岩石成因、类型与鉴别
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地球科学知识：
岩石成因、类型与鉴别
中国地质大学（北京） 苏 犁
地球的本质特征与岩石成因
地球性质
地球表 面由水和 陆地两部 分组成
海洋
大陆
地球性质
陆地占地球表面的 30％；海洋占70％
地球特性
地球的内部结构： 中心没有完全固结的鸡蛋
地壳
地幔
内 核
外 核
鸡蛋
地球特性
岩石圈
D” layer
地球是（1）分层的；（2）内部是富集铁、镍、镁等重元素，外部富集硅、铝 等轻元素；（3）内部热、外壳冷（地核的温度可高达5000°C以上）。地球内部分 层的特性，特别是地球内部的热能向地球表面释放导致地球发生了一系列的变化， 包括在地球表面形成岩石层，根据岩石形成作用的不同，地球表层（包括地壳和软 流圈以上地幔构成的岩石圈）岩石通常被分为三大类：沉积岩、火成岩、变质岩
岩石分类： 三大基本的岩石类型 3 fundamental rock types
Igneous
火成岩
Sedimentary
沉积岩
Metamorphic
变质岩
出露在地球表面的三类岩石
的形成机理（成因）
岩石成因
非洲
南美洲
50多年前，科学家们利用潜水艇等对大洋底部的仔细研究发现，太平洋、 大西洋、印度洋底部的地貌是相同的，都有像“脊柱”一样的海底山脉，那 里有岩浆不断的上涌，形成最年轻的岩石。大洋两侧的陆地还可以拼贴起来
结构构造特征改变形成的岩石－－变质岩
变质岩成因及岩石特征
High-temperature limit grades into melting Over the melting range solids and liquids coexist Xenoliths, restites, and other enclaves? Migmatites (“mixed rocks”) are gradational
＜8~2 ＜2~0.5
＜0.5~0.25 ＜0.25~0.06 ＜0.06~0.03
＞—3~—1 ＞—1~1
＞1~2 ＞2~4 ＞4~5
细砾 中碎屑 （砂） 粗砂
中粒砂 细砂 粗粉砂 细碎屑 （粉砂） 细粉砂 泥
＜0.03~0.004
＜0.004
＞5~8
＞8
粗碎屑岩（砾岩）分类
按粗碎屑圆度的划分 砾岩：粗碎屑中呈圆状和次圆状碎屑的含量大于粗碎屑总量的 50%； 角砾岩：粗碎屑中呈棱角状和次棱角状碎屑的含量，大于粗碎 屑总量的50%。 按粗碎屑大小的划分 按粗碎屑大小分为巨砾岩、粗砾岩、中砾岩和细砾岩。
板块构造学说
地幔柱构造学说
岛弧
洋 中 Ridge 脊 Mid-Ocean
洋 Island 岛 Ocean
陆 缘 Margin 弧 Arc Continental
大陆裂谷 Rift
地表岩石因埋深（变质岩）
板块俯冲带入地球内部（变质岩）
地球内部热物质上涌（火成岩）
火成岩成因及岩石特征
在地球内部（地幔或地壳岩石部分熔融）产生的高温 熔浆上侵至近地表发生冷却结晶形成的岩石被称为火成岩
岩石的基本组成
岩石－－－－矿物－－－－元素
元素： 是地球物质的基本组成单位。地壳中各种元素的平均含量(克拉克值) 不同，但氧（O）﹑硅（Si）﹑铝（Al）﹑铁（Fe）﹑钙（Ca）﹑钠 （Na） 钾（K）﹑镁（Mg）八种元素占了地壳总重量的97％以上﹐其 中氧约占地壳总重量的一半(49％)﹐硅占地壳总重的1/4以上(26％)。 元素是组成矿物的物质基础。
（1）按熔浆结晶的位置分为：A 到达地表－－火山岩 B 未到达地表－－侵入岩 （ 2 ）按岩石的成份分为：
超基性岩－－基性岩－－中性岩－－中酸性岩－－酸性岩 SiO2，Al2O3
增加 增加
MgO，FeO 颜色浅，比较轻
颜色深，比较重
流纹岩
（酸性岩类）
花岗岩
英安岩
（中酸性岩类）
花岗闪长岩
安山岩
（中性岩类）
泥岩里的 恐龙化石
碳酸盐岩里 的三叶虫 妈妈和宝宝
双壳化石
