沈阳先生 编著
岩石学petrology是地质学的一个分支，它是研究岩石的分布、产状、成分、结构、构造、分类、成因、演化等方面的科学。
石头能为我们讲地球的那些故事？
各位旅客，请携带好您的行李，排队上车，环游岩石圈的列车233号马上就要发车了，我们将途经地壳和地幔，欣赏沿途风光——岩石，聆听它们讲述的故事。祝您有一个愉快的旅程。
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石头塑造地球
45亿年前，地球还是一片汪洋，那时候地球上只有一种岩石——玄武岩。玄武岩是一种有许多坑洞的矿石，通常为黑色，它是海洋的“细胞”，构成了世界上大部分的海洋地壳。海洋地震和海底火山爆发“孕育”了玄武岩，高温的液态地幔岩浆“破土而出”，在海洋中冷却形成了玄武岩。岩石中的水分和二氧化碳被高温“赶”出来时，就会给玄武岩留下一个个坑洞。
玄武岩理应是地球上年龄最大的岩石，不过目前能找到的最“老”的玄武岩年龄仅有2亿岁，是中国同济大学团队在南海挖到的。其实玄武岩远远比这更“年老”，只是它们来到地壳后，会“变身”成其他类型的岩石，所以玄武岩本身的年龄很难确定。它的其它兄弟——那些像它一样从地幔来到地壳的岩石，也是这样“改头换面”，“重获新生”的。
安山岩是一种由小颗粒晶体形成的火成岩，通常呈浅到深灰色。安山岩是板块碰撞后火山喷发的岩浆形成的，在大陆的地壳中随处可见，可以说是陆地的“细胞”。地质学家们据此提出了大陆地壳的“长大”方式：火山喷发出的熔岩温度高于冷却的玄武岩，密度低于洋壳，因此这些熔岩不会沉入地幔，也不会进入大洋，冷却后形成了安山岩，堆积在大陆。慢慢地，大陆变得越来越大。南美洲安第斯山脉是世界上安山岩最多的地方，它们有1.7亿岁。
花岗岩是一种黑、白、灰、米等多种暗色杂糅的矿石。花岗岩也是一种遍布全球的岩石，不过它不是火山喷发的产物，也与板块碰撞无关，它的形成过程十分“温和”。在地壳比较薄或者有裂缝的地方，地幔岩浆会“见缝插针”，这些岩浆与地壳原有的安山岩等融合，就形成了花岗岩。花岗岩的年龄很难确定，因为它很容易变质成其他类型的岩石，一般认为花岗岩的平均年龄为3亿岁。
闪长岩是一种黑白颗粒相间的岩石，看上去很像捏碎的奥利奥饼干。闪长岩是玄武岩和花岗岩“结合”的产物，在海洋中“破土而出”的地幔岩浆有一部分冷却形成了玄武岩，另一部分岩浆的上升速度超越了它冷却的速度，最终“冲出”了海洋，进入到大陆板块的花岗质岩层中。高温的岩浆融化了花岗岩并与花岗岩岩浆混合，这样就产生了一种介于玄武岩和花岗岩之间的岩石——闪长岩。因为这种“飞毛腿”岩浆是可遇而不可求的，所以闪长岩在世界范围内都非常罕见，只有火山群或火山弧地区才能找到一些它们的身影。闪长岩的年龄与花岗岩相近。
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地球改变岩石
看了塑造地球的岩石，你觉不觉得颜色太单调了呢？想必地球也认为如此单调的岩石无法凸显它的美丽，于是它自己动手，“盛装打扮”了一下。
石英岩通常为白色或灰色，主要或全部由石英（二氧化硅）组成。石英岩是山峰的“皮肤”，在山峰隆起的过程中，侵蚀作用将岩石中除石英以外的矿石颗粒都刮走，或者山峰上的小溪流将石英颗粒聚集在一起，压实成石英岩。正是因为石英岩在诞生的过程中已经经历过“大浪淘沙”，因此它格外地“坚强”，即使整座山都被“吹”平了，石英岩仍然是留到最后的岩石。目前发现的最古老的石英岩是在新疆阿尔泰地区找到的，它有26亿岁。
