岩石学研究的基本方法

分析结果以氧化物的形式表示，

一般包括

SiO2

、

TiO2

、

Al2O3Fe2O3

、

FeO< /p>

、

MnO

、

Mg O

、

CaO

、

Na2O

、

K2O

、

< br>P2O5

、

H2O

、

。如果不想了解挥发分的变化，则只有前面

11

项。

如果要了解不同岩石之间同种矿物的化学成分变化，还 需要进行单矿物分析。

2

、室内岩石 学

-

矿物化学

单矿物分析的目的是为了了解不同岩石中矿物的成分变化及由此反映的成因信息。

如同 一个

岩浆系列中，

早期单元中的斜长石比晚期单元中的斜长石更 为基性。

应用微区分析技术

（如

电子探 针）

，我们还可以清楚地了解矿物的生长历史，相矿物的环带结构就表明了其形

成环境的变化。

2

、室内岩石学

-

稀土元素

更深入一点的问题，

还有赖于微量元素的研究，其 中包括同位素、

稀土元素与痕量元素。

由

于这些元素的含量极少，在岩石体系中服从稀溶液定律，有他们反映的信息更加具有 成因

意义。例如经常用到的稀土元素标准化模式，由于

Eu2+

具有替代斜长石中

Ca2+

的倾向性，

通常认为

Eu2+

的异常与斜长石的含量和成分有关。在层中岩体中，其下部岩系经常含有

Eu2+

的正异常，而下部则为负

Eu2+< /p>

异常（图

1-7

）

，被认为是斜长石结晶分离的结果，以及

斜长石逐渐富含< /p>

Ab

分子。

2

、室内岩石学

-

痕量元素

Zb29-1

钾长石年龄谱

2

、室内岩石学

-

同位素示踪

2

、室内岩石学

-

实验岩石学

(experimental petrology)

要更加确切地了解岩石的成因与演化，

实验岩石学与实验矿物学的工作是必不可少的，

可以

提供可扩的 热力学依据。在这方面，最著名与最经典的的莫过于

(1928)

的玄武质

岩浆结晶分离试验。

通过他们的工作，

提出了一个被后人称为鲍温反应原理和鲍温反应系列

的基本岩石学框架，影响 之大，至今仍是岩浆岩成因演化最主要的论据。

2

-

数值模拟

(numerical simulation)

