岩石学-岩石学1-第一、二章
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③大规模溢流玄武岩形成的机理？
四、岩石在地球上的分布
1. 地球的层圈构造
2. 分异后的地球具有层圈
构造，根据地球物理的
资料，地球可划分为三
个一级的层圈，地核、
地幔和地壳，其中地核
占地球总体积
(1.083×1021m3 )的16.2%，
地幔占83.2%，地壳占
0.6%，在它们之间分布 有明显的地震波速突变 的不连续界面（或带）。
通过各种作用（分异作用、同化作用、混合 作用等）产生派生岩浆的独立的岩浆称为母岩 浆。
经分异作用产生的岩浆称派生岩浆，又可称 为进化岩浆（Evolved magma）。
原生岩浆可以成为母岩浆，但母岩浆 不一定是原生岩浆。
母岩浆与派生岩浆具有成因联系，它 们是母体与子体的关系，在成分上可形 成相互联系的系列。
岩石成因分类
(1)、岩浆岩（Magamatic rocks, Igneous rocks） 是由地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融作用 (partial melting)形成的岩浆(magma)，在侵入地下 一定深度或喷出地表冷凝而成的岩石。 ①高温岩浆侵入地下形成的岩石称为侵入岩 （Plutonic rocks）, 如花岗岩。 ②高温岩浆喷出地表（或在近地表就位）形成 的岩石称为火山岩 (Volcanic rocks)。
石灰，石英砂等
Ⅲ area ining M
Px
M i n i n g a r e a AⅠ'
1km
N
A-A'
Lz Lz
C'
PILZ
A
Px
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B-B' C
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Px
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B
Px
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W
Lz M in in g a re a Ⅳ
Px
(2)、沉积岩(Sedimentary rocks) 主要由地表分化产物、生物、火山碎 屑物等，在外力作用下搬运、沉积、固 结而成的岩石。
(3)、变质岩(Metamorphic rocks) 是由岩浆岩、沉积岩经变质作用转 化而成的岩石。
灰岩大理岩 T>200°C，有新的矿物生长、结晶
火成岩
三大类岩石野外特征对比简表 野外特征
The Enrichment Processes of Platinum Group Elements in Jinchuan Cu-Ni-PGE Deposit
3、与环境科学密切相关 ①地质事件与环境密切相关
火山活动， 殒击事件等
②农田开发
③地方病防治 ④建筑
总上所述，人类社会可持续发展以 及人与自然的协调所必须解决的重大问 题：资源开发、环境保护及灾害防治等 均与岩石学密切相关。
3. 岩浆的温度
各类熔岩喷出温度的估算值（引自Carmichael，1974）
夏威夷 基拉韦厄 墨西哥 帕里库廷 刚果 尼腊贡戈 刚果 尼亚木拉基拉 新西兰 陶波
加里福尼亚 蒙诺火山口 冰岛 新不列颠（南西太平洋）
拉斑玄武岩 玄武安山岩 霞石岩 白榴玄武岩 辉石流纹岩 浮岩流 角闪流纹岩 熔岩，熔接凝灰岩 浮岩流 流纹质熔岩 流纹英安质黑翟岩 安山质浮岩 英安质熔岩，浮岩 流纹英安质浮岩
美国圣海伦斯火 山在1980年5月18日发 生强烈喷发，火山的 喷发导致了山崩和塌 方，并喷出了大量的 火山灰和浮岩碎屑， 400米的山峰爆炸崩溃， 在62平方公里的范围 内充满了崩碎的碎屑 。
四、岩浆的分异、混合和同化
（1）分异作用 （2）混合作用（Assimilation）, （3）同化混染（Contamination）.
