国学之赏石艺术

九片石

观赏石的科学价值探究

覃世本（九片石）

[原创于2012年7月]

　　观赏石的价值繁博且众说纷云，目前在东方赏石理论界比较统一的、从宏观和系统的角度可分为艺术欣赏价值、科学考察价值、收藏纪念价值、经济交换价值。本文专述观赏石的科学价值。

观赏石的科学价值，主要是探究观赏石具有的科学研究价值及客观效用价值。观赏石的科学价值，系指可以用作人们感观（即人体器官眼、耳、手、鼻、脑的观、听、触、闻、悟）品赏的天然石质艺术品--石头，具有反映自然、社会、思维等客观规律的知识和在各领域具有积极向上效用的综合价值。观赏石科学价值的研究对象主要是观赏石的形成、结构、外观、内涵等以及社会、经济、生活、科研等方面的内容。

我们试图从以下四个方面对观赏石的科学价值进行有益的探究。

一、观赏石“演绎”了地球变迁的奇妙历史。

观赏石在人类出现之前虽然不存在观赏价值，但它已经存在着并受大自然的支配，奇迹般地助推着地球的变迁。

（一）地球的形成主要来源于岩石。

我们可以从观赏石的表象即构成元素等因素，探究其地球的变迁。地球已有漫长的四十六亿年了，它在形成之初就有了石头。地球当初是由不断旋转的宇宙尘埃，也就是微粒石子凝结而成的球体。地球由不断旋转的宇宙尘埃慢慢地形成了由各种岩石或各种元素组成的地壳、地幔、地核。

地幔是地球的中间层，它的构成主要是致密的造岩物质。地核是地球的核心层，主要构成元素是铁、镍。地球的变迁，主要是在地壳表现最为突出。地壳主要是由岩石组成,我们的观赏石大多来源于地壳。

地球构造图

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（二）地壳中岩石（观赏石）的构成种类。
岩石从其形成的环境即成因划分，可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。
第一，岩浆岩。它是在地壳深处或在地幔上部形成的岩浆，它是在侵入到地壳上部或者喷出到地表冷却凝固并经过结晶作用而形成的岩石，俗称火成岩。岩浆岩主要是节理，而几乎没有层理。在岩浆岩中出现的矿物如橄榄石、辉石、角闪石等矿物是在高温高压条件下结晶形成的，它给人类留下了奇妙的观赏价值和科研价值。

岩浆岩

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第二，沉积岩。岩石形成后暴露在地表，经过长期的风吹、雨淋、日晒、冷冻以及生物的侵蚀，逐渐变成碎片与粉沫，有的被风和流水搬走，有的溶解在水中。当这些被带走的岩石碎块和粉沫在低洼和适当的环境如湖泊、海中停留沉积下来，最后就形成了一层层坚硬的岩石，也称水成岩。地球的演变使这些岩石缓变得千姿百态、五彩纷呈，鬼斧神工地给人类留下了宝贵的观赏石。
沉积岩是怎样随着地球演变而随之而来的呢？它是在地表或近地表不太深的地方形成的一种岩石类型，由风化产物、火山物质、有机物质等碎屑物质在常温常压下经过搬运、沉积和石化作用，最后形成的岩石。

沉积岩

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第三，变质岩。岩浆岩与沉积岩经过地壳变动，埋藏到地壳深处，在高温和高压的作用下，原来的岩石性质发生了变化，与原来岩石性质完全不同，就形成了变质岩。
变质岩是在地壳形成和发展过程中，早先形成的岩石，包括沉积岩、岩浆岩，由于后来地质环境和物理化学条件的变化，在固态情况下发生了矿物组成调整、结构构造改变甚至化学成分的变化而形成一种新的岩石。

变质岩

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（三）观赏石（岩石）在不同的时期变幻无穷。
在各种岩石中，最奇特的要算沉积岩了。因为在沉积岩中常常能够找到现在已经消逝的古生物的遗体和遗迹，也就是我们可作观赏和科研的化石。化石分为实体化石、遗迹化石和化学化石。实体化石代表生物遗体或其中的一部分；遗迹化石是古生物留下的活动痕迹如脚印、孔道、蛋类等；化学化石是古生物的遗体因腐烂而消失后残留下来的有机分子被保存在化石中或掺入沉积岩中。从众多的化石中我们可以得知地球的演变轨迹。化石是历史的见证，它是研究古地质、古气候的科学依据，从中可知光照长短、雨水多少、经纬和地域变化、地史变迁、植物群落组合等。可以说化石为人类提供了相当的科研与观赏价值。
观赏石在不同的时期有着不同的“演变”特征。
第一，距今25亿年以前的太古代，地球表面已经形成了原始的岩石圈、水圈和大气圈。但那时地壳很不稳定，火山活动频繁，岩浆四处横溢，海洋面积广大，陆地上尽是秃岩山。这时是铁矿石形成的重要时代。
第二，距今24亿年－6亿年的元古代，这时地球上大部分仍然被海洋掩盖着。到了晚期，地球上出现了大片以岩石为主体的陆地。
第三，距今6亿年－2.5亿年的古生代，海洋中出现了几千种动物，陆地上出现了蕨类植物，有的高达30多米。这些高大茂密的森林，后来变成大片的煤田。
第四，距今2.5亿年－0.7亿年的中生代，繁茂的植物和巨大的动物，后来就变成了许多巨大的煤田和油田。这时形成了许多金属矿藏。