数值模拟是一种简洁的将实验数据与 地质事实结合起来推导详细地质过程的方法。

由于我们

的生存时 间有限，

我们的实验结果都是在特定边界条件范围内取得的，

尽 管我们经常可以按

照一般的推理原则大致将它们联系起来，

从而 推知整个地质过程。

详细的讨论则离不开数值

模拟的工作，特别 是它可以不受时间的限制。

一、

成岩成矿作用的基本过程

元素及其化 合物在不同的条件下形成不同的矿物或矿物组合，

所形成的矿物或矿物组合按一

定的方式构成岩石（矿石）

岩

（矿）

石成因实际上系指什么样的元素在什么样的条件下形成什么样的矿物，< /p>

以及这些矿

物是如何构成岩石的

岩石学研究的五种联系

1

-

固相反应

岩石的形成与演化，

可以归结为物质体系的重组，

< br>重组的实质是体系中发生的各种化学反应。

这些反应千差万别，归纳起来，主要有 三类：固相

-

固相反应、有流体相和

/

或气相参与的反

应、有离子参与的反 应。固

-

固反应是一类反应物与生成物均为固相的化学反应，可 以分为

以下几种。

A

、同质异构转变

例如：

C====C

石墨金刚石

A

、

同质异构这类反应的特点是，

虽然反应物与生成物的成分相同，

但结构类型

不 同，是同一种化学物质在不同的

P

、

T

条件下形成的种类各异的矿物相。控制这类反应的

主要因素是< /p>

T

和

P

。研究这 类反应的平衡条件，既可研究同质多象转变体稳定的

P-T

条件 ，

也可以研究它们的转变条件，为探讨含有这类矿物的岩石的形成条件提供有力证据。< /p>

B

、固溶体的分解作用

两种固相相互溶解形成的一个成分均一的固相，称为固溶体。如混有一定量

A b

的钾长石，

高温时为透长石，温度降低时发生分解，形成两相 交生的条纹长石，一个相是富含

Ab

的钾

长石，一个是富含

Or

的钠长石。这类反应的主要控制因素是

T

，也可以是

P

，

PH2O

对这类

反应的平衡也有一 定影响。

岩石深度位置的变化

利用这一点，我们可以了解岩石形成当时和体系封闭时这两个事件之间体系发生的环境变

化。如吉林辉南大椅山玄武岩中的透石岩包体，具有斜方辉石和尖晶石出溶叶片的的透

辉石碎斑，其形成条件为

T=1249

℃，

P=2.44GPa

，基质透辉石形成 条件为

T=992

℃，

P=1.36GPa

。

这表明地幔岩在进入玄武质熔 浆之前曾经有过上升的历史，

按

35km/1GPa

力梯度换算，地幔上隆幅度约为

38km

。

C

、矿物有序度的变化

这实质上是有序度不同的同质多象转变，

像长石、

橄 榄石、斜方辉石、

斜方角闪石等矿物均

存在这样的情况。

控制这种过程的主要因素是温度，

一般情况下高温为无序，

利于有序度的升高。矿物的有序度变化也是研究形成条件的一 个很好的标志。

D

、固相

固相反应

当反应中有 多个固相参与时控制这类反应的主要因素是温度和压力，

当体积变化很小时，

类反应可以作为地质温度计

(thermome ter)

；体积变化大时，可以作为压力计

(baromete r)

。

2

、 有流体相和

/

或气相参与的反应

地质流体在地球物质科学中具有重要的地位，

特别是在成矿作用过程 中。

流体的作用不仅仅

在于参与反应，

而且也是影响反应动力学的主要因素之一。

如果没有流体的存在，

地球上绝

大部分的地质作用都难以进行，

甚至包括象断裂构造 这种通常认为主要是机械作用的地质过

程。控制这类反应的主 要因素为

T

和

P

A

、脱水反应（水化反应）

这类反应在变质作用、

成矿作用、

次生变化及风 化作用过程中是常见的，

在岩浆期后作用过

程中也具有很重要的 地位。

著名的鲍文反应原理可以归结为：

“实验研究过的许多造岩矿物体系都是反应关系，而不是

共结关系，因此，发生结晶 分异作用是可能的”

。结晶分异作用发生的方式：

“结晶分异< /p>

作用可以以下几种方式发生：

(1)< /p>

早期结晶阶段形成的高密度矿物的晶体沉降；

(2)

固溶体矿

物环带；

(3)

结 晶作用结束阶段岩浆透过结晶网格萃取。无论是哪一种方式，由于晶体与液

体分离而不再 接触，

都可以导致岩浆成分发生改变。

”

结晶分异作用的后果：

“结晶形成的岩

石，

特别是象斜长岩、

纯橄榄岩和辉石岩这样的单矿物岩是 岩浆房中晶体发生重力堆积的产

物。

”

晶体生长动力学条件的影响：

“缓慢冷却促进晶体生长和沉降；

太慢的冷却可以导致平

衡结晶作用，并因此减小形成环带结构的可能性

< br>;

太快的冷却将导致玻璃的形成。

”

鲍文反应

系列

4

、岩石学特征的控制要素

主元素：相平衡热力学

痕量元素：亨利定律

结构：热力学参数特征

构造：运动学参数特征

能量来源：地球深部地球科学研究的方法论

1.

地质学研究对象的基本特征

2.

科学研究方法论

3.

地球科学研究的五种联系

4.

岩石学研究基本方法一、地质学研究对象的

基本特征

1

、时空不可及性

2

、复杂性

3

、系统相关性地球动力学事件链

地球深部过程

幔源岩浆活动

壳源岩浆活动

地壳增厚

高原隆升

地表剥蚀

沉积物堆积

二、科学研究方法论

1

、归纳法：人类对客观世界的认识往往是从具体的实际观察开始的，通过观察发现事物发

展的规律，并将其总结提高成为可以指导生产实践的理论。

2

、演绎法：从一个理论模型出发，设定一些可能的边界条件，采用逐一枚举和

/

或排除的方

法来完成研究或预测。< /p>

3

、实证法：通过科学实验获取科学参 数，再现自然过程。归纳法的问题：地球科学研究对

象的时空不可及性决定了观察的不完 备性总体的一般性不能代替个体的特殊性复杂的地质

问题不可能通过简单的方法解决

?

岩浆中晶体的成核速率与生长速率与过冷度有关，后者取