甘肅地質博物館之岩石礦物廳

雖然甘肅省是中國大陸人均所得較低的省份，但其特殊的地理位置（青藏高原與黃土高原交界）及地質構造（塔里木、華北、揚子三大板塊交界處），因此，具有豐富的地質、礦產資源。此次前往中國大陸甘肅、青海地區執行年度岩石標本研究採集工作，順道參訪甘肅地質博物館及蘭州大學地質科學及礦產學院。本文針對岩石礦物及礦床學展示作一介紹。

甘肅地質博物館岩石礦物廳及蘭州大學地質科學及礦產學院

甘肅地質博物館始建於 1943 年，其前身為地質陳列室，由地質學家王日倫先生創建，是中國大陸最早的地質博物館之一。館內收藏了省內外豐富的地質礦產、古生物、礦物和岩石標本，以金川鎳礦、白銀銅礦、鏡鐵山鐵礦為代表的大中型礦床標本。甘肅地質博物館坐落於蘭州市城關區灘尖子團結路 6 號，建築面積 12568 平方米，布展面積 4860 平方米。館內設有序廳、地球廳、礦物岩石廳、寶玉石廳、生命演化廳、土地資源廳、地質環境廳、礦產資源廳、 4D 穹幕影廳和臨時展廳，館外並設有礦石林展示。

創建於 1909 年具百年歷史的蘭州大學，是中國大陸西北地區首座具有現代意義的高等學校。蘭州大學地質科學與礦產資源學院成立於 2011 年，前身為蘭州大學地質學系。因甘肅省礦產資源豐富且歷史悠久，故在新蓋的教學大樓中，擁有標本豐富的礦石展覽館。因一件精美的礦物標本，絕非巧合與偶然，大多由一大片礦床所烘托。了解礦床的年代、成因與物質來源是觀賞精美礦物標本的科學基礎。該學院岩礦標本展覽館是以礦床學為理論基礎。

從礦床學角度來看岩石礦物標本

根據熱力學第二定律，熵（ㄕㄤ）（entropy）是一股無可阻擋態勢，使世間萬物朝向最大無序的方向演化。地球擁有各種不同成因的礦床，且數量之多，在宇宙所有星球中是相當稀少罕見的。一件精美的岩礦標本絕非單一事件，大多有一大片礦床作其基礎。討論這片礦床形成原因、年代及物質來源，即是展示此標本的科學基礎。

岩石與礦物是自然界經地質作用所形成的產物。受一定的溫度、壓力環境及物質來源的條件下所控制，其形成原因可按地質作用來分類。一般將岩礦標本形成的地質作用劃分為 A. 火成作用、 B. 沉積作用、 C. 變質作用等 3 大類。

A. 火成作用

火成作用的能源來自地球內部，包括放射性元素的蛻變能、地球內部地函及岩漿的熱能、地球重力場中物質調整過程中所釋放的位能等。按照其物理化學條件的不同可次分為 1. 岩漿作用 2. 偉晶作用 3. 接觸交代作用 4. 熱液作用 5. 火山作用。

A.1 岩漿作用 （Magmatism）

岩漿作用是指岩漿在地殼深處的高溫（650 – 1000 ℃）高壓下直接結晶的作用，是岩漿冷卻結晶的最初階段。岩漿是一種成分極其複雜，富含揮發份的高溫矽酸鹽熔融體，通常認為其組分中氧、矽、鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂等造岩元素約占 90 % 。結晶出礦物順序按包溫反應系列（Bowen’s reaction series），鐵鎂礦物依序為橄欖石、輝石、角閃石、黑雲母；長石礦物為鈣長石、倍長石、拉長石、中長石、鈉長石，剩餘的岩漿持續形成較低溫礦物，依序為鉀長石，白雲母和石英。進而形成不同的礦物組合，構成不同岩石類型。

