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岩石学教材(岩石学简明教程)

岩石学教材(岩石学简明教程) 岩石学

岩石学是研究岩石的成分、结构、产状、分布、成因、演化历史及其与成矿关系的学科。地质学的分支。陨石、月亮石等来自宇宙的岩石也是岩石学的研究对象。岩石学常分为岩石学和岩石学。前者主要研究岩石的成因,前期多指与火成岩相关的成因研究;后者主要是识别岩石的成分和结构,对岩石的特征进行描述和分类,也叫描述岩石学或岩相学。

在古代,岩石和矿物统称为“石”。关于矿物岩石性质的最早记载是中国的《山海经》和古希腊提奥夫拉斯图斯的《石头记》。古希腊哲学家泰勒斯“万物源于水,又归于水”的论断,可以看作是沉积岩思想的萌芽。

18世纪下半叶至19世纪初,以德国地质学家维尔纳为首的弗赖堡学派主张水的形成说,认为一切岩石都是混沌水的沉积物。首先沉积花岗岩和片麻岩,然后是片岩和大理岩,后来是页岩、砂岩和砾岩。英国自然科学家赫顿于1788年提出了火成岩形成理论。他认为,在地下热量的影响下,形成的熔体可以通过火山活动形成火山岩,或者在深部结晶形成花岗岩。

各派都以自己的观点排斥对方,基本上把所有的石头都视为同源。1830年,英国自然科学家利提出了岩石的成因分类,分为火成岩、火山岩、深成岩和变质岩。深成岩包括花岗岩和片麻岩。从“水火之争”到莱尔的岩石分类,多重成因观点取代单一成因观点,是岩石学孕育阶段的主要标志。

现代岩石学形成于19世纪中期至50年代。在这一阶段,野外地质调查和区域地质填图有了很大发展,使历史比较法广泛应用于岩石学的各个领域,确定了各种岩石组合与其地质环境的关系,加深了对岩石成因的认识。

英国地质学家索比将偏光显微镜用于观察砂岩、石灰岩和粘土板岩时,现代微观岩石学开始了。在1866年的德国描述岩石学教科书中,Cikl阐述了岩石的许多子类。1873年Cikl发表的《显微镜下矿物和岩石的特征》和Rosenbusch发表的《显微镜下岩相学中主要矿物的结构》奠定了微观物理学的基础。

从19世纪末到20世纪初,形成了石油化学。美国的克拉克和德国的奥桑是这一领域的奠基人。他与克拉克·华盛顿等人合作,研究了从地表到十英里深处的物质平均成分,发表了《火成岩平均成分和地壳成分》等重要著作,创立了CIPW岩石化学计算方法;挪威岩石学家沃格特以矿渣为材料进行高温熔融实验,解释硅酸盐中的共晶关系,确定矿物的结晶顺序并应用于天然岩石;美国岩石学家鲍文于1928年发表了《火成岩的演化》,提出了钙碱性岩浆中矿物沉淀的反应系列和原理,俗称“鲍文反应原理”,奠定了岩浆分异的理论基础。在变质岩岩石学方面,挪威地球化学家戈尔德施米特和芬兰岩石学家埃斯奎拉将物理化学中的相律应用于岩石学,创立了变质相的概念。

第二次世界大战结束后,特别是20世纪50年代以来,随着国际多学科地学研究活动的开展,板块理论不断兴起和发展,作为地质学一个分支的岩石学进入了一个新的发展时期。

随着X射线和电子显微技术的发展,对岩石和矿物内部结构的研究已经进入微区领域。光谱学和X射线荧光分析等痕量分析技术的发展,使稀土和微量元素的定量成为可能,并为某些成岩作用过程的研究提供了定量依据。质谱可以测定岩石和矿物的同位素组成,不仅可以提供有关成岩作用的时间信息,还可以为示踪岩浆演化、岩浆起源、岩石变质及其形成过程等原岩提供重要信息。高温实验可以测量到数百亿帕斯卡的压力,大约在深度600公里以下,可以模拟上地幔一些岩石的形成。