接下来，我们看到的是一片粉红色的岩石，它由很粗的红色和褐色颗粒组成，主要成分是氧化硅和氧化铁，这是长石砂岩。因为长石砂岩一遇到水就会融化成黏土，所以一般它形成岩层的地方，我们可以估计这块地方多年来都很干燥。目前发现最古老的长石砂岩位于美国科罗拉多州中部地区，形成于3亿年前的三迭纪。
片麻岩是一种有条纹的石头，通常为白底黑纹或褐底黑纹。片麻岩是山峰的“心脏”，当板块碰撞产生山峰时，山峰深处受到的巨大压力就会将岩层挤压成片麻岩。数百万年后，当山体被风雨等侵蚀磨平后，它的“心脏”片麻岩才会被我们挖掘出来。片麻岩是目前发现的“地球制造”的最古老岩石，在加拿大北部阿斯塔河流域发现的片麻岩，年龄已有40多亿岁。
金伯利岩是一种多呈灰黑、暗绿等色的岩石，但是别看它其貌不扬，它可是钻石的“母亲”。火山喷发的高速岩浆如果没能跟上大部队一起走“康庄大道”，等前面的岩浆冷却后把路堵上，就只能通过细长狭窄的岩缝来到地表，这种岩浆冷却后就成了金伯利岩。狭窄道路会给予岩浆较大的压力，有利于钻石的形成，因此金伯利岩中常常“孕育”着钻石。现今发现的金伯利岩平均年龄约为4.8亿岁。
蛇绿岩长得很像蛇皮，呈现黑绿相间的颜色，闪耀着蜡状的光泽。蛇绿岩通常出现在大陆或岛屿边缘，即大洋的“终点”，地质学家们可以根据蛇绿岩的分布来推测很久以前的大陆和大洋的边界。当大陆板块和大洋板块发生碰撞或者大洋内部发生地震时，大陆会发生扩张，岩石间发生的堆栈和挤压就会形成蛇绿岩，甚至有些来不及逃离的海洋生物也会被“封印”在蛇绿岩中。在中国华北地区，地质学家们找到了目前最古老的年龄约为31亿年的蛇绿岩。
榴辉岩是一种非常美丽的岩石，常由鲜艳的红色、绿色或蓝色等多种色彩混合而成。我们通常在大洋深处才能见到它，因为它只有在高温高压的环境下才能形成。1.7亿年前，太平洋板块和美洲板块曾经发生过一次冲撞，太平洋板块被压在了美洲大陆板块下方。两个板块相撞处迸发了“热烈”的火花，温度高达400℃～500℃，压强约为2万个标准大气压。在这样的环境下，多种不同的石头被压缩在了一起，就形成了榴辉岩。
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生物参与改造岩石
不仅是地球，地球居民——生物们也纷纷参与了装点地球的行动。
2017年初，伦敦大学学院的科学家在加拿大魁北克省发现了红色赤铁矿里的管状微生物的化石。这些微生物仅有人类头发丝的十分之一粗，靠代谢铁元素生存。研究者认为，它们至少有37亿年的历史，甚至可能超过40亿年，比此前发现的最古老的化石，即在澳大利亚的迭层石中找到的35亿岁的蓝藻化石还要年长至少2亿岁，不过这个观点目前还没有得到广泛认可。但无论如何，地球生命的历史仍然比我们想象得还要长久得多。
现在我们看到的是黑、红、白三色相间的三明治状的带状铁矿石，它由黑色的铁矿物和红褐色的白云石组成，现在已经有25亿岁了。25亿年前的地球，大气层的主要成分是氮气和二氧化碳，几乎没有氧气。当时海洋中有许多种厌氧微生物，它们呼吸水中的二氧化碳，将氧气作为代谢废物释放出来，氧气与溶解的铁离子结合，就产生了这种美丽的铁矿石，如今它是我们提取铁单质的主要矿石。
看到这层全黑色的岩层，也许你很快就能反应过来，这是可燃的岩石——煤炭。我们现在使用的大多数煤炭的年龄在3.55亿岁左右，少数年龄为6500万～1.5亿岁。煤形成的年代气候温暖湿润，陆地上生活着大量的蕨类植物。但是，海啸和洪水也时不时发威，致使大片大片的植物死去。上层的植物尸体慢慢腐烂，被压在下层的植物无法接触到氧气，也没有被微生物给分解掉。慢慢地，它们的水分都蒸发了，最终只剩下黑色的有机物成分，就形成了我们看到的煤炭。据地质学家推算，约6米高的植物尸体才能形成0.3米厚的煤层。
