沉积岩石学实验教学改革与多媒体课件的制作

本文根据沉积学的专业特点与沉积岩石学实验课教学的实际状况,探索了沉积岩石学实验课教学的新思路,采用了现代化的教学手段,把多媒体引入到沉积岩石学实验课的教学当中,培养了学生在沉积岩石学实验中解决问题的实际能力,将野外沉积现象与沉积岩镜下鉴定有机地结合起来,明显提高了沉积岩石学实验课教学的质量.

视频展示系统在岩石学实验教学中的应用

传统的岩石学实验教学在讲授的过程中,由于学生对岩石特征缺乏直观认识,导致对岩石鉴定特征理解困难、记忆模糊等问题。为此,我们引入了一种新的视频展示系统,它实现了实验教学可视化,使教学内容生动、形象、具体,构建了一种新的直观互动教学模式。这种新型的教学模式激发了学生的学习兴趣,提升岩石学实验课程的教学质量,进而培养学生独立鉴定岩石标本能力。

基于BOPPPS教学模式的岩石学实验课程改革探索与实践

BOPPPS教学模式是落实“学生中心”教育理念的重要方法。以岩石学实验课程为例,利用BOPPPS教学模式重构教学设计,着重培养学生自主学习和创新思维能力,通过各环节过程性评价多角度分析学习效能,反馈改进教学,形成教育闭环。当然,BOPPPS教学模式的运用会受到诸多制约,但在当下,可以通过加强师生沟通、团队合作设计教学、及时反馈调整实施等攻克难关,共同推进BOPPPS教学的开展。

幔源岩浆成因的实验岩石学约束

作为地幔熔融的直接产物,幔源岩浆的成分和性质忠实地记录了地幔源区的化学组成并能反映其演化过程,为深入理解地球内部的动力学过程和演化历史提供了重要信息。得益于近年来高温高压实验装置和微区分析测试手段的大幅改进,科学家们能够在高温高压条件下正演模拟和记录地幔岩石的物理化学反应,通过控制实验条件和初始物质成分,揭示不同地质环境下的地幔部分熔融机制,约束幔源岩浆的生成和演化过程。本文通过对不同幔源岩浆成因的实验岩石学研究进行系统梳理,总结了单一地幔橄榄岩源区的熔融、地幔源区其他岩石类型的熔融、地幔源区不同岩石的混合熔融三方面相关实验的研究现状、突出进展和存在问题,并结合深地科学的发展方向,对未来有关幔源岩浆成因和壳幔相互作用的实验研究前景进行了展望。

火山岩熔融、结晶、淬火实验及其岩石学意义

本文对我国福建、江西、河南等地某些典型玄武岩和部分安山岩以及意大利威苏维火山的白榴响岩质碱玄岩进行了实验研究，其中包括熔融、结晶、淬火实验。根据实验结果，分析了熔浆成分对首晶矿物的影响，阐明了晶体形态与结晶温度、生长速度及成核密度的关系，研究了斜长石、白榴石的晶出及其矿物学、岩石学意义，论述了橄榄石、辉石的成分特征及其晶出后熔浆成分的演化趋势，讨论了单斜辉石的淬火效应与压力效应。

五大连池、尚志等地新生代碱性玄武岩的实验岩石学研究

本文通过对黑龙江省新生代富钾及富钠碱性玄武岩进行了熔融与淬火实验研究。确定了岩石固相线与液相线的温度,岩石结晶程度与温度的关系。研究了矿物结晶的温度区间与顺序、晶体形态及习性。讨论了压力对岩石熔点的影响、岩石酸度与粘度、结晶程度的关系以及熔体有序状态对矿物形态的影响。

熔体在岩石形变中的作用综述──来自实验岩石学的证据

实验岩石学的研究表明，岩石中熔体的出现．可诱发断层作用，加强碎裂流动、位错蠕变和扩散蠕变作用。在给定的条件下，上述四种变形机制在部分熔融岩石中都会起作用，但只有那种能产生最快应变速率的机制占主导地位。而应变速率与岩石中熔体的百分数（体积）有关，因此，当熔体的百分数不同时，占主导地位的变形机制会有所不同。临界熔体百分数曾被当作反映部分熔融岩石流变学特征的一个重要参数，但近期的研究表明，临界熔体百分数受诸多因素的影响，或者说部分熔融岩石根本就不存在这样的植。熔体的出现极大地改变了岩石的流变学特征。