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第五，新生代是地球历史上最新的一个阶段，时间最短，距今只有7000万年左右。这时，地球的面貌已同今天的状况基本相似了。自然界生物的大发展，最终导致人类的出现。这时出现各类五彩纷呈的岩石。
人类居住的地球就是这样经过不断的运动，一步一步地一直演化到现在，逐渐形成了今天我们所得到的各类奇特的观赏石。
二、观赏石准确地反映了地球的地质年代信息。
岩浆岩、沉积岩、变质岩的形成演绎了漫长的地球变迁历史，从二十六亿年前的太古代开始，各种岩石经过震旦纪和寒武纪、奥陶纪的搬迁，经过志留纪和泥盆纪的运动，经过石炭纪和二叠纪、三叠纪的冲刷，经过侏罗纪和白垩纪的鬼斧神工，经过第三纪和第四纪的洗礼,将太古代和原古代形成的所有岩石由整搬散、由棱分圆、由大撞小、由暗变显，从高山冲入河谷、由各种江河的上游卷入下游。海水就像万花筒一般，将山岩逐渐卷冲成千奇百怪和五彩纷呈的观赏石。无论是山谷中象形石的瘦、漏、透、皱、秀，还是江河中图纹石的形、质、色、纹、韵,均显现出纹理丰富、色彩斑澜、反差极大且奇、怪、巧、美、灵的特殊自然美。
地球史有其本身的发展规律及其周期系统，因而地球史呈现明显的阶段性，也就是地质年代。根据观赏石的各种类型的岩石、化石、岩层变形的迹象、岩层或岩体之间关系等地质纪录，利用放射性同位素衰变测定法、氨基酸消旋测定法、古地磁法等现代科技手段的探测研究，可以得出准确的地球演变发展地质年代信息。　　　　　　
（一）从观赏石的构成元素看其地球的诞生和它的童年。
在太古代早期，目前已知最早的可以观赏的化石记录是微生物化石，距今已有35亿年的历史，它是一种原核生物。据科学家们探究，地球最早可能是由大大小小的星云团（尘埃或小粒石子）集聚而成的，一般认为在距今46亿年前它已经增长到现代地球质量相近了。这时候的地球还只是许多微星的集合体，叫原地球，原地球在引力收缩和内部放射性元素衰变产生热的作用下，不断受热，当原地球内部温度达到足以使铁、镍等元素熔融时，铁、镍等元素迅速向地心集中，形成地核和地幔，地壳岩石初步分异作用。

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（二）地球的少年时期。
从距今30亿年左右到5.7亿年元古代的震旦纪时期，地球进入了少年时期。地球进入少年时期是以最早出现小块陆核作为标志的，后来大陆就是由陆核逐渐扩大而形成的。直到25亿年前，各大陆内相继形成若干个小块稳定陆地。在距今17亿年左右，地球经历了一次最有意义的稳定大陆形成事件，稳定大陆的面积在相对比较短的历史阶段里大大增加，大陆差不多接近了它现在的规模。但形成的大陆岩石圈（也称原地台）还比较薄弱，保留有相当的活动性，我们今天的观赏石还没有达到真正的稳定。
从原地台到地台的转变时期是从距今17亿年到距今14亿年左右，根据科学家对资料的研究分析看，原地台曾多次被来自地球内部的力量所打碎，又不断被下面涌上来的岩浆物质所胶结，变得越来越厚，越来越稳定，因此，距今14亿年左右是稳定大陆最终形成时期，地球岩石圈即今天的观赏石演变进入了一个新的阶段。
（三）地球的古生代时期。
古生代出现了大量的可供我们现在观赏的动物化石。初期，水生无脊椎动物比较繁盛尤其是三叶虫。所以又称寒武纪为三叶虫纪。古生代时期的地层可分成早、晚两期，早古生代分为寒武纪、奥陶纪、志留纪三个地质年代，从距今大约5.7亿年到4亿年；晚古生代包括泥盆纪、石炭纪、二叠纪，距今4亿年到2.3亿年。这3.4亿年时间是最古老生命的时代，地球到这个时期已经历了几十亿年的演变。从寒武纪开始，地台经过长期风化、剥蚀、搬运等外力地质作用，地球表面高低差异减少（即平夷作用），低洼区域屡遭海水浸漫，浅海面积不断扩大。到了志留纪末期，地台周围和地台之间的地槽区发生了加里东（英国的一个山名）运动的大变动，延续时间为几百万年。原来低平地区重新被抬高，简单地貌复杂起来。经过这场变动之后，有的地方发生了倾斜、褶皱，有的地方发生断裂，大陆总面积扩大。随着平夷作用的又一次进行，地球地势又逐渐趋向平缓，太平洋若干地区重新发生海浸，在石炭纪中期，海浸规模达到最大。从石炭纪晚期开始，强烈的构造运动使地槽里的沉积岩和火山岩层产生剧烈的褶皱，转化成褶皱山系，构造运动此起彼伏，一直延续到晚古生代末期。

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（四）地球的中生代时期。
中生代是爬行动物，特别是恐龙类的全盛时期。我国发现了此时期大量观赏性的恐龙化石,如云南的禄丰龙，四川的马门溪龙，山东的鸭嘴龙等。距今2亿年前，发现了鸟类和哺乳类的化石。有现代鸟类和爬行类特征的始祖鸟化石，就是在侏罗纪的地层中发现的。
中生代时期分为三叠纪、侏罗纪、白垩纪，从距今2.3亿年起到6700万年前结束，延续时间大约1.6亿年。中生代开始以后，地球史发展出现了新的转折，潘加亚大陆逐步解体，各个陆块渐渐趋向于漂移到现代所处的位置，岩石圈又经历了一系列重要的变动。
（五）地球的新生代时期。
新生代是现代生物类型出现和发展的时期。在新生代中，各种昆虫和哺乳动物发展最盛。大约3百万年前的地层中，已经发现了能制造简单工具的人类化石。这时便形成了我们当今千姿百态、种类繁多的观赏石。新生代时期是地质历史时期中最新的一个时代，包括现代在内整个新生代大约为6700万年，由第三纪和第四纪组成。
这些地质年代的遗存，主要是依据岩石的构成与变化而得来，从各类观赏石的质量上我们便可详尽地探索和得知地球演变各阶段的地质年代信息。这些地质年代的信息，不仅映像其地球演绎生命的奇迹，而且给人类留下了宝贵精美的观赏石财富。
三、从观赏石的形成机理探索其大自然的奇特奥秘。
观赏石的形成机理，是指观赏石即岩石的特定功能在一定的系统结构中，各要素的内在运动方式以及诸要素在一定环境条件下相互联系、相互作用的自然法则和原理。
观赏石既是按地学规律形成的一种矿产资源，又是按美学规律去鉴赏的自然艺术品。它的形成是一个复杂而缓慢的过程。

