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岩性(lithology)是對露頭、手邊、岩芯樣本或低倍顯微鏡下岩石單元物理特徵的描述,岩石的物理特性包括顏色、質地、粒徑和成分[1][2][3]。岩性可指所有這些特徵的詳細描述,或岩石總體物理特徵的概括;第二種意義上的岩性包括砂岩、板岩、玄武岩或石灰岩[4]。
岩性是將岩石層序細分為單個岩層單元的基礎,以用於地質繪圖和區域間對比。在某些實際應用中,例如實地勘查,均使用標準術語(如歐洲岩土工程標準《歐洲規範7》)來描述岩性。
岩性的命名基於岩石類型,而岩石類型主要有三種,分別為沉積岩、火成岩和變質岩。火成岩直接由岩漿形成,它是熔岩、溶解氣體和固體晶體的混合物;沉積岩是由礦物或有機顆粒形成,這些礦物或有機顆粒聚集在地球表面並岩化而成;而變質岩則是現存固體岩石在高溫高壓條件下重結晶形成[5]。
火成岩又進一步分為三大類:由火山活動(火山噴發碎屑)直接產生的破碎岩屑組成的火成岩被歸類為火山碎屑岩。而火山碎屑岩根據平均碎岩(碎屑岩)大小以及是否主要是單個礦物晶體、火山玻璃顆粒或岩石碎片還可進一步細分[6]。進一步的分類也可通過化學成分來進行[7][8]。
具有可見礦物顆粒(顯晶岩)的火成岩被歸類為侵入岩,而火山玻璃狀或極細粒的(隱晶質)火成岩被歸類為噴出火成岩。侵入火成岩通常使用按所含石英、鹼性長石、斜長石和似長石相對佔比的所謂「石長斜似標準」(英文首字母縮寫「QAPF分類」)進行分類;對特殊成分的火成岩如超鐵鎂質岩或碳酸鹽岩,則有特殊的分類法。在可能的情況下,噴出火成岩也使用「噴出QAPF分類法」按礦物含量進行分類,但當無法確定礦物成分時,可使用基於二氧化矽和鹼金屬氧化物總含量及其他化學標準的「全鹼矽分類」(TAS分類)對其進行化學分類[9][10][11]。
沉積岩首先依據是矽質碎屑還是碳酸鹽作初分,對於矽質碎屑沉積岩,根據其粒度分佈和石英、長石和岩屑的相對比例再分為亞類;對於碳酸鹽岩沉積岩,則根據所含成分,按鄧哈姆(Dunham)或福克(Folk)分類方案進行劃分[12]。
變質岩的命名可以依據質地、原岩、變質岩相和/或發現變質岩的位置,基於質地和泥質結構(如頁岩、泥岩)原岩的命名可用於定義板岩和千枚岩;基於紋理的名稱為片岩和片麻岩,這些紋理,從板岩到片麻岩,定義了不斷增加的變質程度[13]。變質相則由形成特定礦物的壓力-溫度場所定義[14];其他存在的變質岩名稱還有綠片岩(變質玄武岩和其他噴出火成岩)或石英岩(變質石英砂)等 [15]。
在火成和變質岩中,粒徑是衡量岩石中晶體大小的一種尺度。在火成岩中,這用於測定材料冷卻的速率:大晶體通常表示侵入火成岩,而小晶體則代表岩石為噴出岩[16]。主要由單一礦物(如石英岩或大理石組成的岩石變質作用可能會增大粒徑(晶粒生長),而剪切岩石變質作用可能會減小粒徑(同構造再結晶)[17]。
在碎屑沉積岩中,粒徑是構成岩石顆粒和/或碎屑的直徑,這些被用來確定使用何種岩石命名系統(如礫岩、砂岩或泥岩)。對於砂岩和礫岩,其粒徑範圍很廣,因此,在岩石名稱中添加了一個描述粒徑範圍的詞,如「卵石礫岩」和「細石英砂礫岩」[18]。
在礦物顆粒大到可用手持放大鏡識別的岩石中,可見礦物也是描述的一部分。對可能包含有碳酸鹽、方解石膠結岩或可能包含方解石礦脈的岩序,標準做法是使用稀釋的鹽酸測試方解石(或以其他形式存在的碳酸鈣)並查看氣泡[19]。
岩石的礦物學成分是其分類的主要依據之一,在可行情況下,火成岩根據其礦物含量,使用QAPF分類或特殊的超鎂鐵質或碳酸鹽岩分類法進行分類[9][10][11]。同樣,變質相(metamorphic facies)顯示了岩石暴露在熱量和壓力下程度,因此,對變質岩的分類很重要,可通過觀察樣本中存在的礦物相來確定[14]。
岩石或其組成部分的顏色是某些岩石的一種獨特特徵,通常會被記錄下來,有時會用於與標準顏色圖表作比對,如美國地質學會岩石顏色圖表委員會根據孟塞爾顏色系統[20]所製作的顏色圖表。
岩石的結構描述了構成岩石所有元素的空間和幾何結構,在沉積岩中,主要可見結構通常為層(bedding),層的規模和發育程度通常記錄為描述的一部分;變質岩(由接觸變質作用形成的變質岩除外)具有發育良好的平面和線性結構;由於結晶過程中特定礦物相的流動或沉降,火成岩也可能具有結構,形成堆積。
岩石的質地描述了構成岩石的單個顆粒或碎屑之間的關係,沉積物的質地包括碎屑的分選、分級程度、形狀及圓潤度。變質岩的質地包括與變形階段相關的大型變質礦物生長時間—變形前的「殘碎斑晶」和變形後的「斑狀變晶」。火成岩質地包括顆粒形狀等屬性,從具有理想晶體形狀(自形)的晶體到不規則晶體(他形),岩石是否顯示高度不均勻的晶體尺寸(斑岩),或晶粒是否對齊(稱為粗面質地)等[21]。
岩石通常包含小型結構(比單個露頭尺寸更小),在沉積岩中,這可能包括底面痕(sole marking)、波紋痕(ripple mark)、泥裂(mudcrack)和交錯層(cross-bedding),這些記錄是因為它們通常具有特定沉積環境的特徵,並可能提供有關古水流方向的信息 [22];在與斷層帶更深層次相關的變質岩中,小型構造,如不對稱「石香腸」(boudins)[23]和微褶皺被用於確定整個區域的位移檢測[24];在火成岩中,小規模結構主要在熔岩中觀察到,例如繩狀與渣塊玄武岩岩漿[25],以及顯示在水中或冰下噴發的枕狀熔岩[26][27][28]。
鬆散的表層物質也可能具有一定的岩性,這是由粒徑和成分定義的,通常依附於對單元形成方式的解釋上。地表岩性可分為湖相、海岸、河流作用、風積、冰川物和最近的火山沉積物等。美國地質調查局使用的地表岩性分類示例有「冰磧物」、「壤土」、「鹽湖沉積物」和「風成沉積物、質地粗糙的(沙丘)」[29]。
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