岩石学的发展简史

作者&投稿:包孟 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
岩石学的发展简史和研究现状~

1.发展简史
世界上最早记述矿物岩石的书籍是中国的《山海经》,它是公元前约400年战国初期的著作,书中记载了多种矿物和岩石。
18世纪末期,是岩石学成为一门独立学科的起始期。初期,主要研究的是岩浆岩,到19世纪中叶才开始系统地研究变质岩,而沉积岩直到20世纪初才引起人们的注意,但它的研究发展十分迅速,到20世纪30年代就已发展成了一门独具风格、内容丰富的学科了。
18世纪末到19世纪初期,对岩石的研究途径主要是野外观察和肉眼鉴定。至1828年,由于偏光显微镜的出现和使用,对岩石学的深入发展起了极大的推动作用,使岩石学的研究进入了新阶段,并为后来岩石学的全面发展奠定了基础。直到目前利用偏光显微镜观察与鉴定岩石仍是岩石学研究中一种最基本的方法。
19世纪晚期,费德洛夫旋转台的发明和使用,随后X射线晶体衍射实验的成功,为研究岩石的矿物成分、晶体结构开辟了新天地。
20世纪中期到末期,由于多种近代测试分析方法的完善和应用,使矿物的研究向微量、微区,高速度、高精度的新阶段迅猛发展。矿物有序-无序的研究、矿物地质温压计的探讨、矿物稳定同位素的测定,都直接或间接地为地壳中和壳下物质存在的状态、岩浆的形成和演化提供了有力的证据。目前岩石学的研究,正沿着与矿物学、岩石化学、地球化学、区域岩石学、岩类学、岩理学、实验岩石学和工艺岩石学等多方面彼此联系、相互推进的方向发展。
对于岩石化学,早期和近期都进行了大量的分析,特别是20世纪50年代后,有了较大的发展,创立了各种岩石化学计算方法、岩石化学指数和岩石化学图解,提出了岩石的化学成分分类,从不同的方面揭示了岩石的特征、成因联系、成矿专属性和岩浆岩的共生组合规律。地球化学研究,也为不同火成岩系间主要元素和微量元素的分布和组合的差异、找矿勘探和岩石成因与矿产的形成等方面提供了线索。同位素和稀土元素地球化学的应用,在确定各类岩石的物质来源、生成年代与形成温度上也有了很大的突破。
近20年来,各种新的快速大型集成测试方法的使用、多种边缘学科的相互渗透、计算机的迅猛发展和应用,使海量的区域岩石学、岩类学、岩石地球化学资料的积累和综合整理成为现实,为日益深入研究岩石拓展了新方向,与此同时还产生了许多崭新的理论,因此岩石学正进入一个蓬勃发展的新时期。
2.研究进展
近年岩石学研究重要的进展主要表现在:
大陆岩石圈研究 地震学、地球化学、岩石学等的最新研究成果表明,岩石圈在热状态、化学成分和力学行为等方面具有高度非均匀性。不仅表现为岩石圈性质和结构随深度的变化,而且还反映在不同时代、大陆与海洋以及克拉通和造山带岩石圈结构特征的显著差异上。性质和结构的差异体现了岩石圈形成和长期演化过程的复杂性。不同岩石圈块体之间、岩石圈与深部对流地幔之间普遍存在着相互作用,是稳定克拉通岩石圈遭受改造甚至破坏的深部机制,同时还是地球深、浅部物质交换的重要方式,显著影响着地球深部的对流和地表的构造过程。值得注意的是,由于岩石圈本身定义的模糊性及其厚度的不确定性,地震活动与岩石圈强度之间的关系以及大陆岩石圈演化的规律性等问题仍有待于进一步的研究和探索。
花岗岩成因研究 花岗岩是大陆地壳的重要组成,当前花岗岩研究中的几个重要问题主要集中在:①花岗岩的成因分类;②花岗岩浆起源的温度与压力条件;③结晶分异作用与花岗岩成分变化;④花岗岩成因与壳幔演化;⑤花岗岩形成的构造环境等。总体认为,高分异花岗岩成因类型的确定是比较困难的,在有些情况下甚至不可能准确分类。花岗岩的锆饱和温度和锆石钛温度计可对花岗岩浆形成的温度提供重要信息,但对花岗岩浆起源的压力条件的确定相对困难。花岗岩主要形成于俯冲带或碰撞造山带后造山的拉张构造背景中,在这两种情况下,挥发分和热的加入可使地壳发生部分熔融而形成花岗岩岩浆。
岩浆碳酸岩的研究 通过岩石学,矿物学,岩石分类,C、O、Sr同位素,碳酸岩与矿化的关系,以及实验岩石学、流体包裹体、CO2-H2O-NaCl流体体系性质的研究,对(碱性)碳酸岩的特征、碳酸岩岩浆的来源及成因、岩浆-热液的演化进行了分析和探讨。认为碳酸岩形成至少经历了三个阶段,即岩浆阶段、岩浆期后阶段(气相碳酸岩/岩浆热液阶段)、交代碳酸岩阶段。而作为与碳酸岩在空间和成因上有密切联系的基性岩、超基性岩、碱性杂岩体,则经历了碳酸岩成岩阶段以前的岩浆不混熔作用、结晶分异作用、岩浆结晶作用以及碳酸岩形成之后的围岩蚀变(霓长岩化)作用。
火山射气岩浆喷发研究 射气岩浆喷发是一种特殊类型的火山活动,水在这类火山活动中起着至关重要的作用,其喷发产物———低平火山口和基浪堆积物在中国乃至全世界都很常见(孙谦等,2007)。我国南方北部湾周边第四纪火山区存在大量射气岩浆喷发成因的低平火山口和基浪堆积物。国际上对射气岩浆喷发的研究始于1921年,近几年的研究成果主要集中于基浪堆积物的地质特征、射气岩浆喷发形成的基本条件、喷发过程的动力学机制,以及基浪流的搬运过程等重要问题研究,有待解决的难点是火山区射气岩浆喷发的机制与喷发物搬运运动学。
沉积学研究 当代沉积学研究的最新进展与发展趋势(刘宝珺,王剑等,2002)主要包括:①碎屑岩、碳酸盐岩及混合沉积的环境变化及其演变;②沉积盆地分析与大地构造沉积学;③层序地层学;④冰川事件沉积学;⑤全球变化沉积学;⑥环境沉积学;⑦资源沉积学;⑧生物礁及白云岩成因;⑨碳酸盐岩成岩作用等。上述学科分支研究方向的发展表明,现代沉积学研究具多学科交叉渗透、多种高新技术引用和多领域应用的发展取向。未来沉积学研究将以人类的生存与发展所依托的环境、气候和资源为服务对象。