3. 岩浆的上升与侵位(magma ascent and emplacement)
岩浆分凝后, 岩浆的密度低于 源区的岩石，产生重力不稳定性及 浮力，导致岩浆上升，当岩浆上升 至上部岩石的密度与其相当时，岩 浆体停止移动形成侵入岩。
岩浆上升的动力是密度差及由 于张开裂隙而发生的减压作用。
岩浆的上升侵位机制
三、岩浆的性质
1. 岩浆的密度：单位体积内所含岩浆的重量。 与岩浆成分、温度、压力等因素有关。
玄武岩熔体的密度与压力的关系图 测量条件，压力为0.71和1Gpa时，T=1350-1400℃，
2. 岩浆的粘度:粘度反映流体流动 的难易程度。粘度的单位是 Pa·s（帕斯卡·秒)。
* 岩浆的粘度（degree of viscosity） ①与岩浆成分、结构有关； ②岩浆的粘度在冷却时明显的增加； ③随压力增大而略增加。
1）底劈作用
岩浆加热顶部围岩使其粘 度降低，自身则因浮力上升， 迫使围岩向下流动，并占据其 腾出的空间。底辟侵位的主要 驱动力是岩浆的浮力和热动力， 底辟侵位一般可分早期穹隆阶 段、中期底辟上升阶段和晚期 侧向挤断三个阶段。
岩浆的上升侵位机制 1）底劈作用 2）顶蚀作用 3）岩墙扩展作用 4）火口沉陷
1．在 野 外 呈 层 状 产 生 ，并 经 历 分 选作用。 2．岩 层 表 面 可 以 出 现 波 痕 、交 错 层、泥裂等构造。 3． 岩 层 在 横 向 上 延 续 范 围 很 大 。 4．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。 5．沉 积 岩 的 固 结 程 度 有 差 别 ，有 些甚至是未固结的沉积物。
沉积岩
变质岩
1． 形 成 火 山 及 各 类 熔 岩 流 。 2．形 成 岩 脉 、岩 墙 、岩 株 及 岩 基 等形态并切割围岩。 3 ．对 围 岩 有 热 的 影 响 致 使 其 重 结 晶，发生相互反应及颜色改变。 4 ．在 与 围 岩 接 触 处 火 成 岩 体 边 部 有细粒的淬火边。 5．除 火 山 碎 屑 岩 外 ，岩 体 中 无 化 石出现。 6．多 数 火 成 岩 无 定 向 构 造 ，矿 物 颗粒成相互交织排列。
1150-1225℃ T.L.Wright 等 (1968)
1020-1110℃ Zics (1946)
980℃ Sahama 和 Mever (1958)
1095℃ Verhoogen (1948)
860 890℃
Ewart
等
(1971)
735 780℃
790 780℃ 900 925℃ Carmichel (1967a)
Decompression melting
t
AS
M"
M'
h(depth)
MB
2. 岩浆的分凝(magma
segregation)
岩浆分凝是指熔融的岩浆液滴 从源区岩石的粒间分离集中的作用， 控制因素有：熔体分数 (即部分熔融 程度），源区的渗透性，熔体的密 度与残留固体的密度差产生的浮力， 残留固相etrology)
岩石学是地质学领域的一门重要分支 学科，是研究地壳、地幔及其它星体产 出的岩石分布、产状、成分、结构、构 造、分类、命名、成因、演化等方面的 科学。
岩石学的分支学科
①岩类学或岩相学（Petrography） ②岩理学（Petrogenesis） ③试验岩石学（Experimental Petrology）
1． 岩 石 中 的 砾 石 、 化 石 或 晶 体 受到了破坏。 2． 碎 屑 或 晶 体 颗 粒 拉 长 ， 岩 石 具 定 向 构 造 ，但 也 有 少 数 无 定 向 构造的变质岩。 3． 多 数 分 布 于 造 山 带 、 前 寒 武 纪地盾中。 4． 可 以 分 布 于 火 成 岩 体 与 围 岩 的接触带。 5． 岩 石 的 面 理 方 向 与 区 域 构 造 线方向一致。 6． 大 范 围 的 变 质 岩 分 布 区 矿 物 的变质程度有逐渐改变的现象。
1000 液相
800
2
600
400
200
0
2
4
固相线
1
3
20
固相
6
8
10
12
14
P (Kb)
正常地热梯度不能形成岩浆
温度、压力、挥发份:如果不是这些因素起
作用，“正常”情况下将不会有岩浆形成
（无论是地幔还是地壳）
T
大陆地温曲线
液相
减压
干体系固相线
固相
加热
大洋地温曲线
饱和水体系固相线
P
全球活火山分布图
