岩石学及其研究意义

作者&投稿:再豪 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
~ 岩石学作为研究岩石的学科,在地球科学中占据着重要的地位。它主要研究岩石的产出方式、组成特征、分类命名、岩石成因、形成环境和资源背景,包括岩相学(petrography)和岩理学(petrogenesis)两个方面。传统上,岩相学主要是在野外地质调查的基础上,通过显微镜对岩石进行系统描述和分类命名,属于描述岩石学范畴。随着科学技术的进步,岩相学的研究已经拓展到将显微镜观察与现代分析测试技术相结合,全面研究岩石的矿物组成、化学成分和物理性质(光性矿物学、岩石化学、矿物化学、岩石物理、矿物物理等)。岩理学又称为成因岩石学,主要研究岩石的成因和形成过程:就是在深入的岩相学研究基础上,结合实验研究和理论分析,通过比较、归纳、演绎深入认识岩石的形成过程,理解地球上发现的(以及来自其他星球的)各种各样岩石的多样性的起因,分析人类难以直接观察的地球内部岩石物质的性质,进而为探讨地球和行星系统动力学过程提供知识储备和理论支撑。
岩相学是岩理学的基础,也是地质类大学生首先要掌握的内容,因此,本书将把讨论的重点放在岩相学部分。岩理学是岩相学的深化,也是现代地球科学理论的基石。正如Philpotts & Ague(2009)在《火成岩和变质岩岩石学原理》一书中指出的,自然界提供的有关岩石形成事件和过程的证据是零碎的,这就要求岩石学家把这些零碎的证据组合起来,才能构成一个连贯的故事。由于岩石是地质历史时期发生的地质事件的产物,是地球和行星历史的实物“档案”。因此,对岩石的特征、时空分布规律、形成时的物理化学环境和岩石成因过程的研究,可以为解决有关地球乃至太阳系形成和演化历史的重大问题作出贡献。
另一方面,矿石也是岩石,人类社会赖以生存的矿产资源就赋存在岩石之中,而岩石的性质对人类赖以生存的地下水、油气资源的赋存状态以及地表的地质作用、地质灾害都有重要影响。因此,对各类岩石的研究,不仅是认识地球的需要,也是实现资源的永续利用、预防和减轻地质灾害、保护人类的生存环境、促进人类社会可持续发展的需要。岩石学在解决地质学重大科学问题方面的作用,可以从以下例子中体现出来。
1. 岩石圈组成和深部过程的岩石学探针:对于大陆岩石圈组成和深部过程,人类难以直接观察,就需要结合岩石学探针技术和地球物理方法来间接进行研究。岩石学探针技术是通过对各种岩石样品的综合研究,分析岩石所处地质时期的岩石圈组成、结构和深部过程。主要的研究对象包括:(1)产于和卖火山岩中的深源捕虏体(Pearson et al.,2003),例如,我国辽宁复县古生代金伯利岩,道县、信阳和阜新中生代火山岩,以及汉诺坝、鹤壁、山旺、女山等地新生代玄武岩中,都存在上地幔橄榄岩、下地壳麻粒岩的捕虏体(郑建平,2009);(2)因构造运动抬升剥露到地表的高级变质地体以及中下地壳甚至上地幔剖面,例如,意大利下地壳剖面(马昌前,1998);(3)火成岩的源区示踪和岩浆房过程分析,其中,镁铁质-超镁铁质岩石主要反映地幔组成和过程,长英质岩石主要反映地壳的组成及其内部过程,而中性岩往往是地壳分异-混合和壳幔相互作用的产物。在研究方法上,不相容元素和同位素比值反映了岩浆源区化学成分的变化;而相容元素反映了矿物稳定性的变化,可提供有关地壳和地幔深处压力、温度和流体条件的信息。地球物理资料反映的是现今岩石圈的深部结构,代表了晚近时期地质作用留下的综合信息,主要包括岩石波速测量(路凤香等,2006)、现今地表热流测量(Rudnick & Gao,2003)等。例如,我国开展的深部探测技术与实验研究,利用深地震反射技术,了解地壳底部30km以上的精细的地壳结构(董树文等,2011)。地球物理模型与岩石学模型的结合,将对岩石圈结构和组成提出更全面的约束。
2. 大地构造环境的岩石学分析:20世纪60年代中期建立的板块构造理论,发端于大陆漂移、海底扩张和地幔对流假说和模式。这一理论不仅解释了地震、火山、山链的分布样式,而且解释了大陆和海底的形成机制,也为地质历史时期不断变化着的地球气候及其对生物演化过程的影响提供了新解释(NRC,2008)。有些岩石类型和岩石组合,只有在特定的大地构造环境中才能出现(莫宣学等,2009),因此,结合其他的地质标志,就能从岩石学上分析有关岩石产出的古构造环境。例如,钙碱性岩浆岩常常出现在与大洋板块俯冲有关的岛弧和陆弧环境中,而碱性岩或双峰式岩浆岩则代表了与地壳伸展有关的构造环境。在沉积岩中,碳酸盐岩和石英砂岩通常形成于稳定的构造环境内,而长石砂岩、杂砂岩则形成于构造活动强烈的地区;在克拉通内部形成的碎屑沉积岩富含石英和长石,而在活动大陆边缘则多形成富含岩屑和长石的碎屑沉积岩。又如,麻粒岩是大陆下地壳的代表性岩石,而蓝片岩、榴辉岩等高压-超高压变质岩则是板块俯冲-碰撞环境的产物。