沉积学的概念发展大致经历了沉积岩岩石学、沉积学、沉积地质学三个阶段。目前,沉积学研究已延伸出层序地层学、事件沉积学、矿床沉积学、实验沉积学、大地构造沉积学、储层沉积学、全球旋回地层学等。将来,沉积学除在大陆动力学、全球变化方面进一步深入发展外,还将与资源和环境密切结合,形成新的学科领域,主要包括资源沉积学、环境沉积学、大陆动力沉积学、全球变化沉积学等,进而为人类生存与发展作出重大的贡献。
碳酸盐岩的分类学研究 Wright(1992)提出了一个更完整的灰岩成因-结构分类体系,把灰岩分为生物作用类、沉积作用类及成岩作用类三大类,即Folk和Dunham所描述的分类均属于沉积作用类。需特别指出的是,在从松散沉积物到已石化为坚硬岩石的成岩过程中,不但灰岩的组构会发生变化,而且组分也会发生变化,从而使灰岩的成因-结构分类变得更加复杂。这方面还存在许多有待进一步研究的问题。梅冥相(2001)提出在应用Wright的分类体系时,有必要在沉积作用类中增加“非正常沉积作用亚类灰岩”;针对许多非礁相地层中发育的由生物礁岩石构成的生物层及生物丘,有必要对生物作用类灰岩进行更进一步的分类。
火山岩中下地壳麻粒岩包体研究 是窥视深部地壳的一个窗口,已成为探索大陆下地壳物质组成和演化最直接的研究对象;下地壳岩石包体一般具有麻粒岩相矿物组合,主体由镁铁质麻粒岩组成,以出现紫苏辉石矿物为标志,下地壳包体的平衡温度为700~1040℃,平衡压力在0.8~1.4GPa之间。在绝大多数地区,基性下地壳包体占优势,其共同特征是低SiO2、高CaO和MgO,过渡族元素和不相容元素含量变化很大,不同构造背景和不同岩石类型的包体同位素成分也有差异,全球各大陆下地壳包体Nd、Pb同位素组成分布具有“块体效应”特征。利用出露于地表的下地壳麻粒岩包体可以探讨下地壳物质组成和成分,建立下地壳物性剖面和岩石圈模型,并可作为幔源岩浆底侵作用的重要判据之一。世界范围内下地壳麻粒岩包体研究也表明,在探讨下地壳的组成特点上,由火山岩中麻粒岩包体和出露的麻粒岩地体两类岩石样品所获得的下地壳组成特点存在比较大的差异,前者较后者反映的下地壳组成更偏基性。下地壳包体的类型与成因对揭示大陆地壳的增生、演化方式以及壳-幔交换作用具有重要的指示意义。
糜棱岩的研究 糜棱岩是一种具有丰富地质信息的载体,在理论和实践上都有着重要的研究意义。近20年来糜棱岩岩石学的研究,主要在显微超微构造、岩石固态流变、动力变质成矿、成岩模拟实验、构造地球化学、造山带运动学和同位素年代学等7个方面,并发现了层次糜棱岩,进行了人工糜棱岩的成岩实验和获得了一批同位素测年新数据。糜棱岩的微观研究,可进一步拓展到壳幔流变学、构造年代学和造山带比较学等新的学科研讨。