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（一）观赏石在特定的环境下形成了特殊的形态、质地、色泽、纹理。
第一，观赏石形态的形成机理。
观赏石的形态之所以特别，是大自然的“神力”造就了观赏石的奇、怪、巧、美、灵。观赏石千姿百态的形体形成，与原岩的化学组分、物理性质、结构构造等地质环境与条件密不可分，这些因素受内动力及外动力地质作用的影响而形成。
一是内动力地质作用是观赏石形态形成的重要因素。
内部地质作用主要是以地球内热为能源并主要发生在地球内部，包括岩浆作用、地壳运动、地震、变质作用和构造作用等方式。
岩浆作用：地壳深处的岩浆，具有很高的温度，遭受很大的压力，当地壳运动出现破裂带时，局部压力降低，岩浆向压力降低的方向运移，沿着破裂带上升，侵入到地壳内，称侵入活动；如喷出地面，称火山活动；同时在运移中不断地由于分异作用和同化作用等的影响而改变着自己的化学成分和物理化学状态，直至冷凝为岩石。这种包括岩浆活动和冷凝的整个过程叫岩浆作用。地下岩浆通过导浆通道喷出地表的全过程叫火山作用。
变质作用：地壳中已存在的岩石，由于受到构造运动、岩浆活动或地壳内热流变化以及陨石冲击地球表面的影响，物理和化学条件发生变化，使原岩的矿物成分和结构构造（有时还有化学成分）发生了不同程度的变化的过程。
构造运动：主要由地球内部能量引起的地壳或岩石圈物质的机械运动。常以岩石变形、变位和地表形态的变化等形成表现出来。

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二是外动力地质作用是观赏石形状形成的决定因素。
外动力地质作用是由地球外部营力引起的、发生在地球表层的地质作用。是大气、水和生物在太阳能、重力能的影响下产生的动力对地球表层所进行的各种作用。外力地质作用几乎均有重力能参与，外力地质作用使地表形态和地壳的岩石组成发生变化。外力地质作用分为河流的地质作用、地下水的地质作用、冰川的地质作用、湖泊和沼泽的地质作用、风的地质作用和海洋的地质作用等。外力地质作用还可按其发生的序列分为风化作用、斜坡重力作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和硬结成岩作用。
风化作用，如化学风化、物理风化、生物风化的作用后发生机械崩解和化学分解，破坏产物基本残留原地，使坚硬的岩石变为松散的碎屑及土壤。
侵蚀、刨蚀、潜蚀作用后而破坏，破坏产物同时被搬走。搬运作用，经过机械搬运、化学搬运、生物搬运，将风化、剥蚀物搬运到它处。沉积作用，搬运物在条件适宜的地方发生沉积，条件适宜是指搬运能力减弱，如流水搬运泥砂时，流速减小时，动能减少过载而沉积。化学沉积受化学反应规律支配，过饱和沉积胶体凝胶作用；固结成岩作用，松散沉积物转变为坚硬的沉积岩。
受外力地质作用形成的观赏石，有多种不同的形成环境。地下水及地表水的作用。通常是以含二氧化碳的水及地表由植物所产生的有机酸和其他矿物所衍生出来的无机酸共同作用在富含碳酸盐质的岩石上所形成的腐蚀性化学作用，把岩石冲刷和腐蚀成千奇百态的形态及各种各样的空洞。或因钙质溶解在水中后又沿岩石裂隙重新将钙质沉积在其他环境中，比如各类的钟乳石和与其有关的碳酸钙沉积物。凡被山体所解离出来的灰岩个体和块体，在这样的地质化学环境下，经水蚀(实际以酸蚀为主)作用，就能形成各种各样的观赏石。有些碳酸盐质的岩石被深埋在红土层发育较好的地方，靠近地表层较近的潜水，在溶解土层里的有机和无机酸后岩石产生酸蚀作用也可形成万千变化的观赏石。
外力作用使观赏石的外形千姿百态。
风化残积型是新解岩层在物理和化学风化作用下形成的岩石，由于岩石受到风化程度不同，使其性状不同，因而把岩石的风化带剖面划分为全风化岩、强风化岩、中风化岩、微风化岩及未风化岩，一般的风化作用自上而下、自外向内的风化原则。残积是保持在原岩所在位置，没有受到搬运力的水平搬运，而只受垂直力的淋漓作用而形成的岩石。

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坡积型是雨水或雪水将高处的风化碎屑岩石洗刷而向下搬运，或由本身的重力作用，堆积在平缓的斜坡或坡脚处，受日晒雨淋而产生裂隙，经过长期溶蚀，形成了瘦、漏、透、皱等不同外形状。
洪积型是山区溪沟间歇性洪水挟带的碎屑岩石，一般堆积在山前沟口。属快速流水搬运，因此一般颗粒较粗，除砂、砾外，还有巨大的块石，分选性也差，大小混杂。因为洪流搬运距离不长，碎屑滚园度不好，多呈次棱角状。层理面不清，斜层理和交错层理发育而形状奇异。
冲积型是河流沉积作用形成的堆积物，随着搬运能力的减弱，总是粗的、比重大的先沉积，细的、比重小的后沉积。因此，在河谷内随着水流的变化，冲积物呈有规律的分布。如在河流的纵向分布上，冲积物粒径从上游到下游逐渐减小。沿河流横向分布，冲积物粒径从河床中部到岸边逐渐变细。冲积物的颗粒具有良好的磨圆度，一般都有比较清晰的层理。河流沉积物的特点，随着在河流的不同地段而不同，并且表现在不同的地貌形态上。如河床沉积、河漫滩沉积和河口区沉积等形成的岩石各呈妖娆。
风成型是在戈壁沙漠地带，受大陆性气候影响，寒暑剧变，空气对流强，风沙大，风的吹扬作用和风携带吹扬物质对石体的磨蚀作用而成形。
风洞穴型是岩溶地区的洞穴，地下水的溶蚀作用形成形态万千的钟乳石。还有结核型即“石胆”和矿晶型也自成形态。
外动力的作用决定观赏石的外貌。水成岩必须有流水的冲蚀作用，风成岩必须有风、沙的吹蚀作用，山石类则是雨水、日晒等作用的结果。石体被搬运的远近，可直接影响石体的外体形状。

