地质科学思维_地质思维
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花岗岩岩石学研究思路及方法
摘要：作为一个即将毕业的地质学的本科生，应该对自己所感兴趣的方面有脱离教材的深入了解。面对马上到来的硕士生涯，对自己未来的研究领域应有充足的准备和清晰的思路。本文以花岗岩研究为例，简单叙述笔者在近期学习中对该类岩石研究方法的总结和心得。关键词：科学问题；花岗岩；野外工作；地球化学；论点表达；心得体会
0 引言
对一个科学问题的研究需要一个提出问题、提供论据、表达论点和得出结论的过程，对花岗岩的研究是一个复杂的科学问题。[1-12]
首先，我们会想，为什么要研究花岗岩，研究花岗岩有什么意义？ 根据地质辞典的解释，“花岗岩”“是一种分布很广的深成酸性火成岩，SiO2含量多数在70%以上，颜色较浅，以灰白色、肉红色较为常见。主要由石英、长石及少量暗色矿物组成，其中石英含量在20%以上，碱性长石常多于斜长石”。花岗岩的定义和分类命名与其组成矿物的种类及其相对含量有关，但由于矿物含量界限是人为确定的，而自然界岩石的矿物组成是逐渐变化的，所以很难将花岗岩与其类似岩石严格区分开来。由此“花岗岩”有了广义花岗岩(亦称花岗岩类或花岗质岩石)和狭义花岗岩。广义花岗岩一般指花岗岩及与花岗岩具密切共生关系、矿物成分以含石英(>5%)和长石为主的中酸性侵入岩。本文所指花岗岩即是广义花岗岩。
普通人群对花岗岩有着较高的兴趣，这是因为花岗岩问题关乎到我们的生存环境和未来。国家基础建设所需求矿产资源多数与花岗岩有关。花岗岩也是良好的建筑材料，在建筑和装潢方面被利用。同时，许多奇特地质地貌也是由花岗岩风化形成供人们欣赏。
对地质学家来说，花岗质岩石是大陆地壳的重要组成部分，而大陆地壳相对大洋地壳演化时间更长，因此保存了较多的地球演化的信息，因此，研究花岗岩对研究地球的演化历程具有重要的作用及意义。
随着近代地质学的发展，地质学家对花岗岩的研究方法呈现多元化的趋势，越来越多的方法运用其中，所涉及到的其他学科也逐渐增多，这是科学技术进步的体现。[1] 1 研究方法
由于知识有限，现将了解的研究花岗岩最基本的方法进行简要叙述。1.1 野外工作
野外工作是地质学研究的最基本也是最实用的方法。对花岗岩的研究是建立在大量野外工作的基础之上的。地质学讲究“将今论古”，只有对研究对象现代的最基本的特征了解并研究透彻，才能反演获得其演变历程，而野外工作便是我们的第一步。对花岗岩的野外观察应包括以下内容：（1）地质体岩性的识别。这是首要步骤，通过在野外对地质体的岩性的识别，我们才能有针对性的开展后续工作，否则盲目的进行后续研究，只能是浪费人力物力。有些情况下对地质体并不能准确识别，但大致不会偏离较多，这便需要室内进行准确鉴定。（2）出露地质体的出露面积。其受两方面因素影响，一是覆盖体的风化程度，如果覆盖体风化程度较高则出露面积较大，另一方面为岩体本身体积，这是更为关键的因素，如果岩体本身体积很大，则出露面积必然很大，而地质体的出露面积能较好的反映出岩体体积从而间接体现岩体活动强度。（3）研究对象的构造特征。在一个研究对象演化的过程中会发生各种各样的地质活动，从而产生不同尺度的构造现象。通过对其构造现象的研究我们可以更清晰而且比较容易的反推出该地质体经过了何种类型以及何种程度的地质活动。基于此我们可以根据后续更加具体深入的工作对地质体的演化史进行详细准确的描述。较为基本的构造现象包括断层、节理、接触关系、穿插关系、流面、流线„„在此过程中，则需要一定的时空思维，我们需要将我们所看到的平面现象推及到其空间分布，同时也需要通过现在的现象出当时发生的过程。（4）标本的采集。对地质体进行标本采集是进行后续室内或者实验室工作的必要条件。对标本的采集可以根据研究的需要进行，一般我们需要新鲜样品，而有时候却需要蚀变样片，这根据实际
