一,柱状节理。
岩浆冷却凝固过程中会热胀冷缩,又因为内部的温度梯度垂向高于水平方向,平坦的熔岩席或扁平侵入岩冷凝面形成无数规则而又间隔排列的均匀收缩中心,产生垂直于岩浆岩冷却收缩方向的张力裂隙,体积收缩引起岩石物质向固定的内部中心聚集,又因为裂开形成六方柱形的能量最低,所以致使岩石裂开形成多面柱体一般为六方柱形,发育柱状节理。
当岩浆温度梯度、应力、流向或成分不均一时,可以出现非六方柱或弯曲柱状。




收缩应力方向朝柱状节理面外,有令节理缝拉张的趋势,因此玄武岩、辉长岩中发育的柱状节理实质是一种张节理。

二,剪节理形成的平面状裂隙。

例如沙特阿拉伯有平直裂缝的阿纳斯拉(Al Naslaa)巨石,澳大利亚塔斯马尼亚岛的棋盘石,与那国岛海底遗迹,广西田东棋盘滩,北京昌平虎峪、山东济南赵山、匡山的“女娲棋盘石”等。


Al Naslaa 等岩石平直裂缝成因,不是各种营销号所述的线切割,也不是锯石片,不是外星人,也不是激光,而是天然形成的剪节理。这种现象其实非常常见。

澳大利亚塔斯马尼亚岛的棋盘石,与那国岛海底遗迹,广西田东棋盘滩,山东济南赵山、匡山的“女娲棋盘石”也是剪节理成因。



其中,阿纳斯拉巨石(Al Naslaa Rock)位于沙特阿拉伯太马绿洲附近。岩石看上去像从中间被“切割”成了两半,每一半都平衡地立于小土堆上。石块总长 9m,高 6m。因为两块岩石中间的缝隙平直,看上去平整得像被激光切割过,所以有各种不懂构造地质学的营销号称其为“外星人的杰作”。然而事实并非如此。
是什么可能的自然原因使巨石形成现在的样子的呢?因为岩石断面平直,断块层理位移不明显,区域内其它岩石也有与此平行或呈相似角度斜交的多条平直裂隙,所以推断这种构造是天然形成的剪节理,不是人为痕迹。

又因为下图中包括平行拍摄者方向与垂直拍摄者方向的两组剪节理,所以判断题图中的“切面”与面向拍摄者的平面,是水平剪切成因的共轭剪节理,或者因砂岩的拉胀力学性质形成的棋盘格式节理。



断层近垂直层理发育时形成的应是有折射的裂隙或平行直线状擦痕,并伴随层理挠曲、层理不连续、矿物重结晶、两盘差异风化、碎裂等现象,而图中完全不体现。所以判断此裂缝不是人工线切或锯切,也不是断层,而是天然形成的剪节理。


剪节理是由剪应力产生的破裂面,剪切破裂面与最大剪应力作用面所夹锐角是岩石内摩擦角的二分之一。又因为最大剪应力作用面成对出现,所以剪节理也经常成对出现。成对出现者称为共轭剪节理,在剖面上的投影呈现 X 形。


节理面为平面的剪节理,可以形成于单轴拉伸、单轴压缩、平面剪切的应力条件。阿纳斯拉巨石剪节理近乎垂直于水平面,其中的中间主应力轴平行于剪切作用面并垂直于岩石运动方向,所以判断是平面剪切应力(下图 C)。

一种关于棋盘格式节理的成因模型认为,如果是单轴拉伸应力(上图 A),则形成纵剖面上的 X 形,不构成垂直的断面,这种应力的岩石易崩塌。如果是单轴压缩应力(上图 B),则节理一般交角为锐角,而非阿纳斯拉巨石的近于直角。另一种解释可以参考如下回答的介绍:

上图中面向拍摄者一面有羽饰纹理而不是擦痕。羽饰纹理是节理面快速扩展形成。人工线切或锯切米级尺寸巨石的痕迹是弧形擦痕或不平整的平行曲线状或低角度相交曲线状擦痕。
如果是异地搬运(造假)的巨石,则几乎不能令节理面垂向平行且面间等距地延伸至地面,所以判断巨石及其节理面是原位天然形成。
至于巨石上大下小的形状,则是沙漠里常见的风蚀地貌。又因为剪节理面一般不单独出现,而巨石的另外一面明显可见平行于裂缝,但未切穿岩石的一个节理面,并且区域内其它岩石也可以观察到与巨石节理面平行的节理:



阿纳斯拉巨石(上三图红点)所在区域内,其它岩石也有与阿纳斯拉巨石裂隙面平行或呈相似角度斜交的多条平直裂隙,附近还有不少类似成因的巨石,其中阿纳斯拉巨石西南方的另一个景点被称为“完美切割岩石(Perfectly Cut Rock)” 。
其形成过程是:
1.阿拉伯半岛在远古时期氧化条件下发育砂质沉积,沉积物固结成岩,形成巨厚层红色砂岩。
2.巨厚层砂岩在垂直方向经历了均匀的中间主应力,既不发育侵入岩又不发育褶皱还不发育断层。
3.区域构造应力使岩石内发育剪节理,两组水平应力方向垂直,最大主应力轴方向与图中破裂面在水平方向交角 45 度,中间主应力轴方向竖直。
4.剪节理形成后,区域既不发育侵入岩又不发育褶皱还不发育非走滑的断层。但不排除此阶段形成小规模的走滑断层与张性节理,因为面向拍摄者一面具有羽饰纹理,是平行于剪节理方向张性运动的反映。
5.巨石周围其它岩块被风化剥蚀,导致巨石与剪节理面暴露于沙漠,风蚀的外动力地质作用由风带动砂砾磨蚀巨石,优先风化巨石贴近沙漠地表的露头,所以巨石形成了上大下小的“风蚀蘑菇石”。


