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地質學
第一章 概論
第十二章 河流與河流的地質作用
第十三章 地下水
第十四章 風的地質作用
第十五章 冰川與冰川的地質作用
第十六章 湖泊和沼澤的地質作用
第十七章 海洋
第十八章 海水的地質作用 - 海水的剝蝕和搬運作用
第十九章 板塊構造學說
第十一章 地質圖與地質圖的判讀
第十章 地層與地質時間
第二章 我們居住的地球
第三章 礦物
第四章 岩石概論
第五章 火山與火山作用
第六章 風化和土壤
第七章 地質作用、地殼變動與構造運動
第八章 化石與古生物學
第九章 地殼與生物進化的歷程概述
第二十章 環境地質學
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3-9 造岩礦物(Rock-forming Minerals)
構成岩石的主要礦物名為造岩礦物,其百分之九十以上為矽酸鹽類。矽氧四面醴(Silicon-Oxygen Tetrahedron)是矽酸鹽類礦物中的基本單位,這是一個複式的陰離子或化學上所稱的一個根(Radical),由離子半徑為0.42A的矽離子被半徑較大(1.40A)的四個氧離子包圍而成。四個氧離子共帶八價負電,一個矽離子帶有四價正電,所以一個矽氧四面體帶有四價負電,以(SiO4)-4表示之,見圖3-23。最常見的造岩矽酸鹽類礦物可以分為下列兩類:
 
 
                                                                  
 
鐵鎂礦物(Ferromagnesian Minerals):
 
這類礦物可以由下列四種主要矽酸鹽類為代表,即:橄欖石(Olivine)、輝石(Pyroxene)、角閃石(Amphibole)、及黑雲母(Biotite)。其矽氧四面體多半和鐵
及鎂兩種陽離子相結合,這兩個離子的大小略相等。這類礦物顏色比較深暗,比重也較大。
 
非鐵鎂礦物(Non-ferromagnesian Minerals) :
 
這類礦物包括長石類(Feldspars)、石英(Quartz)、及白雲母(Muscovite),不含鐵和鎂的離子,其主要的陽離子是鉀、鈉、鈣、鋁等,所以顏色淺淡,比重也比較輕。 
 
矽酸鹽礦物的構造分類
 
由上面的敘述和討論,我們可以知道造岩礦物主要由矽酸鹽類組成,而矽氧四面體是構成矽酸鹽的基本單位。矽酸鹽類的構造以離子鍵為主,是根據矽氧四面體的不同排列結合方式而定。有的矽氧四面體所成的複離子單獨和其他金屬離子結合成一種矽酸鹽礦物,有的是二個或二個以上的矽氧四面體以共有氧的方式先結合成一個大的復離子,再和其他的金屬離子結合成不同的矽酸鹽礦物。根據矽氧四面體的結合型式和數目,可以分為鍊狀、片狀、或立體架狀等礦物構造,如此就可以造成很多不同種類的矽酸鹽礦物。所以矽酸鹽類礦物的分類要看矽氧四面體中的矽離子如何共有氧離子,這樣在礦物構造中就有不同矽和氧的比例,由此再來決定各矽酸鹽類的構造和成分,這就叫做聚合作用 (Polymerization),就是矽氧四面體之間以共有氧的方式結合起來造成一個更大的陰複離子(Polyanions)的作用。

                                                                


                                                              

在矽酸鹽類陰離子所成礦物構造中不足的電子由不同的金屬陽離子如鈉、鉀、鈣、鎂、鐵等來平衡,所以通常矽酸鹽造岩礦物都是由矽氧四面體和一種或多種金屬陽離子所組成。有的矽酸鹽構造中也含有鋁,這是鋁以離子鍵的結合方式交換矽氧四面體中部份的矽離子[使SiO2變為(SiAl)O2]所形成的,這在架狀矽酸鹽礦物中較為普遍。矽酸鹽類的構造分類最早是由德人史東斯(Hugo Strunz)所提出來的,共分為六大類,見表3-3和圖3-24。
 
主要造岩礦物概述
 
表3-4為地球上最常見礦物和它們的各種基本特徵。其中部份為造岩礦物,另外還有以生產金屬礦為主的礦石礦物(Ore Minerals),以硫化物和氧化物為主。今將簡單的主要造岩礦物介紹如下:
 
一、矽酸鹽礦物 
 
長石類(Feldspars)
這個礦物由兩個德文字組成,就是feld(field)田野和spar(mineral)晶石的合成,是田野晶石的意思。這是地殼中最多的矽酸鹽造岩礦物,占有地殼中所有礦物的百分之五十八左右,由含鋁的矽酸鹽和鉀、鈉、鈣等元素組成,屬於單斜和三斜晶系。長石礦物具有兩組完美的解理,約成直角相交。本礦物在火成岩中最多,其次為變質岩和少數砂岩。長石類的晶體組成使之很容易發生離子交換,因之可以造成兩種主要長石礦物:鉀長石(Potassuim Feldspar),呈紅肉色至灰色,白色條痕,含鉀為主。斜長石(Plagioclase),呈灰色至無色,含有鈉或鈣。後兩元素的離子大小相似,因此這兩個元素的相互替換可以造成很多不同類的異質同形斜長石礦物。
 