在沙滩上，我们常看到一种白色的石头，它叫硅藻土，是一种单细胞植物硅藻的尸体形成的矿石。它很年轻也很脆弱，年龄只有200万～2500万岁，用指甲就可以在它身上留下伤痕。硅藻生活在浅水中，靠吸收水体中的硅单质生存。在火山活动频繁的地方，水体中会含有大量的二氧化硅，硅藻们喜欢生活在这样的环境中，因此硅藻土存在的地方，常常预示着过去曾发生火山活动。
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研究内容
岩石学的研究内容是随着整个地质科学的发展和生产的需要来确定的。概括起来说，岩石学研究的主要内容可包括以下几个方面：
1．研究岩石的本身特征，即各种岩石的矿物成份、化学成份、结构、构造以及岩石的
分类命名。
2．研究岩体的产状、时代及其共生组合，各种岩石在空间和时间上分布的规律性，确定
它们与地质构造的关系。
3．研究岩石和成矿作用的关系以及各类岩石成矿的专属性。
4．研究岩石形成的各种地质作用、物理化学作用、生成环境、解决岩石的成因、来源、演化等问题。
上述四项中的前两项属岩类学范畴，属第一性的，是基础，后两项属岩理学范畴，是在前者的基础上引伸出来的一些概念和推论出的成因及假说，只有研究前者所获得的资料确切详尽，推断出的成因、原理、假说才会有可靠的基础。
研究方法
(一)野外地质学方法
主要是通过野外地质制图，剖面测制，对岩石的成分、结构、构造、产状、时代、生成顺序、各类岩石的共生组合、岩相变化以及岩体与矿产的关系，岩石的透水性和隔水性以及岩石的工程力学性质等应作详细的观察描述，同时作出初步分析和推论，还应采集适当的标本样品，以供室内进一步研究之用。野外研究是极为重要的，它是全部研究工作的基础，对本专业来说，野外研究更为重要。
(二)室内研究方法
应用野外所收集的资料，在室内进行分析研究，目前采用的方法有，岩相学研究，岩石化学研究，实验岩石学研究。
1．岩相学研究主要是利用偏光显微镜、弗氏台、电子显微镜、X射线分析、差热分析、电子探针等方法，详细研究岩石的矿物成分，结构构造、各种组份的相对含量，从而为确定岩石类型、成因和水文、工程地质性能等提供必要的数据。
2．岩石化学方法主要采用全岩分析、单矿物分析、同位素、光谱分析、染色法等，研究岩石化学成分，微量元素的赋存状态和地球化学特征，以便了解岩石的演化规律和成矿关系。
3．实验岩石学方法是利用高温高压方法人工再造矿物和岩石的形成过程，以便了解岩浆的起源、演化和变质岩形成的物理化学条件，为解决一系列有关成岩成矿的复杂问题，提供实验依据。．
岩石学研究应把野外地质观察与室内实验分析研究两者紧密地结合起来，才能更好地解决岩石学的有关问题。
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岩石学发展
最初矿物学和岩石学是不分的，后来岩石学才从矿物学中独立出来，发展成了一门独立的学科。但是，由于岩石学研究内容、深度和侧重等方面的差异，遂出现了一系列很不相同的分支岩石学科，其中有着重岩石分类和描述的岩类学或岩相学（petrography），也叫描述岩石学；有探索岩石形成条件和成因机制的岩理学或成因岩石学（petrogenesis），或理论岩石学（theoritical petrology）；有以高温高压实验和近代测试技术为基础，对岩浆作用和变质作用过程和产物进行模拟和测试的实验岩石学（experimental petrology）；其它还有地幔岩石学(mantle