A.2 偉晶作用（Pegmatitization）

岩漿作用晚期，因富含揮發性成份並在封閉條件下緩慢結晶，形成粗大的礦物晶體，例如鋰輝石、鋯石及許多寶石礦物（如綠柱石、電氣石、黃玉等）。

A.3 接觸交代作用（contact metasomatism）

主要發生在中酸性岩漿侵入體和碳酸岩類岩石的接觸帶，如矽卡岩帶。主要礦物有方柱石、符山石、矽灰石、鈣鋁榴石等。

A.4 熱液作用（hydrothermalism）

指岩漿氣-水溶液到熱水溶液過程形成礦床的作用，按溫度高低可分高溫、中溫、低溫等 3 種類型。

高溫熱液作用 500 – 300 ℃ ，主要形成鎢-錫-鉬-鉍-鐵礦物組成礦床，礦物種類有黑鎢礦、輝鉬礦、輝鉍礦、磁黃鐵礦等。

中溫熱液作用 300 – 200 ℃ ，主要形成銅-鉛-鋅-金的礦物組成礦床，礦物種類有黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦、自然金等。

低溫熱液作用 200 – 50 ℃ ，因形成深度較淺，近地表條件下受地下水的作用影響較大，例如與火山作用有關的熱泉，形成的礦床主要為砷、銻、汞等元素的硫化物，如雄黃、雌黃、輝銻礦、辰砂以及重晶石等硫酸鹽礦物。

B. 沉積作用

在地球的表層：岩石圈、水圈、大氣圈和生物圈的互動過程中，受風化和沉積作用所形成岩石與礦物標本。可進而區分為機械、化學、膠體沉積等作用。

B.1 機械沉積

穩定的礦物受機械破碎後的碎屑，主要被水流搬運他地後，因水流速降低，礦物按顆粒大小、比重高低先後分選沉積，造成有用礦物，如砂金、金剛石、錫石、獨居石的相對富集，形成礦床。

B.2 化學沉積

由溶液中直接結晶的沉積作用，當地下水或沿斷裂帶上升的深部鹵水進入封閉或半封閉的湖泊、潟湖或海灣以後，隨著水分不斷的蒸發，溶液濃度增高，達到過飽和濃度時，即發生結晶作用，形成石膏、硬石膏、無水芒硝、岩鹽、鉀鹽、硼砂、光鹵石等礦床。

B.3 膠體沉積

風化作用產生的膠體溶液被水流帶入海盆、湖泊後，受到電解質的作用而發生凝聚和沉積，形成鐵、錳、鋁矽的氧化物和氫氧化物的膠體成因礦物，如赤鐵礦、鋁土礦、軟錳礦、硬錳礦等。膠體礦物形成緻密塊狀、鮞狀、豆狀、腎狀等型態。

C. 變質作用

在地表以下一定深度內，已經形成固態的礦物與岩石，受到地殼運動、岩漿活動、和熱液活動的影響，造成岩石與礦物在結構和成分的改變，並形成一系列變質礦物的作用，按發生變質作用的原因和物理化學條件的不同，可分為接觸變質作用和區域變質作用。

C.1 接觸變質作用

圍岩受岩漿高溫的影響而發生的變質作用，主要是由岩漿熔融體釋放出的熱量與圍岩發生變化而形成新礦物的作用；矽卡岩化作用所形成矽卡岩型礦床，例如中國大陸湖南郴州煤礦經接觸變質作用後形成石墨礦床。

C.2 區域變質作用

造山帶中由於大規模的地殼升降、摺皺和斷裂，使原有的岩石和礦物所處的溫度、壓力、化學等條件發生巨大的改變，原來的岩石和礦物就必須進行改造，才能在新的溫度、壓力、化學條件下處於平衡，這就引起岩石組合和礦物成分的變化，導致了新礦床的形成，由於這種作用的影響範圍具有區域性的意義，所以稱為區域變質作用。如石灰岩在高溫、高壓作用下，原來鬆散的顆粒礦物，經重結晶作用（recrystallization）轉變為緻密結實的大理岩，也可以形成新生的礦物，如泥質岩石中的紅柱石、藍晶石和矽線石。

結語

博物館不同於一般學校教育，觀眾購票進場自由參觀，所以需要精美的標本吸引觀眾的興趣。以岩礦標本為例，一件精美的岩礦標本絕非單一事件，大多有一大片礦床做其基礎。討論這片礦床形成原因、年代及物質來源，即是展示此標本的科學基礎。