情况而定。[2,4-7] 1.2室内研究
当野外工作完成之后，将展开室内复杂而又关键的研究。室内研究方法繁多，现主要介绍近来接触的一些方法。1.2.1 矿物学分析
在野外，我们往往不能对地质体的准确名称进行标定，而需要通过在偏光显微镜下对岩石样品的薄片进行观察而确定。镜下观察主要是针对组成岩石的矿物，其包括矿物的形态、大小、颜色（单偏光下以及正交偏光下）、结构、构造、蚀变情况等。以上方面均是对岩石进行准确定名的必要因素，同时我们也可以确定矿物结晶顺序等。另外，我们也要对镜下薄片里的特殊构造或者矿物发生的蚀变加以重视，这些现象代表具体的地质条件，也可以对岩石演化提供依据。对镜下成分不确定的矿物，我们可以通过电子探针实验进行确定分析。1.2.2 地球化学分析
随着近代地质学的发展，地球化学分析在花岗岩研究中扮演着越来越重要的角色。花岗岩中的化学元素从岩浆形成到结晶再到冷却成岩并发生后期蚀变等都经过了一些列的化学反应，通过地球化学分析，我们识别花岗岩形成的地质过程，因此，花岗岩地球化学特征可以作为花岗岩形成的地质过程的指纹。
对花岗岩的地球化学分析主要分为4个方面：主量元素、微量元素、放射性成因同位素和稳定同位素。
主量元素分析，地质学家主要在三个方面利用主量元素：岩石分类，大量的地球化学研究提供了大量的主要元素数据，根据岩石的化学成分进行岩石分类的尝试不仅必要而且成为可能：构筑协变图解，用双变量或者三变量投影展示数据，构筑平面图解来表示分时数据中的元素之间的相互关系，我们可以推测岩石形成的可能地球化学过程；与试验确定的岩石成分（其形成条件已经知道）进行对比，我们可以将花岗岩的化学成分投影到确定的相图上，获得岩石形成条件的信息，推测熔融作用的物理化学条件和熔体随后的结晶作用历史。
微量元素分析，微量元素的研究已经成为现代岩石学的一个关键组成部分，比主量元素更能有效的区分岩石学过程。我们通过微量元素分析可以进行一下工作：判断熔体演化过程中的部分熔融过程、晶体分离作、地壳混染作用、岩浆混合作用和展示元素活动性。与主量元素一起，我们可以用来限定岩石岩浆起源的大地构造背景。以花岗岩为例，可以根据大地构造环境将花岗岩分为洋脊花岗岩（ORG）、火山弧花岗岩（VAG）、板内花岗岩（WPG）和碰撞花岗岩（COLG），这几类花岗岩在地球化学数据上表现出较大差异性和特殊性，因此我们可以根据地球化学数据的差异性和特殊性进行对研究岩石进行构造环境的限定。
地球化学中，放射性成因同位素主要有两种用途，首先它们可以用来确定岩石和矿物的年龄，我们可以利用等时线法和模式年龄法对岩石年龄进行厘定，以此与地质年代中的地质事件相对照，进一步确定岩石形成过程中的构造环境的变换。其次，它们可用于识别地质过程和示踪物质来源，在岩石形成过程中，某些同位素化学性质相近，其含量比值在岩石演化过程中保持基本恒定，我们可以据此确定其源区及混合和混染过程。
地球化学对轻的元素如H、C、O、N和S的研究一般运用稳定同位素。这些元素通常是组成具有重要地质意义的流体的主要组分，因此可以稳定同位素用来直接研究流体以及水—岩相互作用。另外，稳定同位素同样可以用来确定物质来源和用作古温度计并且研究地质过程中扩散和反应机制。1
在运用地球化学的过程中，我们运用到的地质思维主要有：（1）整体思维，首先我们应该知道我们做地球化学分析的用处以及运用那种类型的地球化学数据，这样我们才能有针对性的进行工作；（2）类比思维，我们将研究岩体的化学成分特征与已知岩体的为大众公认的化学特征相类比，从而找出其共同之处及不同之处；（3）发散思维，但我们发现我们研究岩体地化成分的特殊特性时，我们应积极的找寻出现该特性的原因并进行一定程度的发掘，这需要我们进行发散的思考，联系多学1 引自文献[3]
