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岩石学与岩石成因（研究生课，教学提要）讲课目次实验与习题火成岩微量元素参考书目附录南京大学地球科学系岩矿教研室2004.21本课程为地球科学系地质学与地球化学专业研究生设置。主要涉及火成岩，兼顾变质岩岩石学问题。本课程教学方式是：教师讲解、岩相学实验（要撰写五份报告）和适量课堂讨论。本课程成绩由笔试和实验报告两部分合成（各占50分）。学分4（讲课与实验1：1）。任课教师：周新民，并编写本课程教学提要。岩石学与岩石成因讲课目次*1岩石学在现代地质学研究中的意义岩石学观察和研究的技术、目的与内容；岩石学在现代地质学、地球化学和同位素年代学研究中的意义(成功的与失败的例子)；岩石学与地球化学、大地构造学的交融：岩石地球化学和岩石大地构造学启示：老马识途－他山之石，可以攻玉2晶体光学与造岩矿物学的若干问题晶体光学四要点；成分对矿物颜色和多色性的影响；矿物结构、成分和水对折射率的影响；层状矿物光性的普遍性解释；链状矿物光性的结构解释；单斜辉石与单斜角闪石(010)面的标志与解理可见临界角；消光角、消光角正负、最大消光角和斜方晶系的倾斜消光启示：要从“高处”和“众数”概括3火成岩分类与鉴别火成岩的矿物分类、主量元素分类、微量元素分类及其相互关系；全岩化学与矿物化学：火成岩的等化学系与岩石结构的变化；岩石系列与岩石碱度启示：不能没有“约定”，但要能解决问题4辉石出溶结构辉石相图；辉石出溶的主要类型、优选方位与成因意义启示：要小题大做5反应原理与反应结构晶－液反应：TH、CA和A三个岩系；亚固相反应：五个次变边矿物组合启示：实验在地质学上的重要性与局限性6斑晶、捕虏晶、巨晶、主晶、微晶、骸晶与填隙物及其成岩意义启示：事物的相对性和认识的典型性7斜长石成岩意义鉴定斜长石成分的三种消光角法；成分结构区及其成岩意义；环带构造及其成岩意义；双晶及其成岩意义启示：有意义，就有生命力8玄武岩概念与分布；两类玄武岩的划分、鉴别及其地质历史上的时空分布；玄武岩的大地构造类型及其判别；玄武岩的喷发方式、火山弹和自碎熔岩启示：众数，是事物的基础9辉长岩*本大纲按实验课需要设定顺序;其中与3至16课目相关教学图表，可从以下网址下载：岩石学与岩石成因2分类和类型(含斜长岩和堆晶辉长岩)；辉长岩产状、演化与构造意义启示：少数，不一定不重要10地幔岩地幔岩的类型、矿物组合及其相变关系；地幔岩结构及其演化；地幔岩的均一与不均一性启示：要寻根求源11蛇绿岩套(含细碧岩)、绿岩带(含科马提岩)与绿岩－花岗岩地体启示：大处着眼，小处着手12造山带火山岩系与埃达克质岩系四类造山带火山岩系；三类火山喷发流和两种喷发方式；侵入的“火山岩”和侵出的“深成岩”；钠质岩系：埃达克质岩石以及富Sr贫HREE岩石的命名启示：糊涂帐与创新性13碱性长石成分、结构态、出溶作用及长石-石英交生结构启示：与斜长石同样的重要14花岗岩GranitesandGranites(HHRead,1948)；花岗岩分类：QAP，ACNK，ISMA；细岗岩、过铝花岗岩和A型花岗岩；花岗岩成因类型与地球动力学；形成岩浆的三条件与岩浆的运移、聚集过程；形成花岗岩浆的主要热源——镁铁质岩浆的底侵；花岗岩浆的六种成岩机理及形成的岩石包体；花岗岩置放的空间和单元－超单元填图法启示：简单－复杂－简单15糜棱岩与地震岩碎裂岩与糜棱岩；糜棱岩化过程：变形－恢复－重结晶；糜棱岩化的原岩恢复(长英质、镁铁质和化学岩)与变质相；地震岩：高速率强剪切作用下的局部熔融启示：节外生枝16区域变质岩石与变质核杂岩变质反应、变质相和变质相系；变质岩矿物组合、结构构造与原岩；变质核杂岩：大时代跨度的隆升杂岩；榴辉岩问题与异剥钙榴岩启示：一个“轮回”的终点17火成岩微量元素原理；计量与分类；采样、选样与测试；数据合理性的判别；稀土元素及其四分组效应；不相容元素地球化学图及其一般性解读(特征元素、元素比值和参数的变化与意义)启示：准