petrology)，化学岩石学(chemical petrology)等。当代的岩石学，一般都是既不忽略对岩类学的描述，也注意岩石成因和实验资料的综合，以期获得对岩石的产生、演化、时空分布规律等方面有个全面的认识，以便使岩石学能更好的为人类社会服务，产生更大的效益。
目前岩石学正沿着岩浆岩石学、沉积岩石学和变质岩石学三个主要的分支各自独立的方向发展着。其中岩浆岩石学(magmatic petrology)，着重研究岩浆岩的组成、共生组合，产状分布、矿产关系、成因机制以及岩浆的形成、活动、演化规律与全球构造的关系等，比外，近年来岩浆岩石学的研究内容已扩大到上地幔的岩石和宇宙星体岩石。沉积岩石学(sedimentary petrology)，着重研究沉积物质的形成、运移、沉积和成岩作用I沉积岩的组成，沉积矿产，沉积环境，沉积相等。变质岩石学(metamorphic
petrology)，着重研究变质岩的组成、分布，成因、成矿、原岩恢复、变质相和相系、变质作用和构造活动与地壳演化发展的关系等。
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岩石学分支
火成岩岩石学是研究主要由岩浆作用形成的岩石的成分、结构构造，及其形成条件和演化历史的学科。其运用现代实验技术、物理化学、流体动力学等理论，阐明各类岩浆的演化运移和冷却结晶等过程，依据岩浆岩区域地质分布结合大地构造单元，总结各类岩浆岩自然组合的时空分布规律。
沉积岩岩石学是研究沉积物和沈积岩的组成、结构、构造和成因的学科。其主要内容包括沉积物和沈积岩物质成分、粒度及其生物化石群落等的研究；判定沉积环境和沈积物的源区，阐明古地理条件和恢复古构造；根据碎屑物和基质的比例，根据矿物颗粒和有机组分的分选性，进行沉积物和沈积岩的分类；根据化学沉积物的特点判定水体化学性质和海水深度等。
变质岩岩石学是研究地壳内部发生的变质作用，和变质岩的形成特点及其演变历史的学科，天体陨石的冲击变质亦属这一研究范畴。
在地壳演化过程中，地幔、地壳的相互作用，引起区域热流和构造环境的变化，发生了一系列属于不同变质相、变质相系和不同形变程度的变质岩石。它们是变质作用在自然界的记录，因而也是变质岩岩石学的研究对象。变质岩石学又可分为两个方向：变质地质学和变质实验岩石学。
工业岩石学是用硅酸盐工艺学的方法来研究和开发与硅酸盐矿物有关的资源，又称工艺岩石学。
其它的还有宇宙岩石学、化学岩石学、实验岩石学、地幔岩石学、构造岩石学等。
岩石的形成与形成时的地质环境密不可分，岩石建造是地质环境的一种表现。因此为了阐明地质环境，区域地质学、大地构造学、构造地质学和地层学的研究是必不可少的知识；矿物学和地球化学可以阐明岩石中主要造岩矿物和元素迁移变化的规律，它们与化学热力学和化学反应动力学相结合，可以说明岩石形成过程中可能的物理化学作用过程，以及岩浆发生的可能原岩。
宇宙岩石学可以看作岩石学与天文学之间的联系环节，而地幔岩石学可以看作岩石学与地球物理学之间的桥梁，这两个分支学科扩大了岩石学研究的时空范围，所研究的深度可达600公里的地幔，时间可以上溯到40亿年左右，其研究成果为研究地球早期演化提供了基础资料。
作为自然体系的岩石组合，其成因是复杂的，受诸多因素所制约，并且与地壳演化有着密切的联系。有成效的岩石学研究，一方面要摆脱传统观点的束缚，从单纯岩石的描述中解放出来；另一方面也要防止简单化的趋向，把复杂的成因问题纳入简单的成因模式。