我国春秋战国时代创作的《山海经》,是世界上最早对矿物原料作系统描述的著作,迄今该学科已经历了近2500年的发展。根据研究技术方法的不同,可将矿物学发展史划分为19世纪中叶前的肉眼描述阶段,19世纪中叶后的偏、反光显微镜研究阶段,20世纪初开始的X射线结构分析和矿物成因研究阶段,20世纪30年代兴起的高温高压实验研究阶段,60年代形成的矿物物理学综合研究阶段五个阶段。根据研究的深度和广度,可将矿物学的发展史划分为20世纪前的描述矿物学阶段和20世纪以来深入矿物本质和矿物成因的研究阶段。
矿物学发展到今天,已成为现今岩石学、矿床学、地球化学、地球物理学、矿物材料学、环境地质学最重要的基础学科,甚至也是地层学、构造地质学及采矿、选矿、冶金学和其他有关学科的基础。
1.现代化分析测试技术与多学科新理论已被引入矿物学研究
从2500年前到20世纪初,矿物学研究一直限于简易鉴定、普通光学显微镜下的描述和湿法普通化学分析,只涉及矿物外部形态、宏观物性、主要化学组成、产状、产地、用途和定性分类等基本方面,在整个国际矿物学界,也还处于描述矿物学阶段,或处于19世纪中叶前的肉眼描述阶段和19世纪中叶至20世纪初期的偏、反光显微镜研究阶段。20世纪初,发达国家已开始将X射线分析手段引入矿物研究,进入了矿物X射线结构分析和矿物成因研究的崭新阶段。20世纪30年代,国际矿物学界引进高温高压实验技术和热力学理论,开始了矿物学的高温高压实验研究阶段。此后,在较短时期内又陆续引入了气液包裹体实验技术和温压地球化学理论、微束探测技术(电子探针、离子探针、激光探针、扫描电镜、透射电镜、同步辐射X荧光等)和晶体化学理论、其他高新技术(激光光谱、拉曼光谱、红外光谱、质谱、穆斯堡尔谱、顺磁共振谱、核磁共振谱等)和谱学理论,以及同位素研究方法和同位素地球化学理论,形成矿物学与多学科交叉融合的综合研究阶段。通过多学科交叉,加以电子计算机技术的配合,矿物学研究已实现了从微粒到微区,从宏观到微观,从现象到本质,从静态到动态,从部分到整体,从零星分散孤立到全面系统互相联系的飞跃。现今对矿物的认识,不仅限于宏观形态性质等外部特征,而且扩展到矿物内部主元素原子或离子的排列,杂质元素的赋存状态,元素不同价态和键性,元素同位素及其比值,矿物色心,矿物中电荷密度的分布,矿物表面性质,矿物的流体包裹体中游离的H和O,矿物的晶格缺陷,矿物的流变特性,矿物对声、光、电、磁、热的相互转换以及矿物与元素之间在吸附、催化、扩散之间的相互作用。此外,矿物形成演化的内外条件的实验、模拟、计算、分析及有关成果在地质理论探讨、矿产资源寻找、宝玉石加工、矿物材料研制、环境监控等多方面的应用研究也逐步得到加强。应当承认,在20世纪早期,半封建半殖民地的社会政治形态严重妨碍了我国矿物学的发展,新中国的诞生和生产力的大发展才使得我国矿物学有可能引入现代化的分析测试技术并与多学科新理论相融合,从而使我国矿物学在20世纪末期进入与国际矿物学基本同步发展的阶段。
2.多学科融合与人类生产生活实践推动矿物学分支学科蓬勃发展
唯物主义最核心的观点是存在决定意识。任何科学门类的发生发展都是与人类社会的生产生活相适应的。20世纪中叶以前,国际社会所面临的一个重要问题是矿产资源匮乏,因此为找矿服务就成为矿物学研究的首要任务。20世纪后半叶,矿物分析测试技术日渐多样化和现代化,矿物学包容了大量其他学科的新思想和新理论,人们对自身生活质量和生活环境的关注日益加强,矿物学的资源属性发生了明显的分化,最引人注目的是派生了或突出了矿物的环境属性和美学属性。在与多学科融合及人类生产生活实践的推动下,矿物学发展到今天,已形成众多学科分支,其中有些分支是20世纪的产物,如成因矿物学、矿物晶体化学、矿物物理学、包裹体矿物学和实验矿物学,而有些则是19世纪的继续与发展;有些已形成系统的、理论和研究技术方法比较完备的学科体系,如矿物形态学、系统矿物学、矿物晶体化学、成因矿物学、矿物物理学、矿床矿物学、包裹体矿物学、找矿矿物学和宝玉石矿物学,而有些则尚无系统的、完备的理论和研究技术方法,但在未来社会发展中将起重大作用,因而具有强劲的生命力,如环境矿物学、表面矿物学、纳米矿物学、矿物材料学、实验矿物学等。因此,当代中国的矿物学是包容众多分支的学科大系,各分支可分属矿物史学、描述矿物学、理论矿物学和应用矿物学四大板块,其中矿物晶体化学、矿物物理学和成因矿物学是现代矿物学的主要理论支柱。
1998年,陈光远先生将俄罗斯学者对矿物与生命起源关系的研究称为生命矿物学。笔者建议将生命物质(包括微生物、宏观动植物、人体)与矿物质相互作用统一纳入生命矿物学的范畴加以研究,因此生命矿物学部分地包括医药矿物学、生物矿物学、农(林)业矿物学和环境矿物学的内容,是国内外很有发展前景的学科。