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第二，观赏石质地的形成机理。
    质地是指其结构的性质，也就是其品质或资质。决定观赏石质的因素是各类观赏石原石的物质组分及其结构、构造。同时还取决于从原岩分离出来后的风化程度。
    一是观赏石质的主要决定因素是其物质组分和化学成分。
自然界各种矿物，按硬度分为十个等级。应用划痕法将棱锥形金刚钻针刻划所试矿物的表面而发生划痕，习惯上矿物学或宝石学上都是用摩氏或莫氏硬度。用测得的划痕的深度分十级来表示硬度：滑石(talc)1，石膏(gypsum)2，方解石(calcite)3，萤石(fluorite)4，磷灰石(apatite)5，正长石(feldspar;orthoclase;periclase)6，石英(quartz)7，黄玉(topaz)8，刚玉(corundum)9，金刚石(diamond)10。而从矿物本身性质看，一般分为硬质、次硬质、软质、最软质。目前已发现的观赏石，多数是硬质，主要含SiO2即二氧化硅。矿物组成的岩石及软质岩石，主要含CaCO3即碳酸钙。硬质观赏石是含石英多的石种，如黄河石、长江石、汉江石、三峡清江石、神农石、雨花石、九龙璧、大化石、黄蜡石等。软质的观赏石是以碳酸盐类形成的观赏石，如英石、灵璧石等。二氧化硅（SiO2）成分的观赏石比较坚硬、致密、耐磨、抗腐蚀性强。碳酸钙（CaCO3）是一种无机化合物，是石灰岩石（简称石灰石）和方解石的主要成分。这种成分的观赏石易磨、易溶蚀，形成漏、透、瘦、皱形态。
二是岩石受风化作用程度不同，形成不同的观赏石的质感。
岩石可以给人一种坚韧感觉，在各种场景下具有很强的视觉冲击力。
岩石在风化过程中，经过千锤百炼而形成硬度大的观赏石强度高，并具很高的耐火度，最坚固有韧性的要算石英岩、玄武岩。坚固的要算花岗岩、石英斑岩、硅质片岩、砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁矿等，这些硬度大的岩石珍贵且利收藏。
岩石在风化过程中形成密度大的观赏石往往给人觉得质感美，最大就是矿石，再依次是花岗石、正长岩、闪长岩、斑岩、辉绿岩、流纹岩、花岗片麻岩、片麻岩、石英岩、大理岩、板岩、凝灰岩、火山角砾岩、砾岩、石英砂岩等。
岩石在风化过程中形成有润泽度的观赏石冲击人们的视野，油润性和透泽度越高观赏性越强。
岩石在风化过程中形成纯净度高、表面少瑕疵的观赏石，往往呈硅化或玉化状态，完整性的观赏石给人们以大美的享受。

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第三，观赏石色泽的形成机理。
观赏石的色泽，是指观赏石鲜艳的色彩和光泽，和谐的色调和多彩的色相，润泽光洁如玉的石肤，这是观赏石自然美的重要体现。
我们常常看到各种不同颜色的观赏石，其实是整体之大体色，仔细观察会发现岩石的颜色一般是不均匀的。观赏石显示出的颜色是其中的矿物的颜色，我们看到的是其中矿物颜色的综合，其中的主要矿物和某些可以“染色”的微粒会影响岩石的颜色。不同的岩石含有的矿物种类和含量不同，因此岩石呈现各种不同的颜色。分散的微粒“色素”物质也会将整个岩石染色，特别是沉积岩更加常见。所以决定岩石颜色的主要因素是它的物质成分。 　　
　　岩石的颜色按照主要致色成分划分为两大成因类型，即继承色和自生色。主要由陆源碎屑矿物（陆源碎屑岩是母岩机械破碎的产物经搬运、沉积和成岩作用所形成的由碎屑颗粒和填隙物所组成的岩石。）显现出来的颜色称为继承色，是某种颜色的碎屑较为富集的反映，只出现在陆源碎屑岩中，如较纯净石英砂岩的灰白色，含大量钾长石的长石砂岩的浅肉红色，含大量隐晶质岩屑砂岩的暗灰色等。主要由自生矿物（包括有机质）表现出来的颜色称为自生色，可出现在任何沉积岩中。
沉积岩以外的岩石颜色主要是由其中的矿物决定的。例如有的岩石因含有氧化铁矿物或者钾长石较多，因此看上去是红色的；有的岩石含有石英或者方解石等矿物特别多，因此看上去是白色的。有的岩石是花的，呈现红、黑、白、黄等各种颜色，例如花岗岩，由于其中的矿物成分比较复杂，因此呈现出各自的颜色，黑色的为黑云母和辉石等，白色的为石英、钠长石，红色的为钾长石等。变质岩中常见的绿帘石、绿泥石、海绿石等矿物常使岩石呈现绿色。还有一些岩石是含有某些金属矿物高的矿石，例如黄铜矿，呈现金黄色，并有金属光泽。而铁是最普通的“色素”，三价铁离子微粒使岩石呈红色；二价的铁离子使岩石呈绿色，并且因为 Fe3+、 Fe2+不同而呈混色紫红、黄褐等。有机质等使岩石呈灰黑色，锰使岩石呈褐黑色。