雲母類(Micas)
本類礦物為片狀礦物,每一片由微弱的鉀鍵結合而成,所以很容易一片一片的剝離開來,有很完整的底面解理。雲母礦物最常見者有兩大類:白雲母(Muscovite)是無色,由鋁結合矽氧四面體而成,常可以成為玻璃的代用品。黑雲母(Biotite)色黑,主要的陽離子是鐵和鎂,其基本的結晶構造和白雲母相同。
 
石英(Quartz)
石英是最普通的造岩礦物,在三大類岩石中皆有之。因為它在火成岩中結晶最晚,所以通常缺少完整晶面,多半填充在其他先結晶的造岩礦物的中間。石英的成分是最簡單的SiO2,玻璃光澤,沒有解理面,但具貝殼狀斷口。純粹的石英是無色,但因常含過渡元素的雜質而呈現不同的顏色。石英很安定,不容易風化或變化成為他種礦物。
 
輝石類(Pyroxenes)
本礦物類含有多種礦物,皆由矽氧四面體和鐵、鎂、鈣、鈉、及鋁結合而成,呈深綠色至黑色,條痕無色,具有兩組略成正交發育欠佳的解理,相交的角度為93°與87°。輝石類為高溫礦物,多見於火成岩和變質岩中,最常見的輝石類礦物是普通輝石(Augite)、翡翠(Jadeite)。
 
角閃石類(Amphiboles)
本礦物的化學成分和輝石類相似,其他性質亦頗近似;所不同者角閃石類含有(OH)-離子,在矽酸鹽中為化學成分最複雜的礦物。輝石的結晶構造為單鍊;角閃石則呈雙鍊,且其兩組解理相交所成的角度是56及124。角閃石類亦含有多種礦物,常呈長柱狀結晶,顏色多為黑色,多見於安山岩、閃長岩和角閃岩中。最常見的角閃石類礦物是普通角閃石(Hornblende (圖3-21))、陽起石(Actinolite)、透閃石(Tremolite) (圖3-14, 3-16)。
 
橄欖石類(Olivine)
本類礦物是矽氧四面體的單體和鐵及鎂化合所成的固溶體,已見前述。因為元素結合非常堅強,所以橄欖石不具解理,是很堅硬的礦物。本礦物以橄欖綠色為主,玻璃光澤,常在岩石中成微粒的結晶。橄欖石是高溫礦物,主要構成基性火成岩,也是海洋地殼的主要成分。
 
二、粘土礦物(Clay Minerals)
 
所有的地面上都可以發現粘土礦物,這是一般矽酸鹽礦物和空氣及水發生風化作用所造成的含水礦物,為組成土壤的主要礦物成分。粘土礦物也呈片狀構造,但極微小,只有在電子顯微鏡下才能夠看到它的晶體。根據結晶構造和化學成分的不同,可以分出十餘種不同的粘土礦物,其中以高嶺石(Kaolinite)最為重要。
 
三、碳酸鹽類礦物(Carbonate Minerals)
 
碳酸鹽類礦物主要由碳酸鹽類組成。是碳酸鹽岩的主要組成礦物。碳酸鹽岩佔全球沉積岩的1/6。主要是由生物作用建造與化學作用沈澱及一部份機械作用沈積而成。
 
     生物作用造成
     化學作用造成
     機械作用造成
 
方解石(Calcite)為最主要的碳酸鹽類礦物,是石灰岩的主要組成礦物。方解石為白色透明,但常含雜質而呈他色,質軟,遇到鹽酸就發泡,具有良好的菱形體晶面及三個方向的完美解理面。含有鈣、鎂約略等量的碳酸鹽礦物則稱為白雲石(Dolomite ),常由方解石經化學作用變化而成。
 
四、其他主要造岩礦物有下列各種
 
     氧 化 物一一磁鐵礦(Magnetite)
     硫 化 物一一黃鐵礦(Pyrite)
     硫酸鹽類一一石膏(Gypsum)
     氯化物類一一岩鹽(Halite)
 
參考書目
 
何春蓀,1989,普通地質學,五南圖書出版公司,751頁。
 
Berry, L.G. Mason Brian and Dietrich R.V., 1983, Mineralogy. (2nd. Ed.) W.H. Freeman, San Francisco.
 
Ford, W.E., 1954, DANA's Textbook of Mineralogy, John Wiley & Son, New York, 851p.
 
Klein C. and C.S. Hurblbut, Jr.,1985, Manual of Mineralogy.(20th. Ed.), John Wiley & Sons, New York.
 
Phillips, W.J. and N. Phillips, 1980 An Introduction to Mineralogy for Geologists. John Wiley & Sons, New York.
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