21世纪实验岩石学的重大突破——核幔边界D″层研究

地球核幔边界即D″层的矿物成分一直以来都被认为是MgSiO3钙钛矿。随着高温高压实验技术的不断提高,各国学者对该层物质成分的认识也在不断深化。近年,日本学者通过实验,率先合成了一种新的高温高压矿物,即MgSiO3后钙钛矿,并认为后钙钛矿物相是核幔边界的主要特征。这项重大成果解决了长期困扰学术界的D″层地震波各向异性成因问题,揭示了地震波不连贯性的本质原因。该项成果被誉为21世纪实验岩石学的重大突破,对人们深入探索地球深部的奥秘具有重大理论价值。随着对地球核幔边界认识的继续深入,有可能解决岩石圈板块运动的本质原因以及地磁场成因机制等重大问题。

成矿碳酸岩的实验岩石学研究现状与展望

火成碳酸岩及其风化产物是全球战略性关键金属稀土元素(REE)和铌(Nb)的主要来源。因此,对关键金属在火成碳酸岩中的超常富集机理研究具有重要的科学意义。研究表明成矿碳酸岩常常与碱性杂岩体存在密切的时空联系,因而母岩浆应属于碳酸盐化的硅酸盐岩浆,并以霞石岩岩浆为主。针对碳酸岩关键金属矿床的成岩成矿过程,已有实验发现母岩浆在地壳内的演化过程中,既可以通过分离结晶作用,也可以通过液态不混溶作用形成碳酸岩。然而,更加接近自然样品的多组分体系的实验均表明液态不混溶作用总是先于碳酸盐矿物分离结晶作用。因此,液态不混溶作用对关键金属成矿过程有着不可忽视的作用。尽管如此,已有不混溶实验表明当碳酸盐熔体和硅酸盐熔体发生不混溶之后,关键金属REE与Nb总是优先分配到硅酸盐熔体(碱性岩)中,但是在成矿杂岩体中,REE与Nb是高度富集在碳酸岩中。虽然不混溶实验表明REE与Nb在碳酸盐-硅酸盐熔体中的分配系数与含水量有关,即与熔体的聚合程度有关,但是绝大部分成矿碳酸岩成矿过程一般并不富水,所以碳酸岩中REE和Nb等关键金属元素超常富集的机理并不明确。因此未来的研究应重点关注在碳酸岩演化的过程中,除了水以外,其他配体对于关键金属元素在不混溶硅酸盐-碳酸盐熔体之间分配系数是否有影响,从而找到控制碳酸岩中关键金属成矿的关键。

富硅熔体与地幔橄榄石反应的高温高压实验研究及其对华北克拉通陆下岩石圈地幔性质转变的启示

【研究目的】大陆岩石圈地幔内部广泛发育熔体与橄榄岩的反应,以华北克拉通岩石圈较为典型。根据地幔捕虏体的矿物交代特征和相关元素地球化学指标判别,硅酸盐熔体与橄榄岩的反应是华北克拉通岩石圈地幔内熔体—岩石反应的主要类型。然而华北克拉通陆下岩石圈地幔性质转变的实验岩石学证据尚不充足。【研究方法】为了探讨这一反应机制及相关动力学过程,以河南鹤壁方辉橄榄岩中的橄榄石和湖北黄陵三斗坪的英云闪长岩为初始物,在中国科学院地球内部物质高温高压重点实验室的LC250—300/50活塞圆筒压机上开展了高温(1 200~1 400℃)高压(1.0和1.5 GPa)条件下的富硅熔体与地幔橄榄石的反应实验。【研究结果】结果表明,代表古老难熔岩石圈地幔的橄榄石与富硅熔体反应,生成斜方辉石。斜方辉石的En组分73~93,属于顽火辉石。在1.0 GPa压力下,温度从1250℃升高至1350℃,有更多的镁橄榄石分子溶解到熔体中,随着斜方辉石的结晶,残余熔体Si O_(2)、Al_(2)O_(3)和K_(2)O分别从66.20%、17.24%、1.40%下降至61.91%、16.02%、1.28%,而Mg O由3.93%升高至8.26%。在1.5 GPa压力下,温度从1 250℃升高至1 400℃,残余熔体Si O_(2)、Al_(2)O_(3)、K_(2)O分别从65.79%、17.64%、1.36%下降至61.74%、15.78%、1.23%;而Mg O从3.11%升高至7.07%。【结论】温度变化对反应后熔体化学组成的影响显著超过压力变化。富硅熔体与橄榄石反应生成斜方辉石,能够解释华北克拉通地幔橄榄岩包体的交代现象,斜方辉石脉体是富硅熔体与橄榄石反应的产物,该反应同时导致岩石圈地幔由难熔型向饱满型转变。