三、学习岩石学的意义
1、岩石是组成地球的物质基础
2、寻找矿产资源 * 与沉积岩相关的矿产资源：石油、天 然气、煤及非金属矿产
* 与岩浆岩及变质岩相关的矿产：CrCo-Ni-PGE-Cu-Au-Ag-W-Sn-Te。红宝 石、蓝宝石、翡翠等。
* 有些岩石本身就是矿产： 玄武岩：铸石、路基
花岗岩：石材
940 990℃
925℃
Heming
和
Carmichacl
Lowder
(1973);
(1970)
880℃
4. 岩浆中挥发分
现代火山喷发时有大量气体逸出，已固结的火山 岩标本有些含相当数量的气孔都充分说明了岩 浆中含有挥发组分。
成份有：CO2, CH4, NH3, H2, HCl, HF, H2S, SO2, P2O5 和H2O等
例如玄武岩浆可通过分异作用产生安 山岩和英安岩，从而形成了玄武岩—安 山岩—英安岩系列。
二、岩浆的形成和运移
1.岩浆形成
(1) 升温 （T ） (2) 减压 （P ） (3) 固相线下移
初始熔融条件变化，如流 体加入
• 部分熔融-迁移聚集-岩
浆房-喷发或侵入 • 研究发法：实验岩石学
T (0C)
1200
4、岩石是地球演化的记录册
对有关岩石的形成时代、时空分布及其 形成条件的研究，可以对解决地质历史演化 中的许多重大问题。
①现代的沉积物与地质历史上的沉积物的丰 度有很大的差别, 其原因何在？
②有些火成岩，如科马提岩，多数出现在太 古代，块状斜长岩、更长环斑花岗岩多数出 现在元古代，如何根据这些岩石的特征来认 识地球的演化？
（1）岩浆分异作用
分异作用是指原来成分均匀的岩浆，在 没有外来物质加入的情况下，依靠本身的演 化，最终产生不同组份的火成岩的作用。
*分离结晶作用：岩浆结晶作用阶段，早 结晶的高熔点矿物与熔体分离，并使残余岩 浆的成分发生连续的变化（重力分离作用、 流动分异作用）。
2. 熔离作用
熔离作用是指原来混溶的熔 体因物理或化学的原因分离为不 混熔或混溶程度低的两种熔体的 过程。物理因素可以是温度、压 力的变化，化学因素则与第三种 成分的加入有关。如在炼钢炉中 加入CaCO3和CaF2可使铁水和炉 渣分为互不混熔的液层。
地壳岩石经熔融或部分熔融形 成的，它可以全部由液相的熔 体组成，也可以含有部分固态 物质和挥发分 。
1. 原生岩浆（ primary magma）
由地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融作用形 成的成分未遭受变异的岩浆。
在一套火成岩组合中，原生岩浆可能是Mg 值最高的岩浆（Mg*=0.68-0.75）。
2. 母岩浆（Parent magma）和派生岩浆 （Derivative magma）
地球的层圈构造示意图 （引自L.A.Raymond,2019）
CLC：大陆下地壳
原始熔体在水-氢
压力下实验的
分层结果，分
成氢-镍-铁层 （Fe、Ni、 H基2性）层、(铁M质g、超Fe、 Si），超基性层 (Mg、Si），过 渡层（Mg、Si 、Al）和基底 层(Na、K、Si、 Al)，并与地球 结构略图对比
*岩石学的定义( Petrology)
岩石学是地球的物质科学，是 研究地球过程的核心对象.。当岩石 学变成物质科学，并与地球物理学结 合的时候，岩石成因学（petrologenesis） 成熟了。包含不同构造环境中的矿物 学与地球化学和完全扎根于地球物理 学的岩石学，在帮助揭示地球的过程 中有着明显的和光明的前景(Peter
第二篇、火成岩石学 （Igneous Petrology）
火成岩石学定义
火成岩石学是研究岩浆起源、 活动、演化、结晶及其岩石的组成、 分布、产状、成分、结构、构造、 分类、命名、共生组合、成因机理 与构造、矿产关系的一门独立学科。
第二章、岩浆与岩浆作用
一、岩浆（magma） 岩浆是由已存在的地幔或
P x L h e rzo lite
D issem in a ted o re
P l-L h e rzo lite
N et-tex tu red -rich O re
Lz
W e b sterite
M a ssiv e su lfid e o re
The Jinchuan ultramafic intrusion is 6500 meters long, and average 400 m in width in surface.