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由于不同颜色的光具有不同的穿透力，给人以不同的光感。黑色石体是能全吸收各色光，白色石体则几乎对各色光全反射。而一些透明石体，因能透过各种波长的光，所以给人的视觉是无色的，能透过红色波长的光，则可见红色。如辰砂、红宝石等。能透过蓝色波光的光则看见蓝色，如海蓝宝石、蓝宝石等。观赏石的颜色，是由组成原岩的矿物所含的色素离子、致色元素和带色矿物的不同及含量多少、分布状态而呈现不同的颜色。
许多观赏石其甚佳色彩的形成，除原岩组成矿物的原生色外，一个重要的因素是形成过程中在河床中经历千万年的流水中矿物元素、离子致色的结果，这种作用，在赏石界俗称为“水镀”。长期的含矿流水的冲刷，水中矿物质对岩石的致色，由于水中所含矿物质种类不同，含量不同，水流急、缓不同而有不色的致色结果，石体在水中的这些作用，使众多的观赏石的色彩十分丰富，红色、暗红色、棕色、褐红色、褐色、褐灰色、褐黑色，灰白色、灰绿色，色泽多彩而协调，加上石质致密、细腻、石皮被流水长期冲刷，石肤十分光洁润滑，因此，大多的观赏石色彩鲜明，光感效果甚佳。
颜色形成的环境比较复杂。原始的产出环境是由原始的各种矿物组合而形成不同色彩的环境。形成的这些色彩，绝大多数与高价铁或低价铁的含量有关，低者红、高者黑；另一种较普遍的色彩是较复杂的绿色系列组合，该种色彩一部分是与酸化铜硫酸、磷酸、硅酸等有关；另外就是一些镁、铝、镍、铬等矿物的硅酸盐及其结合物。所以，各种矿物的不同组合的矿物数量的多寡就不同。加之氧化、还原条件以及暴露和埋藏的不同环境，处于开放环境还是封闭环境等不同条件，都可能组成观赏石的绚丽多彩的颜色。
有些矿物的色彩，是自身特有的色彩，如辰砂本身就显血红色，孔雀石常显翠绿色，萤石常呈紫色、绿色等；灰岩虽成分大致相同，但因所含杂质不同颜色也有差异，如含微量铁质，含微量泥质及矿物颗粒。结晶粗细等不同条件，颜色也会产生差别。
后期环境是与岩石在自然界经长期搬运、腐蚀、风化后再着色有关。这一过程中可使岩石自身的表面色彩产生异化或假色。但所附色彩多与铁染有关。如黄腊石，原系含多金属硫化物的石英脉体，经解离、破碎成为个体岩石。一经解离破碎后，再经河水长期冲剧滚动摩擦使岩石中的金属硫化物发生解离氧化，结果不仅使岩石遗留下很多形态不一的空洞外形，而且铁的氧化物谍留在岩石表面，使原本洁白的石英罩上了一层深浅不一的黄褐色，泛出一层油光发亮的腊黄色。色泽的深浅和石英的纯度及被冲刷、浸渍的时间长短有关。有些风砺石的表面也附有一层铁染的游离硅质，这种假色或是伪色，常常改变并丰富着观赏石的格调和价值。有些观赏石如梅花玉、牡丹石等，之所以色彩艳泽，状如梅花、牡丹，皆是由于状浆岩的后期蚀变，使微斜长石重结晶呈花辫状，并显红或粉红色。玉类的颜色多是由于岩石经蚀变，矿物发生产低作用而产生一些新的矿物，即一些显绿颜色的矿物。这些绿色矿物多交代为蛇纹石。如山东的崂山绿石，它是产在一个强大的剪切动力变质带上的一种以蛇纹石为主的岩石。蛇纹石、叶腊石这类矿物是典型的蚀变矿物，如被扭曲拉弯，则会出现淡绿、深绿、墨绿色的组合。这类观赏石晶莹圆润。
总之，不论先期的固有色还是后期的附加色，他们都相互作用、相互制约，很难分清先后次序。
观赏石是由矿物所含的色素离子、致色元素和带色矿物的不同种类、分布状态和含量多少决定的。观赏石的色有原生色（矿物元素的自然颜色）和次生色（风化后形成的颜色）两种。原生色是由原生矿物或有机质显现的颜色，通常分布比较均匀稳定，如海绿石石英砂岩的绿色、炭质页岩的黑色等等。次生色是由次生矿物显现的颜色，常常呈斑块状、脉状或其他不规则状分布，如海绿石石英砂岩顺裂隙氧化，部分海绿石变成褐铁矿而呈现的暗褐色等等。无论是原生色还是次生色，其致色成分的含量不一定很高，只是致色的效果较强。原生色常常是在沉积环境中或在较浅埋藏条件下形成的，对当时的环境条件具有直接意义。次生色则除特殊情况外，多是在沉积物固结以后才出现的，只与固结以后的条件有关。

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离子致色是金属阳离子起成色作用，如暗红色、棕黄色是铁离子致色，黑褐色是锰离子致色，绿色或蓝色是铜离子致色。二价铁离子使岩石成色为黄褐、褐、棕色，三价铁离子使岩石成色为暗红、棕红、大红色。在一件观赏石中，有的既有原生色，也有次生色，或者有双重离子致色，如果是多种致色作用，则出现丰富的色彩。
矿物元素致色有其固有色，属自然色，自然色可以使岩石致色，如黑色元素碳颜色稳定使岩石呈黑色，如黑灵璧石，合山彩陶石中黑色硅质岩，黑珍珠等，这种碳元素致色，不易褪色。而有一些是粉末状黄铁矿所呈现的黑色，易与水形成亚硫酸，具漂白作用，很易使黑色褪掉。有些岩石的节理裂隙及毛细孔，遇到亚铁或高铁离子则可以致色成黄、褐、黑等多种颜色于孔隙中，形成一些草花等花纹图案。三峡的图纹石、国画石，广西的国画石等属于此类。矿物元素的颜色，使一些观赏石带有明显的原色，如铜离子使孔雀石成绿色，铜蓝为蓝色，三江红碧玉，除原来碧玉岩的红色外，也有铁离子致色，崂山绿石是其蛇纹石化或叶蜡石化形成的绿色，黄龙玉，黄蜡石的黄色、金黄色，是铁离子染色的结果，风化作用对观赏石的颜色也起重要作用，大化彩玉石色彩十分丰富，是其自身及水中带有多种矿物元素致色作用的结果，湖北风化壳型的绿松石是含铜、含磷线性致色形成的，风化壳型矽卡岩铜、铁矿床线性风化壳形成绿色孔雀石，广东阳春、湖北黄石的孔雀石即是这种类型。

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第四，观赏石纹理的形成机理。
一是由沉积作用形成，即沉积物在沉积过程中，搬运有分选，物质有叠加，粗细、软硬更替，这样形成不同沉积物不同的层纹或色纹，如层理纹。
二是由变质作用形成纹理，变质作用矿物重结晶，不同成分有不同纹理以及色的不同形成的纹理，也有些置换矿物不同形成的纹理。
三是火成作用形成的纹理，火山喷发及侵入作用都可以产生纹理，方解石脉，石英穿插形成纹理。
四是由构造运动，褶皱、断裂形成的波状纹或构造岩的纹理。
五是由风化作用，矿物色离子致色形成的纹理，如三峡石的图纹，国画石的图纹等。
（二）观赏石的主要物质构成和形成的地质条件。
第一，各类观赏石的主要组分。
一是矿物构成成分。
１、岩浆岩即火成岩类观赏石的构成。
　　①花岗岩。花岗岩是分布最广的深成侵入岩。主要矿物成分是石英、长石和黑云母，颜色较浅，以灰白色和肉红色最为常见，具有等粒状结构和块状构造。按次要矿物成分的不同，可分为黑云母花岗岩、角闪石花岗岩等。很多金属矿产，如钨、锡、铅、锌、汞、金等，稀土元素及放射性元素与花岗岩类有密切关系。花岗岩既美观抗又压强度高。
　　②橄榄岩。橄榄岩是侵入岩的一种，主要矿物成分为橄榄石及辉石，深绿色或绿黑色，比重大，粒状结构。是铂及铬矿的唯一母岩，镍、金刚石、石棉、菱铁矿、滑石等也同这类岩石有关。
　　③玄武岩。玄武岩是一种分布最广的喷出岩。矿物成分以斜长石、辉石为主，黑色或灰黑色，具有气孔构造和杏仁状构造，斑状结构。根据次要矿物成分，可分为橄榄玄武岩、角闪玄武岩等。铜、钴、冰洲石等有用矿产常产于玄武岩气孔中，玄武岩本身可用作优良耐磨耐酸的铸石原料。
　　④安山岩。安山岩是喷出岩之一，分布很广，仅次于玄武岩。主要矿物成分是斜长石、角闪石和少量的辉石等。新鲜时呈灰黑、灰绿或棕色，具斑状结构。与安山岩有关的矿产主要是铜，其次是金、铅、锌等。
　　⑤流纹岩。流纹岩是一种与花岗岩化学成分相当的喷出岩。一般色浅，多为浅红、灰白或灰红色，具斑状结构，流纹构造。流纹岩性质坚硬致密。