科知识。论点和结论的提出
根据以上的地质科学手段，我们可以对花岗岩岩石的具体特征有很好的了解。因此我们便要回归主题，要体现出研究花岗岩的意义。以花岗岩成矿来说，我们分析的地球化学数据和构造条件中哪些与成矿和控矿密切相关，他们又是怎么影响矿物富集过程的？当我们了解了这类矿床的成矿机制后，我们能为寻找新的矿床提供哪些方面的良好的线索呢？再以研究地球演化为例，我们所研究的一个或者几个岩体毕竟不能代表整个地球，但是当我们研究了不同地区、不同类型、不同地质年代的大量的岩体后，他们所具有的一些共性便可以在某种程度上来解释地球演化过程中的一些问题，当我们将这些问题逐一击破后，整个地球的演化历程便清晰可见，在这个过程中统计学规律不可缺少。得出结论，当我们将充足的证据用以证明我们的论点正确性之后，我们可以进行对我们观点的总结，我们得到的结论要与我们的研究意义相符，体现我们研究过程的合理性和价值所在。我们可以将我们的结论以科技论文的形式展示给读者。
在这两个过程中，需要我们有收敛思维，将有效地证据进行归纳总结，理出线索，找出各种现象的内在联系，通过综合分析，最终统一。[4-7] 3 个人心得和体会
从近期所读有关书籍和科技论文来看，对一个科学问题的研究是一个充满逻辑性的过程。从提出问题到最后得出结论，需要一步步的提供充分的证据来支撑自己的论点，若有较为薄弱的论证环节，则得出的结论在说服力上会大打折扣。
另外，对一个科学问题研究所得的结论没有完全的正确性，只有合理性。只要自己的论据有力的支持了自己的观点，结论让人信服，那么研究就有价值。同时，笔者也认为科学正是在不同观点的争论之中进步的。这也启示我们，要有大胆的批判思维。
最后，卓越的成果离不开牢固的基础和执着的研究工作，这要求我们要打好基础，坚持到底，功到自然成！
参考文献
[1] 罗照华，黄忠敏，柯珊.花岗质岩石的基本问题[J].地质论评，2007，53(8)：180-226.[2] 徐夕生，邱检生.火成岩岩石学[M].北京：科学出版社，2010.[3] Rollison H R，杨学明译.岩石地球化学[M].合肥：中国科技大学出版社，2000.[4] 毛景文，闫升好，刘锋，等.新疆阿尔泰蒙库同造山斜长花岗岩年代学、地球化学及其地质意义[J].地学学报，2008，82(4)：485-499.[5] 李鹏，吕新彪，陈超，等.新疆东天山小白石头黑云母花岗岩年代学、地球化学特征及其地质意义[J].地质与勘探，2011，47(4).[6] 李良林，周汉文，陈植华，等.福建太姥山地区花岗岩岩石地球化学特征及其地质意义[J].岩石矿物学杂志，2011，30(4).[7] 张旗，潘国强，李承东，等.花岗岩混合问题：与玄武岩对比的启示——关于花岗岩研究的思考之一[J].岩石学报，2007，23(5).[8] 张旗，潘国强，李承东，等.花岗岩结晶分离作用问题——关于花岗岩研究的思考之二[J].岩石学报，2007，23(6).[9] 张旗，潘国强，李承东，等.花岗岩构造环境问题——关于花岗岩研究的思考之三[J].岩石学报，2007，23(11).[10] 张旗，潘国强，李承东，等.花岗岩源岩问题——关于花岗岩研究的思考之四[J].岩石学报，2008，24(6).[11] 张旗，潘国强，李承东，等.花岗岩研究的误区———关于花岗岩研究的思考之五[J].岩石学报，2008，24(10).[12] 张旗，潘国强，李承东，等.21世纪的花岗岩研究，路在何方？——关于花岗岩研究的思考之六[J].岩石学报，2008，24(10).
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