四、岩石在地球上的分布
1. 地球的层圈构造
2. 分异后的地球具有层圈
构造，根据地球物理的
资料，地球可划分为三
个一级的层圈，地核、
地幔和地壳，其中地核
占地球总体积
(1.083×1021m3 )的16.2%，
地幔占83.2%，地壳占
0.6%，在它们之间分布 有明显的地震波速突变 的不连续界面（或带）。
通过各种作用（分异作用、同化作用、混合 作用等）产生派生岩浆的独立的岩浆称为母岩 浆。
经分异作用产生的岩浆称派生岩浆，又可称 为进化岩浆（Evolved magma）。
原生岩浆可以成为母岩浆，但母岩浆 不一定是原生岩浆。
母岩浆与派生岩浆具有成因联系，它 们是母体与子体的关系，在成分上可形 成相互联系的系列。
岩石成因分类
(1)、岩浆岩（Magamatic rocks, Igneous rocks） 是由地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融作用 (partial melting)形成的岩浆(magma)，在侵入地下 一定深度或喷出地表冷凝而成的岩石。 ①高温岩浆侵入地下形成的岩石称为侵入岩 （Plutonic rocks）, 如花岗岩。 ②高温岩浆喷出地表（或在近地表就位）形成 的岩石称为火山岩 (Volcanic rocks)。
石灰，石英砂等
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(2)、沉积岩(Sedimentary rocks) 主要由地表分化产物、生物、火山碎 屑物等，在外力作用下搬运、沉积、固 结而成的岩石。
(3)、变质岩(Metamorphic rocks) 是由岩浆岩、沉积岩经变质作用转 化而成的岩石。
灰岩大理岩 T>200°C，有新的矿物生长、结晶
火成岩
三大类岩石野外特征对比简表 野外特征
The Enrichment Processes of Platinum Group Elements in Jinchuan Cu-Ni-PGE Deposit
3、与环境科学密切相关 ①地质事件与环境密切相关
火山活动， 殒击事件等
②农田开发
③地方病防治 ④建筑
总上所述，人类社会可持续发展以 及人与自然的协调所必须解决的重大问 题：资源开发、环境保护及灾害防治等 均与岩石学密切相关。
3. 岩浆的温度
各类熔岩喷出温度的估算值（引自Carmichael，1974）
夏威夷 基拉韦厄 墨西哥 帕里库廷 刚果 尼腊贡戈 刚果 尼亚木拉基拉 新西兰 陶波
加里福尼亚 蒙诺火山口 冰岛 新不列颠（南西太平洋）
拉斑玄武岩 玄武安山岩 霞石岩 白榴玄武岩 辉石流纹岩 浮岩流 角闪流纹岩 熔岩，熔接凝灰岩 浮岩流 流纹质熔岩 流纹英安质黑翟岩 安山质浮岩 英安质熔岩，浮岩 流纹英安质浮岩
美国圣海伦斯火 山在1980年5月18日发 生强烈喷发，火山的 喷发导致了山崩和塌 方，并喷出了大量的 火山灰和浮岩碎屑， 400米的山峰爆炸崩溃， 在62平方公里的范围 内充满了崩碎的碎屑 。
四、岩浆的分异、混合和同化
（1）分异作用 （2）混合作用（Assimilation）, （3）同化混染（Contamination）.
