我们注意到丹霞地貌是红色的岩石，多数的灵壁石是灰色的，而腊石以黄色为主，翡翠却呈现出溫暖润泽的翠绿。石头为什么会有不同的颜色？如何利用颜色辨认石头？颜色不同是成分比例不同呢还是种类的不同造成的？

 

 

 

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灵璧石

 

 

       对可见光选择性吸收是物体呈现颜色的主要原因。不同颜色的光波，一般用不同波长来表示，以纳米(nm)为单位，1m =109nm。可见光波波长约在390一760nm之间，其间波长由长至短依次显示红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色。它们的混合色就是白色。

 

 

 

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花岗岩

 

 

       当岩石受白光照射时，便对光产生吸收、透射和反射等各种光学现象。如果岩石对光全部吸收时，矿物呈黑色；如果对白光中所有波长的色光均匀吸收，则矿物呈灰色；基本上都不吸收则为无色或白色。如果岩石只选择吸收某些波长的色光，而透过或反射出另一些色光，则矿物就呈现颜色。此外，由于光波多次反射、散射、干涉等物理光学作用，亦能影响岩石的呈色。

 

       石头具有颜色分为几种情况：

       1. 自色：
       岩石的颜色取决与组成岩石的矿物本身固有的颜色，称为自色，它与矿物本身的化学成分和内部结构有关，构成矿物的色素离子、晶体构造以及电子跃迁、色心等因素，致使岩石选择性地吸收一定波长的光波，余下的互补色光构成矿物的本色。而岩石最终反应的颜色是对白光中不同波长的光波吸收的结果。

 

 

 

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橄榄岩

 

 

       如果是对各种波长的光波普遍而均匀地吸收，则随吸收程度不同而呈现黑、灰、白等色。如对各种波长的光波有选择性的吸收，则呈现各种较鲜艳的颜色。

        为方便理解，我们暂时就拿岩浆岩来说话。就岩浆岩来说，岩石的颜色深浅主要取决于岩石中含SiO2的饱和程度和造岩元素铁镁的含量！比如：侵入（深成）岩，橄榄岩-辉石岩-辉长岩-闪长岩-花岗岩，喷出岩，金伯利岩-玄武岩-安山岩-流纹岩，他们的SiO2的饱和程度分别为SiO2<45% ，SiO245-52%，SiO252-65%，SiO2>65%不等，而颜色的变化 深（绿黑）→ 暗（绿灰）→ 中色（灰色→ 浅色（肉红、灰白）过渡。

 

 

 

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辉石岩

 

 

       2.他色： 
       岩石中如含有杂质，便会呈现与白色不同的另一种颜色，叫做他色。一般因含杂质或气泡等引起的颜色叫他色，腊石就是典型的他色。如腊石纯净时为无色，杂质的混入可染成黄、红、紫、蓝等色，但含少量 (Fe3+)时则成为紫色或呈玫瑰色，含少量 (Fe3+Cr3+)时成为黃色，含少量铝离子(Al3+)时成为黑色，含有机质时呈黑色。当矿物由于他色而呈色时，颜色常变化。如玛瑙就由于形成时间的不同，致色元素不同而具有各色条纹，这些美丽的条纹使玛瑙独具特色。

 

 

 

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腊石

 

 

      他色现象是岩石中出现不同颜色常见的现象之一，最常见的致色元素一般有几种，Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu，由于他们在岩石中的存在，导致晶体构造等因素的变化，致使岩石选择性地吸收一定波长的光波，余下的互补色光构成矿物的本色。大多数情况下致色规律为： 
       Ti——蓝、紫
       V——绿、
       Cr——红、金黄、紫
       Mn——黑、粉
       Fe（Fe2+、Fe3+致色明显不同）——黑、棕、蓝、紫、红、黄
       Co——绿、粉
       Ni——绿、金黄
       Cu——蓝、粉

 

 

 

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玛瑙

 

 

       应该指出，由于成分、结构、键型是复杂的，引起颜色变化的因素也是复杂的。一种矿物的颜色往往是各种呈色机理所产生的总效应，如蓝宝石(含少量Fe和Ti的刚玉)的颜色是由d-d电子跃迁和离子间电子转移综合引起，即由Fe2+、Fe3+、Ti3+的d-d电子跃迁和Fe2++Ti4+/ Fe3++Ti3+的电UnRegistered子转移(Fe2+的一个电子转移给Ti4+，使形成Fe3++Ti3+的组合)，产生对红光强烈吸收，使矿物染成深蓝或蓝绿色。

 

 

 

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蓝宝石

 

 

       这里多说一句，这就是所谓的“色心致色”理论，它包括“电子色心、空穴色心和辐射色心” 电子色心：岩石矿物都在晶体结构中存在阴离子的空位，这个空位有从周围捕获电子的能力。当一个阴离子的空穴捕获到一个电子之后，这个电子具有占据不同能级和吸收光的能力，即在可见光的激发下，这个电子会从低能级向高能级跃迁，同时吸收可见光而呈色。

 

 

 

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蓝宝石

 

 