确的数据，有时会起“指纹”般作用18地球的演变与生命的兴衰宇宙和地球的诞生；全球两个独立的动力系统；地质历史上的三个超大陆；洋壳与陆壳；生命的发生、大发展与大绝灭启示：“我只是海滨上的一粒砂”19优秀学术论文五要素和投影画面的构图创新性、可读性与信息量；文风；摘要、引言与参考文献；署名与致谢；文、图、表等画面(黑白/彩色)的构图原则启示：注重“包装”3岩石学与岩石成因实验与习题观察以下13种岩石薄片（每种岩石薄片都从相应的研究生论文或研究报告的精华中选出，其内容各自独立，不类同），并从8种打“*”号的薄片中，任选5种，按指定的要求和提供的资料，做实验和练习，写出鉴定报告和问题讨论，并列出参考的文献目录。薄片名单（其顺序号同薄片编号）如下：*1辉长岩（济南鹊山）*2辉长岩（福建泉州桃花山）*3玄武岩（南京六合方山）4橄榄岩（南京六合方山）5霞石岩（无锡惠山东南）*6花岗岩类（浙江桐庐）7花岗岩类（福建钟腾）*8花岗岩类（福州鼓山）*9花岗岩类（皖南休宁）*10深熔花岗岩类（浙江龙泉）11熔结凝灰岩类（福建德化）*12糜棱岩类（江西庐山）13麻粒岩（内蒙）济南辉长岩产状：深成岩要求：1.用三种消光角法，鉴定斜长石成分（An%）、双晶的成因类型和双晶律，并估计其中A、C、U双晶大致比例。A双晶为简单双晶，如钠长石律聚片双晶、肖钠长石律双晶、巴温诺律双晶、卡双晶等；C双晶称为复杂双晶，其中最常见的是卡钠复合律双晶，及其与肖钠双晶或巴温诺双晶等双晶律的复合；U代表无双晶的单体。2.鉴定辉石种属、双晶律和亚固相出溶结构，写出出溶结构在主晶中的方位，并描述⊥c、⊥b和近于⊥a切面上光性和结晶学的种种表现。3.鉴定橄榄石成分和次生产物，并描述近于⊥a、⊥b、⊥c切面上可能的光性表现及判别切面方位的难易与可能性。4.已知以下矿物的化学成分、比重和P波波速（Vp，km/sec），试据薄片中各矿物目估的相对含量（近似于体积%），计算全岩主要氧化物SiO2、Al2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O的含量（重量%）和岩石的Vp。根据算得的全岩化学成分，确定岩石的化学属性，即是基性岩，或是酸性岩？σ（=43SiO)OKONa(2222）值及碱性程度？同时根据算得的全岩Vp（不作地温校正）和如下的假定：自地表至莫霍面，Vp值由5.8均匀变化至7.8（km/s），估算该岩石在地壳中赋存的大致深度。5.研究各矿物相互间的结构关系，特别是反应边结构，讨论岩石成因和结晶演变。6.绘出能说明岩石成因的全景素描或特写性素描。资料：4主要矿物的化学成分（重量%）、比重与波速(km/s)SiO2Al2O3MgOCaONa2OK2O比重Vp橄榄石(Fo86)39.945.40.33.48±紫苏辉石(En65)53.21.122.50.83.47.36普通辉石50.72.514.318.10.40.13.47.1斜长石(An60)53.429.70.111.94.40.22.76.7普通角闪石48.47.315.911.31.90.23.27.07黑云母37.415.810.31.30.58.23.16.01参考文献：[1]斜长石双晶的岩石学研究，Am.Mineral.,1951,36,884～901。[2]火成岩石学（南大教科书）,1985,第35页。[3]火成论（牛来正夫）,第二章,地质出版社。泉州辉长岩产状：深成岩要求：1.鉴定全部造岩矿物种属及各种矿物相互间的结构关系和结晶顺序，给出有意义的特写性素描图，并尽可能地试在薄片中找出两种不同形态的锆石，即自形的、从岩浆晶出的锆石和磨圆的、被捕虏的锆石(后一类锆石不易找到)。2.用消光法测定斜长石成分（An%），同时与电子探针分析的计算值比较。斜长石的电子探针分析值（重量%）是：SiO249.65%，Al2O332.26，CaO16.14，Na2O2.26，K2O0.01。参考文献1和4，讨论富An%斜长石的重要地质地化意义。