国外实验岩石学之梗概

应加拿大不列颠哥伦比亚大学地质科学系主任H.J.格林伍德教授的邀请,我于1984年末对该系进行了访问,重点地了解有关实验室的仪器装备,做了学术交流,涉及内容较多,现仅就实验岩石学的有关展望做一概述。 实验岩石学做为地质学领域中的分枝,在国外近代地学研究中日益显示其重要性。

高压为王——实验岩石学家Yoder的故事

"钢铁大王"安德鲁·卡内基(Andrew Carnegie,1835-1919)以其聪明才智、过人胆识通过投资当时蓬勃发展的钢铁工业在短时期内攫取了大量财富,而一跃成为世界首富。然而就在事业的巅峰期,他却摒弃一切,退隐江湖,过一种恬淡、无争的闲适生活,把后半生都奉献给了慈善事业与世界和平。"如果一个有钱人在他临死的时候还是那么有钱,那将是一种耻辱。"

应用实验岩石学研究火山活动过程

近年来,圣海伦斯、基拉韦厄、皮纳图波,阿留申群岛的火山喷发,以及加州长谷的侵入活动,激起了人们对火山活动的关注。由理论模拟、野外和分析研究这些及其他火山中心,对岩浆体系和火山活动过程得出的新认识,已由实验岩石学的新近结果所补充。这些实验使得我们可以测定喷发前的条件,如压力P、温度T、氧化状态(fo_2)和灰分含量(f_(H_2O),f_(CO_2))。这种信息提供着岩浆贮存区深度的估算值,灰份对喷发过程的作用,和火山下岩浆的成分分带。已经从实验上研究了各种灰分(H_2O,OH,CO_2,SO_2,S^-,Cl^-)的溶解度与P、T和熔浆成分的关系。结果,可以评价出火山灰分进入大气中的严重性。并与卫星光谱得出的估算值相对比,例如与1982年埃尔奇冲和1991年皮纳图波火山喷发的硫进入大气中的估算值对比。还可以利用实验速率数据,例如最近对角闪石的反应环发展和斜长石生长与时间关系得出的数据,说明火山体系的动力学问题。本文评述实验火山学的这方面研究的一些新近展。

华北克拉通破坏相关的实验岩石学研究

华北克拉通破坏过程中,岩石圈地幔岩石类型从方辉橄榄岩向二辉橄榄岩转变。对于这一转变过程,不同学者提出了不同的假说。其中以拆沉作用和底侵作用最具代表性。本文从熔体——地幔岩石相互作用的角度,系统的总结了前人关于熔体——地幔岩石(橄榄岩)反应的研究结果。为正确认识这个过程提供有益的启示。

华北克拉通岩石圈地幔熔体与橄榄岩反应及相关高温高压实验

基于大量地幔包体的岩石学和地球化学研究,推断在大陆岩石圈地幔内部发育着熔体与橄榄岩反应,以华北克拉通岩石圈地幔最具典型。依据地幔捕虏体的矿物交代特征和相关元素地球化学指标,华北克拉通岩石圈地幔发育着硅酸盐熔体与橄榄岩反应(如吉林辉南、安徽女山、山东山旺、河北汉诺坝、内蒙古集宁、河北符山等地区)和碳酸岩熔体与橄榄岩反应(如河南鹤壁、山东铁铜沟、河南信阳等地区)。已有的熔体与橄榄岩反应高温高压实验研究的初始熔体也可以归为硅酸盐熔体和碳酸岩熔体两大类。这些实验研究为探讨异剥橄榄岩、纯橄岩、高镁安山岩、高镁埃达克质岩等特殊岩石成因及岩石圈地幔组成的变化提供了直接证据。今后通过进一步的熔体与橄榄岩反应高温高压实验研究,建立反应产物特征与初始熔体性质、组成的对应关系,是揭示华北克拉通岩石圈地幔从古老难熔型向"年轻"饱满型演化的重要途径。