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2、变质岩类观赏石的构成。
变质岩除含有角闪石、碳酸盐类等主要造岩矿物外，变质岩中常出现铝的（红柱石、蓝晶石）；不含铁的镁硅酸盐矿物；复杂的钙镁铁锰铝的硅酸盐矿物类；铁镁铝的铝硅酸盐矿物(堇青石、十字石等)；纯钙的硅酸盐矿物等以及主要造岩矿物中的某些特殊矿物（蓝闪石、绿辉石、硬玉、硬柱石等）。
变质岩分布区矿产丰富，世界上发现的各种矿产,变质岩系中几乎都有,许多特大型，如金、铁、铬、镍、铜、铅、锌等。主要分布于前寒武纪变质岩中，其成因大多与变质岩的形成有关。其他如与矽卡岩有关的铁矿床、铜铅锌等多金属矿床、与云英岩有关的钨锡钼铋铍钽矿床等，也与变质岩的形成有关。
　　①大理岩。大理岩是接触热变质岩，白、灰绿、黄或浅蓝色，等粒或变晶结构，块状构造，主要矿物为方解石、白云石；次要矿物为透闪石、透辉石。
　　②矽卡岩。矽卡岩是接触交代变质岩，颜色不定，结构为粒状微晶，块状构造，主要矿物为石榴子石、绿帘石、透辉石；次要矿物为铁、镁、钙硅酸盐。
　　③蛇纹岩。蛇纹岩是接触交代变质岩，灰绿-黄绿色，隐晶质变晶结构，块状构造，主要矿物为蛇纹石；次要矿物为磁铁矿、钛铁矿。
　　④板岩。板岩是区域变质岩，灰至黑色，隐晶质变晶结构，板状构造，主要矿物为石英、粘土、绢云母。
　　⑤片岩。片岩是区域变质岩，黑、灰绿或绿色，变晶结构，片状构造，主要矿物为云母、绿泥石、角闪石；次要矿物为长石、绿帘石。
　　⑥千枚岩。千枚岩是区域变质岩，黄、绿或蓝灰色，隐晶质变晶结构，千枚状构造，主要矿物为石英、绿泥石、绢云母。
　　⑦石英岩。石英岩是区域变质岩，白或灰白色，粒状变晶结构，块状构造，主要矿物为石英，次要矿物为白云母、硅线石。
　　⑧片麻岩。片麻岩是区域变质岩，灰或浅灰色，粒状变晶结构，片麻状构造，主要矿物为石英、长石，次要矿物为云母、角闪石、硅线石。

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３、神奇的沉积岩类观赏石的构成。
沉积岩的物质来源丰富多彩。风化作用产生的物质，它包括机械风化、化学风化和生物风化。机械风化是以崩解的方式把已经形成的岩石破碎成大小不同的碎屑；化学风化是由于水、氧气、二氧化碳引起的化学作用使岩石分解形成碎屑；细菌、真菌、藻类等生物风化作用也能分解岩石。火山爆发也喷射出大量的火山物质，植物和动物有机质在沉积岩中也占有一定比例，还有数量甚微的宇宙来源的沉积物如陨石。
沉积岩中蕴藏着大量的沉积矿产，如煤，石油，天然气，盐类等，而且铁、锰、铝、铜、铅、锌等矿产中，沉积类型的也占有很大的比重。
沉积岩中除了和岩浆岩、变质岩都有的且含量较多的矿物如石英、云母、绿泥石、长石及铁的氧化物外，沉积岩还有自己特有而在岩浆岩变质岩中没有的矿物，如盐类矿物(石膏、石盐等)玉髓、高岭石及其它粘土矿物及炭质等，这些都是富氧的条件下形成的矿物。
二是化学成分。
①沉积岩的化学成分。
由于沉积岩的原生物质主要来自岩浆岩，故其平均化学成分与岩浆岩的总平均化学成分很相似。但由于沉积物质在风化、搬运和沉积过程中发生了分异，故各类沉积岩间的化学成分相差很大，碳酸盐岩以钙镁氧化物和CO2占优势；砂岩以SiO2为主；泥岩以铝硅酸盐为主，并与沉积岩的总平均化学成分相近。
由于沉积岩是在地表环境下形成的，故其Fe2O3>FeO,富含H2O、O2、CO2及有机质；沉积岩碱金属含量比岩浆岩低，但K2O>Na2O。
②岩浆岩的化学成分。
地壳中所有的元素在岩浆岩中几乎均已发现，含量最高的是：O、Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K、Ti，占岩浆岩总重量的99.25%，其中氧含量最高，占总重量的46.59%，占体积的94.2%。
③变质岩的化学成分。
在变质岩的形成过程中，如无交代作用（交代作用是指热液与围岩发生化学变化及置换作用）,除H2O和CO2外，变质岩的化学成分基本取决于原岩的化学成分;如有交代作用,则既决定于原岩的化学成分，也决定于交代作用的类型和强度。变质岩的化学成分主要由SiO2Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、CaO、MgO、K2O、Na2O、H2O、CO2以及TiO2、P2O等氧化物组成。由于形成变质岩的原岩不同、变质作用中各种性状的具化学活动性流体的影响不同，变质岩的化学成分变化范围往往较大。