此外，观察该类斜长石双晶类型和环带构造，并讨论其意义。结合要求1，鉴定岩石名称。3.已知全岩化学成分（重量%）是：SiO249.90%，TiO20.31，Al2O319.81，Fe2O32.57，FeO4.71，MnO0.11，MgO7.48，CaO10.74，Na2O2.24，K2O0.78，P2O50.01，烧失量1.52，总和100.18。据此阐述其化学属性和高铝、高Ca/Na比值的意义。同时，结合上述1、2两方面资料，讨论该岩石产出的可能的构造环境。4.已知该岩石Sm-Nd和锆石U-Pb同位素数据以及锆石的形貌资料如下列两表，试答以下三个问题：(1)求出全岩—矿物的Sm-Nd等时线年龄（t,只用最小二乘法求近似值）、Nd的初始值（143Nd/144Nd）、Nd(T)(可据两种年龄值分别计算，即由Sm-Nd等时线法确定的年龄和自形锆石206Pb/238U表面年龄计算。二者结果有一定差别)、模式年龄（TDM）和1/Nd值。计算模式年龄时，使用相对于洋中脊的亏损地幔值(143Nd/144Nd)DM=0.513151和(147Nd/144Nd)DM=0.2136。计算Nd(T)值时，使用球粒陨石均一岩浆源的143Nd/144Nd=0.512638，147Sm/144Nd=0.1967。147Sm的=6.54×10－12。(2)确定两种不同成因锆石U-Pb法同位素年龄，即①已知自辉长质岩浆结晶的自形锆石，占全部锆石总量的95%以上。由表中数据可知，显然它是年青的显生宙锆石，因此其206Pb/238U表面年龄较为准确可靠，因为206Pb和238U是丰度最高的Pb、U同位素，容易测准，计算206Pb/238U比值误差小，而207Pb丰度小，不易测准，故207Pb/206Pb表面年龄误差大，受非放射成因铅校正影响也较大，207Pb/206Pb计时系统就往往容易偏离206Pb/238U和207Pb/235U的和谐体系。②非自形、完全被磨圆的锆石占锆石总量不足5%，属前寒武纪，系捕虏的沉积起源锆石（圆度系数为0.8）。因其放射成因铅丢失较多，所以207Pb/206Pb表面年龄较为接近其真实年龄值。(3)已知该辉长岩分布在我国浙闽晚中生代活动陆缘的造山带环境，是高铝的钙碱性岩浆系列5的一个较基性端员。试分析：①对上述(1)、(2)两种同位素年龄值，应选用哪一种值作为岩体的形成年龄？为什么？②为什么全岩TDM值介于磨圆锆石年龄和自形锆石年龄值之间？磨圆锆石成因如何？其较低的U含量说明什么问题？③Sm-Nd等时线相关性如何？它是假等时线，还是真等时线？为什么？可否从1/Nd对Nd的初始值的关系（文献2，P.288,是否呈线性？），去判别Sm-Nd等时线的意义？资料：泉州桃花山辉长岩Sm-Nd同位素Sm(ppm)Nd(ppm)147Sm/144Nd143Nd/144Nd角闪石6.07929.310.12540.512413±13斜长石0.4152.7630.09090.512261±17全岩1.7999.4970.11460.512357±9泉州桃花山辉长岩中锆石U-Pb同位素浓度同位素原子比值表面年龄值（Ma）UPb206/238207/235207/206206/238207/235207/206μg/gμg/g自形锆石99762020.016770.11010.04763107.2106.180.8磨圆锆石317570.16082.0730.0935196111401498±36参考文献：[1]与岛弧有关的堆晶辉长岩的特征矿物学,Geology,1986,14,848～51.[2]稳定同位素地质（沈渭洲），1987，原子能出版社。[3]同位素地球化学（魏菊英等）,1988,地质出版社。[4]中美洲爱里纳尔火山同源辉长质岩石包体,Contr.Mineral.Petrol.,1989,103,110～22.[5]假等时线的产生与鉴别,1990,国外花岗岩类地质与矿产,(3),1～6。[6]同位素地质学教程（沈渭洲）,1997,原子能出版社