学科间关系
岩石学是地质学科领域内的基础学科之一，它和地质学与其他自然科学有着很密切的关系。因为岩石都是在一定的物理化学条件下形成的矿物集合体，所以要研究岩石，就必须具备矿物学、结晶学、光学、物理学和化学等学科的基本知识。要对岩石进行测试分析，还需要熟悉或掌握各种测试和分析方法方面的知识、技术及设备。要探索岩石的成因，就要模拟岩石的形成条件，这样还需了解或掌握实验岩石学和成因矿物学方面的基本知识和技术设备，这就必须有广泛的物理化学、计算数学、热动力学、流体力学等学科的知识。同时岩石学的研究成果，又可广泛地应用于矿床学、地球化学、地质测量学、构造地质学、环境地质学、能源地质学、水文工程地质学等学科。
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岩石学应用
(一)岩石学在水文地质中的作用
水文地质学是研究地下水的一门科学。地下水则赋存于岩石的空隙(孔隙和裂隙)之中。而空隙的多少及大小与岩石的性质是有密切关系的。不同成因类型的岩石，它们的成分、结构，构造不同，其孔隙度、储水性和透水性等也就不同。因此，要研究地下水的赋存条件，必需有岩石学方面的知识。；：；某些深成侵入岩和变质岩，如花岗岩、辉长岩、片麻岩等，由于结构紧密，颗粒较均匀，孔隙度小，不易透水和贮水，故在这类岩石分布的地区找水较为困难，只有沿裂隙较为发育的构造破碎带，才可找到富水地段，在其它地区均属贫水地区，只能找到水量小的风化裂隙水。-在喷出岩地区，由于某些喷出岩具有气孔构造，孔隙往往较大，有的喷出岩柱状节理发育，所以透水性好，储水空间较大。如冀北汉诺坝玄武岩，由于气孔构造发育与裂隙沟通而成为较好的含水层。；!沉积岩的结构，如碎屑岩的颗粒大小、形状、分选性、排列方式和相互间的关系等，都会影响岩石的孔隙度，储水性和透水性。如颗粒较粗的砾岩、砂岩，一般透水性较高。随着颗粒的变小，透水性逐渐降低。例如颗粒很细的泥质岩，往往是不透水层，而且具隔水性能，这类岩石只有遇到构造变动产生裂隙时，才可以沟通相邻含水层的地下水。
石灰岩，白云岩和蒸发岩(石膏、岩盐等)都是较易溶的岩石，在适当的条件下，它们可形成溶蚀通道，增大其透水性和储水空间。如广东肇庆的石灰岩地区，由于溶蚀而形成地；F河流。
总之，岩石学的研究对了解地下水资源的储集、运移和分布规律都具有极其重要的意义。
(二)岩石学在工程地质中的作用
岩石是工程地质的物质基础(工程的地基和围岩)，除空间卫星站外，人类的重大工程建设，其基础几乎都离不开岩石。岩体的物理力学性质及结构的好坏，对工程成败起决定性作用。如修地下建筑(隧道、地铁、地下发电站、地下油库、地下飞机库，地下军舰!库等工程)时，往往要把整座山中间挖空，必须注意围岩的稳定性问题。岩体稳定性与岩石的成因类型、成分、结构，构造以及各种岩石的组合特征等都有密切关系。例如在花岗岩区建立地下油库，由于花岗岩结构致密坚硬，抗压强度高，岩体巨大，中间无软弱岩石夹层，不易坍塌，施工较安全，造价较低。若在软弱易碎的岩石中建设，则施工困难，投资大，造价高。一般来说结晶岩的工程力学性能比沉积岩好。但影响岩体的工程力学性质的因素是多方面的，必须仔细研究。
高坝或重型建筑物，一般应建在坚硬的基岩上，如三门峡水库大坝即建在闪长玢岩之上，切忌建在有软弱夹层的基岩上。若坚硬基岩中含薄层的绿泥石片岩，绢云母片岩，泥质页岩等软弱夹层，可导致建筑物滑塌，造成巨大损失。
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