晶体光学与岩石学的基本涵义

2025-01-25 06:25:55

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一、晶体光学与岩石学课程的设置

晶体光学课程一般由两个部分组成：晶体光学和光性矿物学。前者着重于理论和方法的阐述；后者则承接前者，系统描述透明矿物和部分不透明矿物在透射光下的光学性质。研究地球（包括生物圈和大气圈）的物质成分、形成及其演化规律是地球科学中最基本的，也是最主要的一项研究内容。这类研究是查明全球矿产资源的分布规律、环境变迁演化、人类活动与生态环境之间关系的关键研究领域。晶体光学与光性矿物学正是运用晶体的光学基本原理和方法，研究和鉴定组成地球的主要物质成分——造岩矿物的一种最基本的和最广泛应用的方法和手段。在教学中，它是作为“岩石学”课程的重要先导基础课程之一。因此，该课程是地质学所有有关专业必不可少的一门必修专业基础课，也是每个地质工作者必须掌握、应该具备的地学知识。

自20世纪末以来，国内各石油高校和综合性高校的地质学系针对石油及天然气类专业的教学计划进行全面改革，对专业课和专业基础课进行大规模调整，许多高校在石油及天然气类等专业设置了“晶体光学与岩石学”课程。然而，由于缺乏有针对性的教材，长期以来，石油及天然气类等专业本科学生在学习“晶体光学与岩石学”的时候，通常使用的是理科地质学专业适用的分类专业教材，即《晶体光学》、《光性矿物学》、《岩浆岩岩石学》、《沉积岩岩石学》和《变质岩岩石学》，而理科地质学专业分类教材各自的侧重点不一样，相对缺乏系统性。由于石油及天然气类专业性质的特殊性，使得其课程教学更加重视实用性和实践性，且专业方向和专业特色要求其教学过程中更加侧重于沉积岩类的教学与实践。我们在石油与天然气类专业本科课程教学过程中，经过多年的教学探索，发现针对石油与天然气类专业的“晶体光学与岩石学”教学和课程设置有其自身的显著特点，晶体光学与岩石学的系统性非常重要，而且晶体光学是岩石学研究的基础，对于岩石的鉴定，晶体光学是最基本、也是最有效的方法之一，如果不掌握依据晶体光学原理对岩石组成中结晶矿物系统鉴定的方法，也就很难进一步对岩石进行分析研究，晶体光学与岩石学是密不可分的。同时，沉积岩类的系统学习对于石油与天然气类专业学生有着特殊的重要意义。鉴于上述实际，我们将原本较分散且相对独立的“晶体光学”、“光性矿物学”、“沉积岩岩石学”、“岩浆岩岩石学”和“变质岩岩石学”等几门课程的相关内容有机地融合起来，针对石油与天然气类专业的自身特点，强调课程教学的基础性、实用性和实践性，强化了沉积岩部分的教学内容，淡化了岩浆岩和变质岩部分的繁杂内容，完成了这部适用于石油及天然气类专业的《晶体光学与岩石学》教材。

二、晶体光学与岩石学的基本涵义

1.晶体光学

晶体光学主要是研究可见光通过透明晶体所产生的光学效应的一门科学。对于不同的晶体，其光学性质不相同。因此，晶体光学是研究鉴定透明矿物的重要方法，是学习岩石学的基础和研究岩石的重要手段。

2.岩石学

岩石是一种或多种晶质及非晶质造岩矿物按一定的规律构成的固结的矿物集合体，它是地壳发展过程中各种地质作用形成的地质体，并且是地壳的主要构成部分。岩石不仅是地球物质的重要组成部分，也是地球之外其他类地行星的组成部分。目前，人类不仅能获得地球上的岩石样品，而且也获得了月岩和陨石的样品。

岩石学是研究天然岩石的科学。由于岩石是除去大气圈及水圈后地壳的主要组成部分，因此岩石学在地球科学中具有十分重要的地位。岩石学包括了岩类学和岩理学两部分，岩类学以研究岩石分类和描述岩石特征为主，主要研究岩石的颜色、结构构造、矿物成分、化学成分和野外产状，对各类岩石作出进一步的分类和命名；岩理学则是以岩类学为基础，结合实验研究和理论分析，综合研究各类岩石的成因和形成机理。

三、岩石的分类

自然界的岩石分为三大类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。

1.岩浆岩

岩浆岩又称火成岩，是由地幔或地壳岩石经部分熔融形成的岩浆冷凝固结的产物。岩浆可以由全部为液相的熔融物质组成，也可以含有挥发分及部分固体物质，如晶体及岩石碎块。

岩浆从高温炙热的状态降温并伴有结晶作用的过程称为岩浆固结作用（路凤香等，2004）。

2.沉积岩

沉积岩形成于地表的条件，是由母岩（岩浆岩、沉积岩和变质岩）受到外界作用形成的物质（如母岩风化产物、火山碎屑物和有机物等），经过搬运作用、沉积作用以及成岩作用形成的一类岩石。

沉积岩的形成一般要经过沉积物的产生、沉积物的搬运和沉积以及沉积物的成岩三个过程。

3.变质岩

变质岩是由岩浆岩和沉积岩经过变质作用形成的。它们的矿物成分及结构构造因为温度和压力的改变以及应力的作用而发生变化，但它们主要是在固体状态下发生的。

变质岩形成的温度、压力条件介于形成沉积岩的成岩作用和形成岩浆岩的岩石熔融作用之间。

由于自然界的许多地质作用具有过渡性，所以岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类岩石之间也具有过渡类型的岩石。例如：火山作用喷出的火山灰和火山碎屑物经搬运作用、沉积作用和成岩作用后形成的岩石应属于沉积岩类。然而，其成岩物质又来源于火山喷发，所以这类岩石就在一定程度上表现出沉积岩与岩浆岩的过渡类型特征。

四、三大岩类的相互关系及其野外特征

三大类岩石的特征具有明显的差异，但三类岩石可以相互转化，三类岩石可以相互过渡（路凤香等，2004）。例如：先存的变质岩、岩浆岩及埋深较大的沉积岩可以在高温条件下发生部分熔融形成岩浆，岩浆固结成岩浆岩。先存的岩浆岩、沉积岩和变质岩暴露于地表后经过剥蚀、机械破碎、搬运和沉积可以形成沉积岩。先存的岩浆岩及沉积岩在温度、压力及应力的作用下可以发生变质作用形成变质岩。岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类岩石在野外表现出不同的地质特征，现简述如下。

1.岩浆岩特征

岩浆岩形成于火山及各类熔岩流，常见的形态为岩脉、岩墙、岩株及岩基等，可切割围岩。在与围岩接触处岩浆岩体边部有细粒的淬火边，有时围岩受其热影响可出现重结晶、相互反应及颜色改变等现象。多数岩浆岩无定向构造，矿物颗粒成相互交织排列除火山碎屑岩外，岩石中无化石出现。

2.沉积岩特征

沉积岩呈层状产出，经历分选作用，岩层在横向上延续范围很大，且表面可以出现波痕、交错层、泥裂等构造。沉积岩地质体的形态可能与河流、三角洲、沙洲、沙坝的范围相近，沉积岩的固结程度有差别，有些甚至是未固结的沉积物。

3.变质岩特征

变质岩中的砾石、化石或晶体产生变形或受到了破坏，一般具定向构造（少数无定向构造）。大范围的变质岩分布区岩石的变质程度有逐渐改变的现象。区域构造变质岩多数分布于造山带、前寒武纪地盾中，其面理方向与区域构造线方向一致。接触—热变质岩出现在岩浆岩体与围岩的接触带。

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