、收缩而产生的裂隙,在层面上呈多边形或网状龟裂纹。这些裂纹后期又被别的沉积物所充填覆盖。现在如果我告诉你这块石头形成于6-7亿年前的话,你是不是可以大胆的做一个推断,那个时候气候也异常的炎热干旱呢?

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图17 交错层理(北京延庆硅化木国家地质公园)

仔细观察图17,你可以发现下部的岩层面是倾斜的,而上面的岩层面却是水平的,这就是交错层理。这是流水或者风对沉积物表面进行改造形成的。交错层理的类型是多种多样的,通过交错层理的类型可以判断流体的方向以及流体的强度和类型。所以以后在山中旅行时注意一下周围的岩石是否有层理,层理是否保持水平。

4
、化石

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图18 角石化石(吉林白山)

看到照片中那个像号角一样的东西吗?不用怀疑这就是化石,要是你手头有一本化石图册的话,很快你就会知道这是一种角石化石。角石”是远古时期生活在海洋中的动物,属软体动物门中的头足纲,现在海洋中的乌贼、章鱼及鹦鹉螺等都属于头足纲。它是一种长圆锥状的动物,头部有环状分布的触手(触足)用以捕食和游泳,因而被古生物学家称为头足类动物;角石的外套膜分泌有钙质或角质外壳,死亡后沉淀到海底,肉质部分腐烂,而剩下的硬体部分就变成化石。

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图19 硅化木(北京延庆硅化木国家地质公园)

硅化木大家可能并不陌生,硅化木是真正的木化石,它是几百万年或更早以前的树木被迅速埋葬地下后,被地下水中的SiO2(二氧化硅)交代而成的树木化石。它保留了树木的木质结构和纹理。

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图19 蕨类(北京门头沟)

这块化石是我和空错、炸鱼等人在门头沟九龙山附近区域的侏罗系地层中所采到的。看上去就像是一个树枝在上面所压的痕迹。其实这个树枝就是蕨类,和我们现今所看到的蕨类是属于一个大类的。这是我们所采植物化石里面相对比较完整的,以前所采的大多是一些植物碎片或者一片小叶子。引用一位叫杜泵好友的关于采到植物化石后发出的感慨“她(指化石)穿越了1亿3千多万年的时光,又一次看到不变的太阳和曾今熟悉的陌生世界。这个陌生的世界比起她当年变得干燥而寒冷,可怕的恐龙不见了,河流变成了石滩,植物也是陌生的,艳丽的花朵让她啧啧称奇,她只依稀认识松柏兄弟……而这片叶子本身,也变成了化石收藏品。这个普通的化石也应该值得收藏,因为她记忆了1亿3千多万年前滋润心灵的绿色。”

怎么样,做地质很有意思吧?

一位好友曾说:自然之大,无所不容;自然之奇,鬼斧神工;自然之美,瑰丽壮观。我的地质知识也还有限,也不能将所有我见过的想象一一罗列出来与大家分享。我只是想通过这样一个形式让大家了解一些地质知识,平时多留意一下身边的石头,那么你一定会多有收获。

其实,地质学比较冷门,很多人不了解它。一提地质,大部分人想到的还是李四光,还是找矿勘探。究竟什么是地质学?其实说白了就是研究石头的,通过研究石头来破解和探索各种地学奥秘。所以我说,我是石头达人。

搞地质很辛苦,不过地质人都善于苦中作乐。用我们老师的话讲:别人花钱爬山,我们爬山赚钱;别人挤时间旅游,我们是边工作边旅游。

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地质学博大精深,又复杂多变。即便是经验丰富的地质学家,也不能解释所有的地质现象和问题,给他一块岩石不见得一下子就能准确定名。

说到这儿我讲个真实的笑话:我的一位老师曾和某院士一起出野外。有一次他开玩笑,故意将一块压缩饼干给那位院士鉴定,看是什么岩石。那位院士接过去,犹豫了半天说没见过这样的石头,又看了看说可能是某种砂岩吧。我们老师觉得这个玩笑开大了,最后也没敢告诉那位院士那其实只不过是一块压缩饼干罢了。

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你也看看,这是不是像块岩石?好吧,板砖?

不过,这也是地质人的一个境界吧。现在的我,就正努力成为这样的“石痴”。像古人说的,读万卷书,行万里路。游走于山水之间,你可能更在意秀丽的景观,我则更留意身边的那些石头那些山,这些奇峰怪石,这些地质地貌,都是怎么形成的?我会用自己的地质学知识去思考,去审视我们看到的美景,去给那些奇特的现象一个合理的解释。这是一个了解认识大自然的过程,也是一个从大自然获取知识的过程,是一个人与大自然互动的过程。只有认识她,才会热爱她。

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12 thoughts on “石头达人——小老虎

  1. 好文!文尾老师最后没敢告诉院士所谓石头是一块压缩饼干是因为对“石痴”的敬意。

  2. 见到小老虎真人之后再回顾这张照片,太可乐了!
    当初只看到这照片以为是个大叔呢,原来本人是如此年少才俊风流潇洒,哈哈

        1. 非常同意楼上的话。。即便打算也可保持童真。。楼上和马二正是这方面的典范。。啊哈哈哈。。

    1. 风流二字可不能吊在咱们老虎脖子上。。老虎可是大实诚人。。

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