       在萤石的结构中，一个 Ca 2+ 周围与八个 F - 相连，在受到辐射时， F - 容易离开它的正常位置，这样就在原来位置上形成 F - 的空位，这个空位会从周围捕获电子，在可见光的激发下，这个电子从低能级向高能级跃迁中，吸收了红、黄、绿、蓝大部分色光，仅使紫光透出，使应萤石呈紫色。

 

 

 

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萤石

 

 

       空穴色心：在晶体结构中存在阳离子空穴，空穴周围的阴离子有成对电子，这些成对电子中的一个可以由高能辐射释放出来，形成不成对电子，同时吸收部分可见光而使物质呈色。

       在实验室合成水晶时，如果加入少量铝，则在形成的无色水晶中，每 10000 个 Si 4+ 中有一个被Ａ l ３＋ 取代，这种材料如果受到辐射，则会转变为褐色或黑色的烟晶，将烟晶加热到４００ ０ ，又恢复了无色。

 

 

 

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水晶

 

 

       在水晶中，每一个 Si 4+ 提供４个正电荷与两个Ｏ ２－ 提供的４个负电荷平衡。但是 Al ３＋ 只能提供三个正电荷。当 Al 3+ 代 Si ４＋ 时，就会多出一个负电荷，出现阳离子空穴；这时，铝离子周围的某个氧离子的一个电子所受到的吸引力就会减弱。为了维持结构的电中性，就必须存在另一个带一个正电荷，并能占据邻近间隙位置的阳离子，即在铝离子的附近存在一个质子（Ｈ＋ ）。当受到辐射时，从 Al ３＋ 周围的氧中能够释放出一个电子，这个电子会被Ｈ ＋ 俘获形成氢原子。［ AlO 4 ］ 5- →[AlO ４ ] 4-+e e+H + →H 这样在每一个［ Al Ｏ４ ］ ４－ 原子团中就有一个不成对电子，这个电子受到可见光的激发会从低能级跃迁至高能级，同时吸收可见光的大部份或全部吸收，使水晶变为褐色或黑色的烟晶。如果代替硅的是 Fe 3+ , 则会出现浅黄色，即黄晶；辐射黄晶，会得到紫色的水晶，即紫晶。紫晶加热后恢复黄色。

 

 

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紫水晶

 

 

       产生色心的辐射源：短波紫外线、Ｘ射线、 γ 射线、 α 粒子，质子、中子等都可以用做辐射源，辐射产生的颜色稳定性与辐射源能量的大小有关，高能辐射源能一般能产生稳定的色心，但是有些会在宝石中留下残余放射性；能量较低的辐射源，穿透深度小，颜色仅分布在表面，而且易于退色，这一类表现最多的就是“夜明珠”。

 

 

 

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夜明珠

 

 

       在同一个岩石中，如果同时存在不同的色心离子，且数量亦不相同时，将会引起不同的颜色，故某种石头可有多种颜色，如萤石。

       反之我们可以从岩石的颜色推断岩石形成的环境，对含铁岩石来说，如果颜色为红色，一般为氧化环境；而黑色页岩被认为是缺氧还原环境；碳酸盐岩被认为是温暖浅水沉积，砂岩如果分布局限可能是河道沉积；如果沉积物中动物壳非常破碎，则水动力强烈。

 

 

 

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页岩

 

 

       3.假色： 
       假色是由岩石表面的氧化膜以及裂缝面上由光线干涉所表现出来的色彩，或者微量无机物或有机物溶解或混合在矿物中呈现出的颜色，它们可以使矿物原有的颜色失掉，形成假色。如黄铁矿新鲜面为浅铜黄色，由于氧化作用，矿物表面会产生一层氧化膜，表面氧化后常呈褐黄色，出现与自色不同的假色。

 

 

 

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黄铁矿

 

 

       1） 晕色 某些透明矿物的表面常呈现出一种彩虹般的色带称为晕色，如云母、方解石、石英。主要由于矿物内部的解理面或裂隙对光连续反射，引起光的干涉而产生。

 

 

 

 

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云母

 

 

       2） 锖色 某些不透明矿物，经风化后表面产生氧化薄膜，引起反射光的干涉作用，使矿物表面呈现各种颜色称锖色，如斑铜矿具有独特的、色彩班驳的蓝、靛、紫色，可作为鉴定特征。

 

 

 

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斑铜矿

 

 

       3） 变彩 某些透明矿物在转动时或沿不同角度观察，可呈现不同颜色的变化称为变彩。引起变彩的原因大多数是由于矿物内部有微细的叶片状包裹体，对光发生干涉和反射的结果，如拉长石呈现蓝色、绿色、金黄色等变彩。

 

 

 

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拉长石

 

 

       4.造色： 
       这是认为改变岩石外部反光的一种办法，改变的方法很多，包括上色、退色、等若干种方法，以我多年上当的经验感觉到分辩这一招的根本办法是“朗波-比尔定律”合理应用。

       多年来，关于岩石的颜色和种类的关系是我一直想总结出来的，但是牵涉的面太多太多，包括矿物学，结晶学，结构化学，晶体化学等内容，其中还有很多是现代科学未搞明白的内容，所以只好以最简单的方式表达一下岩石的自色、他色、假色和造色，作为抛砖引玉。http://www.geoparkhome.com/detail.aspx?node=dxtm&id=2567