长英质岩浆中液态不混溶与成矿作用关系的实验研究

本文的实验研究表明：１２５０℃（１０５Ｐａ）条件下呈均一状态的花岗岩－ＫＢＦ４－Ｎａ２ＭｏＯ４体系，在１０００℃条件下发生液态不混溶形成三种熔体：相对偏酸性的液滴、相对偏基性的熔体和成矿熔体。成矿熔体中富含ＣａＯ、ＭｇＯ和ＭｏＯ２组分。红外光谱研究表明：硅酸盐熔体结构以［ＳｉＯ４］基团为主，而成矿熔体结构中存在Ｃａ—Ｆ、Ｃａ—Ｏ—Ｍｏ、Ｈ—Ｏ—Ｈ以及Ｘ─ＯＨ（Ｘ＝阳离子）基团，说明Ｈ２Ｏ和Ｆ富集在成矿熔体中。液态不混溶作用产生的三种不混溶熔体的结构差异明显，主要表现在结构单元中桥氧数目的变化，相对偏酸性的Ａ类小球体的结构单元中桥氧数最高，基底玻璃熔体中桥氧数则相对较少，而成矿熔体中不存在桥氧。本实验研究结果表明长英质岩浆中的液态不混溶可直接导致成矿熔体的形成。这意味着长英质岩浆中的液态不混溶可直接导致斑岩矿床的形成。

钾玄质系列岩石的研究现状

钾玄质系列岩具有特殊的矿物学和地球化学特征,并具有重要的构造及成矿意义,自命名以来备受关注,但仍有许多问题存在较大争议,如岩石类型扩大化、是否存在壳源成因、板内环境如何判别等等。本文从以下几方面对钾玄质系列岩进行了系统总结:(1)作为一个独立的岩石系列,钾玄质系列岩仍缺失明确有效的岩石学、矿物学和地球化学等判别指标,相对统一的标准亟待建立;(2)与岛弧有关的钾玄质系列岩表现为高度富集大离子亲石元素和轻稀土元素,具有显著地TNT异常(Ta—Nb—Ti);大洋板内钾玄质系列岩具有典型的洋岛玄武岩(OIB)的微量元素特征;大陆板内钾玄质系列岩石兼具岛弧型和OIB型微量元素特征;(3)低硅钾玄质岩(SiO_2不大于63%)应当主要源于地幔源区,高硅钾玄质岩主要源于地壳源区,但更多情况下是二者的混合。

玄武岩的高温高压实验研究

玄武岩及其高温高压相—榴辉岩的相组合,经历了长期的地质作用,反映出一定的时空条件。从高温高压实验矿物学、实验岩石学入手,对于以相组合出现的某些化学体系进行平衡条件研究,可揭示此类岩石形成的物理化学环境,并有助于阐明地球内部的物理状态、组成成分以及活动过程。

涉及埃达克岩实验的若干基本概念与问题辨析

根据热力学原理,部分熔融是相变的一种表现形式。当岩石沿p-T轨迹穿过固相线时即可发生熔融。自然界岩石常见的不一致熔融行为可以导致残留相具有不同于源岩的整体成分与矿物组合。残留相与源岩可以属于不同的变质相,岩性也可以不同。＂C型埃达克岩＂含有含水矿物,它们不是干体系熔融的产物。实验岩石学研究表明,基性成分（SiO2〈50%）体系较中性、酸性体系在1.0-2.0 GPa压力条件下失水熔融时更易于形成＂榴辉岩质＂的残留相。源岩除SiO2以外的其它主要氧化物会影响残留相中各矿物的比例,进而影响熔体的Sr、Y及HREE含量。因此,＂C型埃达克岩＂高Sr低HREE特征的形成取决于熔融温压条件以及源岩的主量元素、微量元素组成等多重因素。高钾含量（K2O≈1.0%）的基性、中基性源岩形成的熔体成分与＂C型埃达克岩＂相比过于富Al或富Na。中等富钾的基性源岩的低程度熔融可以形成高硅的＂C型埃达克岩＂,但无法形成中性的＂C型埃达克岩＂。