3. 岩浆的上升与侵位(magma ascent and emplacement)
岩浆分凝后, 岩浆的密度低于 源区的岩石，产生重力不稳定性及 浮力，导致岩浆上升，当岩浆上升 至上部岩石的密度与其相当时，岩 浆体停止移动形成侵入岩。
岩浆上升的动力是密度差及由 于张开裂隙而发生的减压作用。
岩浆的上升侵位机制
三、岩浆的性质
1. 岩浆的密度：单位体积内所含岩浆的重量。 与岩浆成分、温度、压力等因素有关。
玄武岩熔体的密度与压力的关系图 测量条件，压力为0.71和1Gpa时，T=1350-1400℃，
2. 岩浆的粘度:粘度反映流体流动 的难易程度。粘度的单位是 Pa·s（帕斯卡·秒)。
* 岩浆的粘度（degree of viscosity） ①与岩浆成分、结构有关； ②岩浆的粘度在冷却时明显的增加； ③随压力增大而略增加。
1）底劈作用
岩浆加热顶部围岩使其粘 度降低，自身则因浮力上升， 迫使围岩向下流动，并占据其 腾出的空间。底辟侵位的主要 驱动力是岩浆的浮力和热动力， 底辟侵位一般可分早期穹隆阶 段、中期底辟上升阶段和晚期 侧向挤断三个阶段。
岩浆的上升侵位机制 1）底劈作用 2）顶蚀作用 3）岩墙扩展作用 4）火口沉陷
1．在 野 外 呈 层 状 产 生 ，并 经 历 分 选作用。 2．岩 层 表 面 可 以 出 现 波 痕 、交 错 层、泥裂等构造。 3． 岩 层 在 横 向 上 延 续 范 围 很 大 。 4．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。 5．沉 积 岩 的 固 结 程 度 有 差 别 ，有 些甚至是未固结的沉积物。
沉积岩
变质岩
1． 形 成 火 山 及 各 类 熔 岩 流 。 2．形 成 岩 脉 、岩 墙 、岩 株 及 岩 基 等形态并切割围岩。 3 ．对 围 岩 有 热 的 影 响 致 使 其 重 结 晶，发生相互反应及颜色改变。 4 ．在 与 围 岩 接 触 处 火 成 岩 体 边 部 有细粒的淬火边。 5．除 火 山 碎 屑 岩 外 ，岩 体 中 无 化 石出现。 6．多 数 火 成 岩 无 定 向 构 造 ，矿 物 颗粒成相互交织排列。
1150-1225℃ T.L.Wright 等 (1968)
1020-1110℃ Zics (1946)
980℃ Sahama 和 Mever (1958)
1095℃ Verhoogen (1948)
860 890℃
Ewart
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735 780℃
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2. 岩浆的分凝(magma
segregation)
岩浆分凝是指熔融的岩浆液滴 从源区岩石的粒间分离集中的作用， 控制因素有：熔体分数 (即部分熔融 程度），源区的渗透性，熔体的密 度与残留固体的密度差产生的浮力， 残留固相etrology)
岩石学是地质学领域的一门重要分支 学科，是研究地壳、地幔及其它星体产 出的岩石分布、产状、成分、结构、构 造、分类、命名、成因、演化等方面的 科学。
岩石学的分支学科
①岩类学或岩相学（Petrography） ②岩理学（Petrogenesis） ③试验岩石学（Experimental Petrology）
1． 岩 石 中 的 砾 石 、 化 石 或 晶 体 受到了破坏。 2． 碎 屑 或 晶 体 颗 粒 拉 长 ， 岩 石 具 定 向 构 造 ，但 也 有 少 数 无 定 向 构造的变质岩。 3． 多 数 分 布 于 造 山 带 、 前 寒 武 纪地盾中。 4． 可 以 分 布 于 火 成 岩 体 与 围 岩 的接触带。 5． 岩 石 的 面 理 方 向 与 区 域 构 造 线方向一致。 6． 大 范 围 的 变 质 岩 分 布 区 矿 物 的变质程度有逐渐改变的现象。
1000 液相
800
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固相线
1
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P (Kb)
正常地热梯度不能形成岩浆
温度、压力、挥发份:如果不是这些因素起
作用，“正常”情况下将不会有岩浆形成
（无论是地幔还是地壳）
T