上述新技术、新方法的应用,是对早期地壳岩石、洋底岩石和深部地幔岩石的研究,积累了大量资料,促进了现代岩石学理论的完善。地震研究使过去的一元或二元原始岩浆理论转变为受构造环境控制的多种岩浆形成的观点。洋中脊、裂谷带、活动大陆边缘和大陆环境中有不同的岩浆组合。[下一个]

除岩浆分异作用和岩浆同化作用外,岩浆演化中的岩浆混合作用观点越来越受到重视。板块构造理论对沉积岩石学也有重大影响。现代沉积岩石学理论认为,大型沉积盆地及其沉积中心与板块运动有关,板块相互作用和板块构造环境是沉积盆地演化和各种沉积相形成与分布的关键。

利用现代沉积和水动力环境的实验模拟资料解决古沉积环境问题,是沉积岩石学研究的生长点。变质相和变质相系的研究初步建立了变质作用与构造的关系,地幔与地壳相互作用产生的热流是区域变质作用的根本原因。80年代以来变质作用的温度-压力-时间轨迹研究揭示了变质历史与地壳构造演化的关系。

岩石学的一个分支

火成岩岩石学是研究主要由岩浆作用形成的岩石的成分、结构、形成条件和演化历史的学科。运用现代实验技术、物理化学、流体力学等理论,阐述了各类岩浆的演化、迁移、冷却和结晶过程。根据岩浆岩和构造单元的区域地质分布,总结出各类岩浆岩自然组合的时间空分布规律。

沉积岩石学是研究沉积物和沉积岩的成分、结构、构造和成因的学科。其主要内容包括沉积物和沉积岩的物质成分、粒度和生物化石群落的研究;确定沉积环境和沉积物源区,阐明古地理条件,恢复古构造;根据碎屑和基质的比例,以及矿物颗粒和有机组分的分选性,对沉积物和沉积岩进行分类。根据化学沉积物的特征,确定水体的化学性质和海水的深度等。

变质岩岩石学是研究地壳内变质作用、变质岩的形成特征和演化历史的学科,天体陨石的撞击变质作用也属于这一研究范畴。

在地壳演化过程中,地幔与地壳的相互作用引起了区域热流和构造环境的变化,产生了一系列属于不同变质相、变质相系和不同变形程度的变质岩。它们是自然界变质作用的记录,因此也是变质岩岩石学的研究对象。变质岩石学可分为变质地质学和变质实验岩石学两个方向。

工业岩石学是利用硅酸盐技术对与硅酸盐矿物有关的资源进行的研究和开发,也称为技术岩石学。

其他还有宇宙岩石学、化学岩石学、实验岩石学、地幔岩石学和构造岩石学。

岩石的形成与形成时的地质环境密切相关,岩石的形成是地质环境的一种表现。因此,为了弄清地质环境,区域地质学、大地构造学、构造地质学和地层学的研究是必不可少的知识。矿物学和地球化学可以阐明岩石中主要造岩矿物和元素的迁移变化规律。结合化学热力学和化学反应动力学,它们可以解释岩石形成过程中可能的物理化学过程和岩浆生成的可能原岩。

宇宙岩石学可以看作是岩石学和天文学之间的纽带,而地幔岩石学可以看作是岩石学和地球物理学之间的桥梁。这两个子学科拓展了岩石学研究的时间空范围,地幔深度可达600公里,可追溯到40亿年左右。他们的研究成果为研究地球早期演化提供了基础数据。

作为一个自然系统,岩石组合成因复杂,受多种因素制约,并与地壳演化密切相关。有效的岩石学研究,一方面要摆脱传统观点的束缚,从纯岩石的描述中解放出来;另一方面,也要防止简单化的倾向,把复杂的原因纳入简单的原因。

在岩石学研究中,需要掌握更多的岩相学和区域地质资料,充分认识各种岩石之间的场关系,加强岩石组合和岩石物质成分(包括矿物学和地球化学)的研究,从而进一步引出客观的形成条件和岩石构造历史,从物理化学基本理论上阐明其内在联系和根本原因。此外,从全球构造的观点来看,总结和分析岩浆建造、变质建造和沉积建造的时间空分布规律将是岩石学的基本任务。

 
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