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第二，观赏石形成的主要地质条件。
一是沉积岩形成的主要地质条件。
沉积岩来自于岩石和有机物的碎片，叫做沉积物，在百万年期间积聚成堆。这些紧密的岩石比火成岩更易弯曲。像沙，盐，粘土，砂岩，炭和石灰石都是例子。
　　沉积岩是在地壳表层的条件下，由母岩的风化产物、火山物质、有机物质等沉积岩的原始物质成分，经搬运、沉积及其沉积后作用而形成的一类岩石。
其主要地质特征有三种。层理构造显著；沉积岩中常含古代生物遗迹，经石化作用即成化石；有的具有干裂、孔隙、结核等。常见的沉积岩，有直径大于3毫米的砾和磨圆的卵石及被其它物质胶结而形成的砾岩，由2毫米到0.05毫米直径的砂粒胶结而成的砂岩，由颗粒细小的粘土矿物组成的页岩，由方解石为其主要成分，硬度不大的石灰岩等。
　　风化的岩石颗粒，经大气、水流、冰川的搬运作用，到一定地点沉积下来，受到高压的成岩作用，逐渐形成岩石。沉积岩保留了许多地球的历史信息，包括有古代动植物化石，沉积岩的层理有地球气候环境变化的信息。
二是岩浆岩形成的主要地质条件。
　　岩浆岩主要有侵入和喷出两种产出情况。侵入在地壳一定深度上的岩浆经缓慢冷却而形成的岩石，称为侵入岩。侵入岩固结成岩需要的时间很长。地质学家们曾做过估算，一个两千米厚的花岗岩体完全结晶大约需要六万四千年；岩浆喷出或者溢流到地表，冷凝形成的岩石称为喷出岩。喷出岩由于岩浆温度急聚降低，固结成岩时间相对较短。一米厚的玄武岩全部结晶，需要十二天，十米厚需要三年，七百米厚需要九千年。可见，侵入岩固结所需要的时间比喷出岩要长得多。
　　岩浆岩中有一些自己特有的结构和构造特征，比如喷出岩是在温度、压力骤然降低的条件下形成的，造成溶解在岩浆中的挥发份以气体形式大量逸出，形成气孔状构造。当气孔十分发育时，岩石会变得很轻，甚至可以漂在水面，形成浮岩。如果这些气孔形成的空洞被后来的物质充填，就形成了杏仁状构造。岩浆喷出到地表，熔岩在流动的过程中其表面常留下流动的痕迹，有时好像几股绳子拧在一起，岩石学家称之为流纹构造、绳状构造。如果岩浆在水下喷发，熔岩在水的作用下会形成很多椭球体，称之为枕状构造。可见，这些特殊的构造只存在于岩浆岩中。
　　岩浆岩不论侵入到地下，还是喷出到地表，它们和周围的岩石之间都有明显的界限。如果岩浆沿着层理或片理等空隙侵入，常形成类似岩盆、岩床、岩盖等形状的侵入体，它们和围岩的接触面基本上和层理、片理平行，在地质学上称为整合侵入；如果岩浆不是沿着层理或片理侵入，而是穿过围岩层理或片理的断裂、裂隙贯入，这种情况形成的侵入体被称为不整合侵入体。人们通常所说的岩墙，就是穿过岩层近乎直立的板状侵入体，厚度一般为几十厘米到几十米，长度可以从几十米到数十公里，甚至数百公里。

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　在岩浆从上地幔或地壳深处沿着一定的通道上升到地壳形成侵入岩或喷出到地表形成喷出岩的过程中，由于温度、压力等物理化学条件的改变，岩浆的性质、化学成分、矿物成分也随之不断地变化，因此，在自然界中形成的岩浆岩是多种多样、千变万化的，如基性岩、中性岩、酸性岩，还有碱性岩、碳酸岩等岩类，也充分说明了岩浆成分的复杂多样性。
三是变质岩形成的主要地质条件。
    变质岩是在高温高压和矿物质的混合作用下由一种石头自然变质成的另一种石头。质变可能是重结晶、纹理改变或颜色改变。
　　变质岩是在地球内力作用，引起的岩石构造的变化和改造产生的新型岩石。这些力量包括温度、压力、应力的变化、化学成分。固态的岩石在地球内部的压力和温度作用下，发生物质成分的迁移和重结晶，形成新的矿物组合。如普通石灰石由于重结晶变成大理石。
　　变质岩是组成地壳的主要成分，一般变质岩是在地下深处的高温（要大于150摄氏度）高压下产生的，后来由于地壳运动而出露地表。大面积变质的岩石为区域性的，但也有局部性的，局部性的如果是因为岩浆涌出造成周围岩石的变质称为接触变质岩；如果是因为地壳构造错动造成的岩石变质为动力变质岩。
岩石在各种地质作用下，地球就像万花筒一样，将各类岩石造就成千姿百态的观赏石。