大陆地温曲线
液相
减压
干体系固相线
固相
加热
大洋地温曲线
饱和水体系固相线
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全球活火山分布图
三、学习岩石学的意义
1、岩石是组成地球的物质基础
2、寻找矿产资源 * 与沉积岩相关的矿产资源：石油、天 然气、煤及非金属矿产
* 与岩浆岩及变质岩相关的矿产：CrCo-Ni-PGE-Cu-Au-Ag-W-Sn-Te。红宝 石、蓝宝石、翡翠等。
* 有些岩石本身就是矿产： 玄武岩：铸石、路基
花岗岩：石材
940 990℃
925℃
Heming
和
Carmichacl
Lowder
(1973);
(1970)
880℃
4. 岩浆中挥发分
现代火山喷发时有大量气体逸出，已固结的火山 岩标本有些含相当数量的气孔都充分说明了岩 浆中含有挥发组分。
成份有：CO2, CH4, NH3, H2, HCl, HF, H2S, SO2, P2O5 和H2O等
例如玄武岩浆可通过分异作用产生安 山岩和英安岩，从而形成了玄武岩—安 山岩—英安岩系列。
二、岩浆的形成和运移
1.岩浆形成
(1) 升温 （T ） (2) 减压 （P ） (3) 固相线下移
初始熔融条件变化，如流 体加入
• 部分熔融-迁移聚集-岩
浆房-喷发或侵入 • 研究发法：实验岩石学
T (0C)
1200
4、岩石是地球演化的记录册
对有关岩石的形成时代、时空分布及其 形成条件的研究，可以对解决地质历史演化 中的许多重大问题。
①现代的沉积物与地质历史上的沉积物的丰 度有很大的差别, 其原因何在？
②有些火成岩，如科马提岩，多数出现在太 古代，块状斜长岩、更长环斑花岗岩多数出 现在元古代，如何根据这些岩石的特征来认 识地球的演化？
（1）岩浆分异作用
分异作用是指原来成分均匀的岩浆，在 没有外来物质加入的情况下，依靠本身的演 化，最终产生不同组份的火成岩的作用。
*分离结晶作用：岩浆结晶作用阶段，早 结晶的高熔点矿物与熔体分离，并使残余岩 浆的成分发生连续的变化（重力分离作用、 流动分异作用）。
2. 熔离作用
熔离作用是指原来混溶的熔 体因物理或化学的原因分离为不 混熔或混溶程度低的两种熔体的 过程。物理因素可以是温度、压 力的变化，化学因素则与第三种 成分的加入有关。如在炼钢炉中 加入CaCO3和CaF2可使铁水和炉 渣分为互不混熔的液层。
地壳岩石经熔融或部分熔融形 成的，它可以全部由液相的熔 体组成，也可以含有部分固态 物质和挥发分 。
1. 原生岩浆（ primary magma）
由地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融作用形 成的成分未遭受变异的岩浆。
在一套火成岩组合中，原生岩浆可能是Mg 值最高的岩浆（Mg*=0.68-0.75）。
2. 母岩浆（Parent magma）和派生岩浆 （Derivative magma）
地球的层圈构造示意图 （引自L.A.Raymond,2019）
CLC：大陆下地壳
原始熔体在水-氢
压力下实验的
分层结果，分
成氢-镍-铁层 （Fe、Ni、 H基2性）层、(铁M质g、超Fe、 Si），超基性层 (Mg、Si），过 渡层（Mg、Si 、Al）和基底 层(Na、K、Si、 Al)，并与地球 结构略图对比
*岩石学的定义( Petrology)
岩石学是地球的物质科学，是 研究地球过程的核心对象.。当岩石 学变成物质科学，并与地球物理学结 合的时候，岩石成因学（petrologenesis） 成熟了。包含不同构造环境中的矿物 学与地球化学和完全扎根于地球物理 学的岩石学，在帮助揭示地球的过程 中有着明显的和光明的前景(Peter
第二篇、火成岩石学 （Igneous Petrology）
火成岩石学定义
火成岩石学是研究岩浆起源、 活动、演化、结晶及其岩石的组成、 分布、产状、成分、结构、构造、 分类、命名、共生组合、成因机理 与构造、矿产关系的一门独立学科。
第二章、岩浆与岩浆作用
一、岩浆（magma） 岩浆是由已存在的地幔或
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The Jinchuan ultramafic intrusion is 6500 meters long, and average 400 m in width in surface.