公路切开的边坡上,一层一层剥落的岩石看上去都像页岩。用手一掰,有的碎成不规则的块,有的能揭下平整的薄板,有的表面闪着细密的银光。这三种外观对应三种成因,中间隔着数亿年的埋藏和数千米的深度。
能不能劈成一张均匀薄板,是第一刀
页岩沿着层理裂开,裂面凹凸不平,单层厚度从几毫米到几十厘米不等,一掰就碎成带棱角的块,断口上能摸到细砂和云母屑。板岩能劈出厚度 2 到 10 毫米的平整板片,刀口整齐,可以连续揭好几层,边角立起来不塌。
片岩不按薄板走。它的片理间距通常在 3 到 10 毫米,裂面起伏成波浪,用手摸得到一片片凸起的矿物。同一块标本上常能看到小褶皱,薄板在这里会碎成瓦片状,无法揭出板岩那样的规则板材,只能敲成带棱角的碎块。
断面光泽分两档:土状哑光对丝绢反光
页岩的断面是土状的,反光很弱,几乎没有亮点,颜色多为灰、灰绿、灰黑三种,摸上去有细粉感。板岩的板理面也是哑光,但比页岩平整,敲击时声音清脆,像敲瓦片一样;页岩敲起来是闷响,含砂较多时声音会略脆一些。
片岩的片理面有明显丝绢光泽,转动标本时反光成片移动。原因是云母片平行排列,片径达到 1 到 5 毫米,肉眼能看出一片片鳞片。光泽的强弱取决于云母含量,石英较多的段落会明显暗下去,片与片之间的接缝处最亮。
肉眼能不能分开矿物颗粒,是最硬的一条
页岩的黏土矿物粒径小于 0.004 毫米,肉眼和高倍放大镜下都是一片均匀的浅灰色。板岩里新生的绢云母、绿泥石也在 0.1 毫米以下,只能看到整体浮起的一层丝绢光,看不到单个晶体,颗粒全部隐在基质里,完全看不出边界。
片岩的矿物颗粒在 1 毫米以上,云母、绿泥石、石榴石、十字石都能逐颗点出来。石榴石常呈 2 到 10 毫米的暗红色十二面体,凸出在片理面上,是片岩最直观的指示矿物。这一条不依赖经验,只依赖眼睛和一支十倍放大镜。
千枚岩是夹在板岩与片岩之间的第四种
千枚岩的片理面丝绢光泽很强,手摸有明显的滑感,但矿物颗粒仍然细到无法分辨,肉眼分不出个体。它的典型特征是片理面呈微弱的皱纹状,皱纹波长几毫米到几厘米,来自早期变形留下的继承构造,新手常常把它当成片岩。
三者构成一个连续序列,界线由人来划。页岩变质成板岩,板岩继续变质成千枚岩,再到片岩,温度与定向压力逐步升高。同一套地层里向背斜核部走几百米,常能看到页岩渐变为板岩,颜色也由灰黑逐渐转为灰绿。
关键数据
以下几个数值可以作为野外比对的固定锚点。密度要用排水法测定,变质程度则要看矿物组合,单看颜色和光泽容易出错。区间对应新鲜标本,风化面一律不适用,测之前先敲开,取内部未受雨水淋滤的部分来测。
- 页岩:黏土矿物常超过 50%,粒径小于 0.004 毫米,密度 2.2–2.7 克/立方厘米。
- 板岩:单板厚度 2–10 毫米,密度 2.7–2.8 克/立方厘米,敲击声清脆。
- 片岩:片状矿物超过 50%,片理间距 3–10 毫米,密度 2.6–2.9 克/立方厘米。
- 千枚岩:绢云母鳞片小于 0.1 毫米,片理面呈皱纹状。
- 板理面与原始层理面可以斜交,交角常达 30 度以上。
- 变质序列:页岩、板岩、千枚岩、片岩。
边界
风化会让整套判据失灵。页岩风化后碎成土块,层理完全看不见;板岩风化后颜色变浅、硬度下降,敲击声由清脆转为闷响;片岩表面的云母水化后变成土状,丝绢光泽消失,看上去接近泥岩,必须切开看内部的颜色。
还有几种岩石长得像。粉砂岩有薄层理,但颗粒在 0.06 毫米上下,摸起来有砂感;片麻岩的暗色矿物与长英质分成条带,带宽常超过一厘米;断层带里的糜棱岩也被压成薄片,却仍然保留碎斑结构,产状和上下岩层能帮助排除。
参考文献
- 路凤香、桑隆康 主编.《岩石学》. 地质出版社, 2002.
- GB/T 17412.3-1998《岩石分类和命名方案 变质岩岩石分类和命名方案》.
- 冯增昭 主编.《沉积岩石学》. 石油工业出版社.