山崖上一层层灰白色的石头,用指甲划不动,用钥匙能划出白痕。有人说是砂岩,也有人说是浇筑剩下的水泥块。倒一点食用白醋上去,如果十秒内冒出细密的小泡,这块石头就是石灰岩,泡里的气体是二氧化碳。
滴醋十秒起泡,是最快的一条判据
石灰岩的主要矿物是方解石,含量通常超过 50%,莫氏硬度 3,与方解石单晶的数值一致。乙酸浓度 4% 到 6% 的食醋滴在新鲜面上,十秒内出现气泡,泡细小、贴着石面往上爬,擦掉后原处留下一个浅坑,泡的大小随晶体粗细变化。
反应强弱跟表面积关系很大。块状标本只出零星几个泡,敲成粉末后同样一滴会立刻翻腾;冬天温度低,反应也会慢上半拍。比较两块石头时必须敲到同样碎度,否则强弱只能说明碎度,说明不了成分上的差别。
断面上的颗粒决定它是哪一种石灰岩
把断面打湿之后,能看到的颗粒大体分三类。鲕粒是直径 0.2 到 2 毫米的同心圆状的小球,像一粒粒鱼子;生物碎屑是贝壳、珊瑚、有孔虫的残片,从 0.1 毫米到几厘米的都有;泥晶基质更细一些,在 0.004 毫米上下,构成灰蒙蒙的底色。
三类颗粒的比例决定这块岩石的名字。以鲕粒为主叫鲕粒灰岩,以生物碎屑为主叫生物碎屑灰岩,几乎全是泥晶的叫泥晶灰岩。名字不影响滴酸结果,却能提示沉积环境,鲕粒要在浅水里反复搅动才能滚出来。
白云岩的反应弱一档,刀砍纹是它的签名
白云岩的主要矿物是白云石,硬度 3.5 到 4,比方解石高半级,密度 2.85 克/立方厘米。冷醋滴上去几乎不动,要敲成粉或者稍微加热才有气泡,这一条足以把两者分开,比颜色更可靠。野外带一小瓶稀盐酸备用,差别会更明显。
风化面上的刀砍纹是白云岩的签名。白云石溶解慢且不均匀,表面留下密集的尖锐小沟,摸上去像刀砍过的木头。石灰岩风化面多是圆润的溶沟和石芽,两者的手感差别比颜色更值得信任,尤其在雨水多的地区。
泥灰岩和硅化灰岩会骗过酸试验
泥灰岩是石灰岩与泥岩的过渡,黏土含量明显偏高,酸反应后留下较多泥质残渣,断面呈粗糙的土状或粉状,颜色偏黄褐或浅灰。它的碳酸钙含量可能低到一半上下,滴酸只冒稀稀拉拉几个泡,在野外容易被判成泥岩。
硅化灰岩更麻烦。燧石结核和硅质胶结的部分不含碳酸钙,滴酸完全不冒泡,敲上去声音清脆发亮,断口呈典型的贝壳状。判断时要多看几个点,硅化常呈结核状分布,周围仍是正常灰岩,多取几个点就能还原全貌。
关键数据
以下数值用于野外交叉核对。碳酸钙含量是最关键的一项,它同时决定了滴酸的强弱和这块石头的用途,但手标本只能做定性估计,定量要靠化学分析或者薄片鉴定,野外不必强求小数,定到数量级已经够用。
- 方解石含量超过 50% 才算石灰岩,纯灰岩接近 100%。
- 莫氏硬度 3,密度 2.6–2.8 克/立方厘米,与方解石接近。
- 食醋乙酸含量 4%–6%,十秒起泡;10% 稀盐酸反应剧烈。
- 鲕粒直径 0.2–2 毫米,泥晶基质约 0.004 毫米。
- 白云石:莫氏硬度 3.5–4,密度 2.85 克/立方厘米。
- 大理岩中方解石颗粒常见 1–5 毫米,滴酸仍起泡。
边界
变质之后,整套判据都要换。石灰岩重结晶成大理岩,方解石颗粒会长到 1 到 5 毫米,肉眼能看到闪光的解理面,滴酸仍然照常冒泡,但硬度与密度都会随结晶程度上升,原来靠层理和生物碎屑做的判断会全部落空。
人工材料也会冒泡。墙面石灰浆、白灰、未完全碳化的水泥砂浆遇醋都起泡,粒度与颜色却和天然灰岩不同,泡也更大。表面长期淋滤形成的钙膜还会让反应延迟,需要刮开表层再滴,否则容易把灰岩误判成白云岩。
参考文献
- 冯增昭 主编.《沉积岩石学》. 石油工业出版社. —— 碳酸盐岩一章。
- GB/T 17412.2-1998《岩石分类和命名方案 沉积岩岩石分类和命名方案》.
- Folk R.L. Petrology of Sedimentary Rocks. Hemphill Publishing, 1974.