岩石学的发展历史可大致分为4个时期。

1.萌芽时期

指古代人对各种“岩石”进行形象描述,以及关于岩石成因的各种假说和推论时期。世界上最早记述与“岩石”有关的书籍是我国春秋战国时期的《山海经》和古希腊泰奥弗拉斯托斯的《石头论》,这些古代文明已经显现了岩石学的思想萌芽。

2.孕育时期

从18世纪70年代到19世纪20年代,关于岩石的成因曾发生过水成论和火成论之争。水成论者主张地球上一切岩石都是在水中沉积形成的;而火成论者不否认水的沉积成岩作用,但强调火山喷发和岩浆侵入等作用和由此而形成的火成岩类的重要性。水成论是德国地质学家维尔纳(Werner A G)等于1771年创立的,火成论是英国地质学家赫顿(Hutton J)等于1788年提出的。

维尔纳等认为地球初期,地表全为原始海洋所淹覆,现在地表所有岩石都是从海水沉淀、结晶形成的。最先沉积的是花岗岩,次为结晶片岩,两者都是地球最古老也是最多的岩层,叫“原始层”;而后沉积的叫“过渡层”,再上为含有生物化石的岩层;最上的为松散泥砂等组成的“冲积层”。维尔纳等只强调水的沉积作用,不承认有火成岩一类的岩石。他们认为所有的岩石,包括玄武岩和花岗岩都是从水中沉积的。

赫顿于1788年在爱丁堡皇家学会学报上发表了《地球的理论》一文,反对“水成论”观点,认为“火”和“水”二者都对地壳的地层系统的形成起了重要作用;其根据是1785年他在格林倾斜地层发现了三种不同的岩石类型:灰岩、页岩和花岗岩,且花岗岩呈手指状、脉状的岩脉穿入到灰岩和页岩之中。按照维尔纳的理论,花岗岩是来自水中的化学沉淀物,就不应该有这种穿入现象。赫顿认为这些构成岩脉的花岗岩完全不是水中的沉淀物质,而是熔融岩浆侵入到老的沉积岩(灰岩、页岩)之中冷却的产物。赫顿还发现在花岗岩边上的沉积岩有受烘烤的现象,虽然他没有对此做特别评论,实际上就是变质岩。

1830年,英国自然科学家莱伊尔(Lyell C)提出岩石的多种成因观点,把岩石分为水成的、火成的、变质的等多种成因类型。从“水火之争”到莱伊尔以多种成因观点代替单一成因观点的岩石分类的这段时期,即为岩石学的孕育阶段。

3.形成时期

从19世纪中期到20世纪50年代,是岩石学的形成时期。这一阶段,人们不但通过大量的野外地质调查和区域地质填图,加深了对岩石成因的了解;而且形成了显微岩石学、岩石化学、岩浆分异作用等分支学科和理论。

从18世纪后期到19世纪初,对岩石的研究一直靠野外观察和肉眼鉴定。直至1858年,英国索尔比(Sorby H C)发明了偏光显微镜,才进入了显微岩石学的研究阶段。

在偏光显微镜下,通过透明薄片对岩石进行研究,德国齐克尔(Zirkel F)于1866年首先提出了岩石(火成岩)结构-矿物分类,并于1873年出版了《矿物和岩石在显微镜下特征》,奠定了显微岩石学的基础。直到目前,偏光显微镜观察与鉴定仍是岩石学研究的一种最基本方法。

从19世纪末到20世纪初,是化学岩石学(岩石化学)的形成时期。1908年,美国化学家克拉克(Clarke F W)采集全球各地大量有代表性岩石样品进行化学分析后,于1922年发表了《火成岩平均成分》,1924年发表了《地壳成分》等重要著作,首次公布地壳中50个元素的平均含量,为地球化学学科的诞生奠定了基础。

1928年,美国岩石学家鲍温(Bowen N L)发表《火成岩的演化》专著,提出了钙碱性岩浆中矿物析出的反应系列及其原理,习称“鲍温反应系列”,奠定了岩浆分异作用理论基础,对岩石学研究产生了深远的影响。

4.发展时期

20世纪50年代以来,岩石学进入快速发展时期。X射线衍射技术及电子显微技术的发展,使岩石、矿物内部结构研究进入微区领域;微量分析技术如光谱、质谱分析等的发展,可准确测定岩石和矿物中的微量元素及同位素组成,为研究成岩作用、岩浆起源及演化等提供重要信息;高温高压实验,为模拟、探索上地幔岩石和变质岩的形成过程积累了大量资料。板块构造学说的兴起和发展带动着岩石学不断发展,板块的相互作用与岩浆活动、变质作用、沉积盆地演化和各种沉积相的形成分布关系密切。现代计算机的应用,为深入研究岩石学资料拓展了新的方向,不断产生新的岩石学理论。




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蓟县18222049035: 求一篇 兴城地质发展简史 ,字数在几百字就行 谢谢各位了 -
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