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四、观赏石的形成难度和适度整理效用。
观赏石在形成过程中，需要一定的特定环境并经历了相当的缓慢演变，其难度是相当之大的。正因为形成难度大，故我们须将显现在地球表面的精美观赏石赋予人文价值，进行科学整理，让其显露出真实貌容，给人类以大美的享受。
（一）观赏石形成的难度。
岩石观赏石的形成其难度之大。地球上的岩石观赏石千姿百态，五彩缤纷，它们是怎样形成的呢？科学家们借助于先进的设备，已摸清了岩石的来龙去脉。
第一，岩浆岩的形成难度。
按质量计算，在地壳中，约有四分之三的岩石是由地球内部的岩浆冷却后凝结而成的岩浆岩。在地球上，目前还可以看到火山爆发后喷出的温度高达1000℃以上的液态的岩浆，经过冷却后形成的坚硬岩石。岩浆岩在地下形成，因此，它分布于地球表面不多，一般都埋藏在比较深的地下。
岩浆岩是由形成于上地幔或地壳的高温的、粘稠的、并含有大量挥发性的硅酸盐熔融体，侵入到地下深处或喷发出地表，冷凝结晶而形成。侵入到地下深处的，称为侵入岩；喷出地表的，称为喷出岩或火山岩。按其化学成分（SiO2含量），又分为超基性、基性、中性和酸性岩浆岩。最常见的玄武岩，即是基性的火山岩，而花岗岩则是酸性的侵入岩。
第二，沉积岩形成的难度。
有少数的岩石是泥沙、矿物质和生物遗体等长期沉积在江湖和海洋底下，经过长期紧压胶结，以及在地球内部热的作用下，变成了岩石，如砂岩、页岩和石灰岩等。沉积岩尽管所占的比例不多，可它多数分布在地球表面，因此，我们平时容易看到。
    沉积岩是在地表或接近地表条件下，经风化作用、生物作用或火山作用形成的产物，经搬运、沉积和石化作用所形成的岩石，按其组分，可分为碎屑岩，由各种碎屑组成，如砾岩、砂岩、粉砂岩、火山碎屑岩等；粘土岩，由粘土矿物组成，如泥岩、页岩；化学岩，风化溶解之溶液在正常地表温度下沉淀而形成，如石灰岩、沉积硅质岩等，在化学岩中，常含有各种化石或生物碎屑。
　　第三，变质岩形成的难度。
岩浆岩和沉积岩形成之后，受地壳内部的高温高压的作用，改变了性质和结构，就形成了另一种变质岩，如石英岩、大理岩等。
变质岩是由原先存在的岩石(火成岩、沉积岩或早期变质岩)，在温度、压力、应力发生改变以及物质组分加入或带出的情况下，使原来的火成岩、沉积岩等岩石发生矿物成分、结构构造改造而形成的岩石，如板岩、片岩、片麻岩、大理岩、石英岩、混合岩等。
第四，岩浆岩、沉积岩、变质岩这三种岩石之间还可以互相转化。其形成过程复杂而难度大。
埋在地下的变质岩可以被地壳运动推到地球表面，在地球表面再形成新的沉积岩。的确，岩石正是经过长期的各种条件的作用，而由其它物质转变成的。它的形成是相当的缓慢与艰难。
观赏石在原石时，它源于地壳不断发生的褶皱、扭曲、叠压、错层、断裂等地质运动，从而改变了岩石最初的赋存状态，在不同底层、地温的相互作用和相互反应下，在经过风化作用，从而使观赏石具有了不同的种类、不同的归属。
这些岩石并非一开始就坚硬，它们是要经过千锤百炼，才能达到现在的硬度。所以说，观赏石的形成条件是苛刻的，是有相当难度的。比如石钟乳就是一米一万年方可形成。
    极细的太空尘埃形成的原始岩石最初十分松软，简直就像是棉花糖；而且它们具有多孔状结构，因此又像是软木塞。总的来说，原始岩石看起来一点也不像现在的岩石，而是一种松软多孔的絮状物。那么，这些松软的岩石如何形成坚硬的岩石呢？是靠相互之间的撞击力。

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  由于原始岩石起初密度很低，有些甚至能在空中漂浮。这些原始岩石在宇宙风（太空湍流）、相互之间的引力和宇宙膨胀等力量的作用下四处翻滚，相互之间必然会不断地撞击。然而，经过数亿年数以万亿次的撞击之后，慢慢发生了变化。原始岩石在太空这个天然的“加工厂”里，由松软多孔的絮状结构被挤压成坚硬致密的结构。
最初形成的岩石很小，不过是一些直径几毫米的小颗粒。这些颗粒状岩石的密度变大之后，相互之间的引力也逐渐变大，它们慢慢聚集在一起形成大岩石。数以万计的大岩石就形成了地球。
    不同成因的岩石，有不同的矿物组合和结构构造。当岩石在形成时或后期改造而具有奇特的造型、美丽的纹理、具有象形或抽象的图案，即具有观赏价值时，就成为了岩石类观赏石。
在岩石类观赏石中，不同成因的岩石类型，其质地明显不同，形成的难度也就不同。观赏石的硬度、密度、风化程度、包浆程度等，取决于石体的石质。对岩石类观赏石来说，它取决于组成岩石观赏石的矿物单体的硬度和密度；对矿物晶体类观赏石，其硬度和密度直接决定于该矿物的硬度和密度；而对于化石类观赏石来说，其硬度和密度则决定于化石的石化类型和石化程度和难度。
（二）观赏石的适度整理及效用。
第一，天然的观赏石奇妙无穷。
在中华大地，众多的观赏石是以其原貌展现在人们面前的。如灵璧石、雨花石、太湖石、英石、昆石、大化石、蜡石、黄河石、大漠石（风蚀石）、唐尧石、轩辕石、长江石、清江石、绿松石、玛瑙及孔雀石、九龙壁、雪浪石、台湾的南投石等石种各呈体系，各有千秋。这些观赏石经过发现与采集，只须适度清洗，配备适当的底座即可供赏。观赏其原汁原味的石品趣味无穷，有极强的观赏性与收藏性，也是观赏石三级市场上主流石种。
第二，适度整理的石种及效用。
在我国观赏石领域里，成千上万类别的石头五彩纷呈，有些观赏石默默无闻地生长在自然界无人知晓，其表皮长期风化水蚀等，使其皮肤被异物掩盖。如果不进行适度整理，其芳容难见于世，故人们便采用恰当的手段进行科学的整理。
需要整理（适度去除表皮）才可露真相的观赏石种目前有田黄寿山石、各类鸡血石、各类名贵玉类、金海石、三峡石、台湾的玫瑰石、草花石、梅花玉、黄河日月石、松花石等。通过适度整理，在不损伤或加减石品纹理与色彩或者非化学处理的基础上，显现出观赏石内在的真正含意，让寻常百姓人家即可得到精美的观赏石品。
同时，观赏石的科学价值和实际效用还表现在健身入药、家居装饰、入食携佩等。观赏石的科学效用价值正在为人们增大可喜的幸福指数。

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参考文献：
《宝藏》杂志
《中华奇石大观》
《赏石探究》
《炎黄文化》
《香港地质公园网》
《中国观赏石协会论坛》
《中国观赏石协会网》
俞莹《观赏石价值体系研究提纲》
倪集众《观赏石地质学概论》
张士中《论观赏石自然美的成因机理》
李四光《地球表面形象变迁之主因》
阿碧《宇宙中的岩石是如何形成的》
董传万《观赏石的特点、成因分类与石质鉴评》
陈国能等《原地重熔与地壳演化》
金性春《漂移不息的大陆》
谢万明等《青少年科技丛书》
陈新国《湖南观赏石石谱》

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