3. 盆-山关系的岩石学印迹:地质学上最初争论最大的问题就来自对沉积岩的观察。英国地质学家、火成学派的创始人詹姆斯·郝顿(James Hutton,1726~1797年)就曾根据沉积地层的厚度、沉积岩的各种特征以及沉积岩中化石的存在,推测过地球的年龄(Hutton,1788)。今天,对盆地中沉积岩的观察仍然是认识造山带的演化过程和盆-山关系的切入点。盆地和山岭是陆地表面的两个基本构造单元,它们在时间和空间上相互依存,在物质和能量上相互交换,二者具有密切的耦合关系。在碰撞造山带,构造活动直接控制盆地的发育和演化过程。一个典型的实例是印度板块与欧亚板块在始新世的碰撞,造成了青藏高原的隆升和周缘盆地的形成(许志琴等,2007)。山岭的隆升和剥蚀产生了大量的碎屑沉积物,这些沉积物分布于印度板块及其边缘海盆地中,如孟加拉扇新生代以来沉积物的总体积就达到了12×10^6km^3,为解决与青藏高原形成演化相关的科学问题打开了一扇窗口。例如,关于印度板块和欧亚板块的碰撞是何时发生的问题,在巴基斯坦西北部Waziristan地区的古近系-新近系地层中就记录了这次事件造成的不整合接触,从而可以将碰撞时间限定在66~55Ma之间(Beck et al.,1995)。研究表明,在俯冲带或垮塌的造山带,大规模岩浆活动产生的热和力学效应可导致上覆岩石快速的抬升和剥蚀,表现为岩浆侵入与粗碎屑岩堆积近于同时,新形成的岩浆岩直接作为弧前盆地的沉积物源(Kimbrough et al.,2001)。这一系列过程可以发生在短短的几百万年之间,其信息被记录在造山带和相关盆地的各类岩石中。
4. 矿产资源的岩石学专属性:人类可资利用的矿产资源大都取自地壳浅部的三大类岩石中。深入研究岩石的特征和形成过程,对于了解有用物质的迁移和聚集机制,指导找矿勘探有重大的价值。例如,岩浆岩蕴藏了大量的金属和非金属矿产,其中,金刚石主要产于金伯利岩和部分钾镁煌斑岩中,Cr、Ni矿与镁铁质-超镁铁质岩石有关,Mo、W、Sn矿常与某些花岗岩有关,一些超大型的斑岩铜矿产于与大洋板块俯冲有关的中酸性浅成岩浆岩中,而Li和稀土矿可以在伟晶岩中寻找。目前世界上最大的铜矿是智利的丘基卡马塔(Chuquicamata)和埃尔特尼恩特(El Teniente)斑岩铜矿,铜总储量分别达6935万吨和6776万吨。值得注意的是,煤、油页岩等可燃性有机矿产以及石油、天然气等能源几乎全是沉积成因的,而赋存于沉积岩及沉积变质岩中的密西西比河谷型(MVT)及沉积喷流型(SEDEX)Pb-Zn矿床,其储量占Pb、Zn总储量的1/2,产量占Pb、Zn总产量的2/3(赵振华等,2003)。变质岩中


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新平彝族傣族自治县15281079631: 矿物岩石研究 意义 -
正晴消栓: 矿物和岩石研究的意义: 1)了解地球的形成与演化历史. 2)寻找矿产资源:固体矿产,油气资源. 3)为解决工程地质、地震、火山灾害、环境的变化等问题提供重要依据.

新平彝族傣族自治县15281079631: 谁有关于岩石的资料? -
正晴消栓: 岩石是在各种不同的地质作用下产生的,由一种或多种矿物有规律组合而成的矿物集合体.如大理岩主要由方解石组成,花岗岩由石英、长石、云母等多种矿物组成.根据成因,岩石可分为三大类:即由岩浆活动形成的岩浆岩,由外力作用形成...

新平彝族傣族自治县15281079631: 岩石具有地质学和岩石学意义是什么意思? -
正晴消栓: 研究岩石对了解这一地区的地质演化历史和岩石化学组成以及岩石学特征有重要意义

新平彝族傣族自治县15281079631: 什么是岩石学?岩石学家是作什么的?
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