之所以排除侵入岩,并且排除各种营销号所述的激光切割、古代人为,是因为侵入岩侵入原岩会伴随热变质过程或交代作用,侵入岩与原岩接触面或激光切面会发育烘烤边。风化时,烘烤边会在两断面相交的线上形成差异风化而导致表面不平整。而图中的断面交线既无烘烤边又无差异风化,所以排除。
剪节理构造实际上并不罕见,在北京市郊就有很多,例如昌平虎峪,房山车厂、海淀香山、怀柔庙上。国内其它典型的剪节理露头还包括湖南张家界、福建泰宁、江西龙虎山、甘肃张掖、贵州赤水、河南焦作云台山、山东匡山、山东赵山、山东诸城、河北北戴河、河北邯郸、浙江杭州、广东丹霞山、广西田东等。

又因为发育节理的岩石相比不发育节理的同种岩石比表面积大,更容易在湿润环境与植物根劈共同作用下风化,所以前述地点的现象保存得不如在干旱地区的阿纳斯拉巨石显著。
综上可知,剪节理这种构造一个关键特征在于会令数平方千米乃至更大范围的岩石中成群出现以特定角度相交的平面状裂隙,主要成因并不是人工切割,更不是外星人,而是区域构造应力的杰作。
扩展阅读:
单文琅.节理面的羽饰构造及其地质意义,地球科学,1982(1):87-94.
三,化石形成的史前芯片 / 螺丝钉 / 铁管。
“史前芯片”实际上是海百合或头足纲、腹足纲动物化石。

有些“史前螺丝钉化石”是黄铁矿化头足纲、腹足纲化石。



“史前芯片化石”是海百合茎碎片化石纵截面。有些铁锈色“螺丝钉化石”是海百合茎化石的外壁纹层,有些铜黄色“史前螺丝钉化石”是黄铁矿化头足纲、腹足纲化石。这样的化石在北京大兴区、房山区,贵州关岭等地也比较常见。
“外星人铁管”实际上主要是植物化石,我在河北省邯郸市西部也见过。变成赤铁矿 / 针铁矿的植物化石呈现铁锈色的中空管道形状,并且与围岩结合紧密,被误当成外星人钉进岩石的铁管。


以下这个回答直观地呈现了现代沉积物里的铁质沉积交代植物。

有人可能会问,为什么这些铁管有 7-8%的元素不能被识别?这是因为测试元素含量用了电子探针、能谱手段。天然赤铁矿、针铁矿含结构水,电子探针、能谱手段不能测 H 元素,结构水 / 羟基的氧因为与 H 结合,所以也会测不出,导致元素总和不足 100% 。
四,矿物晶体自范性形成的天然多面体。
例如黄铁矿形成的煤层金属球 / 石中立方体 / 史前金属零件。
刚好在知乎上回答过一些类似问题:







“石中立方体”主要是黄铁矿。“金属球”主要是黄铁矿多晶质结核。形成这些规则形状,是因为黄铁矿在适宜的空间与温压,以及偏还原、富硫的化学条件下结晶,而晶体有自范性。
陈光远等人的专著《成因矿物学与找矿矿物学》与《胶东金矿成因矿物学与找矿》中,描述过实验室合成黄铁矿的条件与不同晶形。

但是人造黄铁矿结晶极慢,一年时间仅能结晶出最大毫米尺寸的晶体。所以人工合成黄铁矿成本极高,现在需要用黄铁矿的场合(制硫酸、矿石收音机、半导体、盐碱土壤治理剂、污水处理剂、药物、矿物晶体收藏等)都是用天然黄铁矿。
晶体的自范性也会在其他矿物晶体上呈现。








五,穹窿构造。
撒哈拉之眼其实是穹窿构造,岩浆岩把地层拱起来的鼓包风化形成的圆环状褶皱。
北京房山区、门头沟区、昌平区、怀柔区也有很多穹窿构造,山东济南章丘鸡山村、河北邯郸武安市、安徽芜湖、湖北黄石、湖南郴州等地也有,规模可能小一些,并且这些穹窿构造经常伴生富铁矿、硅灰石矿、石榴石、稀土矿等矿产。


六,奇怪的石球。
天然石球会被很多人误以为是恐龙蛋化石或外星产物。实际上有多种可能成因:球形风化、结核、巨砾、晶腺构造。
球形风化典型实例:秦皇岛石门寨村西边四方台附近,山西组砂岩的球形风化。

前述山东济南匡山山顶,也可以观察到发育剪节理的苏长岩露头风化现象,是球形风化初级阶段。
结核石球主要包括钙质、硅质、黄铁矿、赤铁矿、硬锰矿等,层理与所赋存的沉积岩平行,或者内部呈现环带状。实例:




巨砾石球往往成群出现,可以由其它岩石磨圆而形成。

晶腺构造石球常见成分为玛瑙蛋,可作宝石使用。

而恐龙蛋内部,多为方解石晶洞,基本不可能孵化出小恐龙了。

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