鱼类化石
恐龙遗迹化石
沉积岩中古生物化石
Sedimentary Structures (cont’d) Fossils - traces of plants or animals preserved in sedimentary rock; includes replacement by calcite or silica, voids spaces or molds reflecting the former shape, filling in the molds to form casts, flat carbon imprints. footprints, trails, and burrows
≥128 mm ＜128~32 ＜32~8 ＜8~2
按粗碎屑成分的划分 单成分砾岩：粗碎屑的岩性单一，同种成分粗碎屑的含量大于 75%； 复成分砾岩：粗碎屑的岩性复杂，每种岩性的粗碎屑含量，均 不超过粗碎屑总量的75%。
砂岩
碳酸盐岩碎片 (CRF)
-carbonate, usually calcite with high order interference colors
陆源碎屑岩：由碎屑物质组成 泥质岩：粘土物质组成
内源沉积岩
在沉积盆地中通过生物沉积作用和化学沉 积作用而形成的岩石，主要包括
蒸发岩 非蒸发岩 可燃性有机岩。
火山碎屑岩
由火山喷发的火山碎屑物质经机械搬运沉 积而成的岩石。
一级 沉积岩
二
级 陆源碎屑岩
三级 粗碎屑岩（砾岩） 中碎屑岩（砂岩） 细碎屑岩（粉砂岩） 泥质岩 泥岩 页岩 石灰岩 白云岩 硅质岩 磷质岩 铁质岩
熔浆形成于地球深部 （地幔柱）
熔浆形成于板块边缘地幔
岩石成因
熔浆直接喷出地表－火山作用－火山岩
岩石成因
海 底 火 山 作 用
海底火山喷发因为海水很凉，深度很大，岩浆主要是在海底流动， 形成枕头状的岩石－枕状溶岩
熔浆没有直接喷出地表，而是侵入至地壳 内部缓慢结晶－－侵入作用－－侵入岩
火成岩分类
岩石成因
陆地占地球表面的 30％；海洋占70％
研究发现 ：海洋中的岩石普遍非常“年轻”，陆地上的岩石普遍比较“老”，并且比较“轻
岩石成因
三类岩石的成因机理
水、风等搬运后沉积（沉积岩）
Divergent Plate Boundary (EPR, MAR) Intraplate (Hawaii, Reunion) Convergent Plate Boundary (Andes in South America) Intraplate/Divergent Plate Boundary (East Africa, CFB of Deccan) Convergent Plate Boundary (Mariana, Tonga) Island Arc
高温下的塑态流变
—衡山麻粒岩
沉积岩成因及岩石特征
海水，河水，湖水及风搬运物质在适宜的位 置沉积，再经埋藏成岩作用后形成的岩石－ －沉积岩
沉积岩最突出特征：
通常呈层状产出，有时还可以在岩石表面（层面 上）看到水流动等沉积阶段留下的痕迹－－波痕、 龟裂等痕迹
沉积岩形成环境
因重力作用发生的沉积作用－－机悈沉积，形成泥岩、砂岩、砾岩； 因化学条件改变发生的沉积作用－化学沉积，形成碳酸盐岩，硫酸岩等
岩石的野外宏观鉴别
岩石的野外宏观鉴别
岩石的野外宏观鉴别 －－火成岩（侵入岩）
西 岳 华 山
岩石的野外宏观鉴别－－变质岩
岩石的野外宏观鉴别－－沉积岩
世界屋脊－珠穆朗玛峰
风化作用
岩石有三大类：
A：火成岩－－形成于地球深处的熔浆结晶的岩石， 它们很硬，常含多种结晶矿物，里 面有许多有用的矿产和漂亮的宝石
If we heat a metamorphic rock until it melts, at what point in the melting process does it become “igneous”?
岩石塑性变形的主要表现 有：
（1）塑性变形可引起矿物晶体 出现内部晶格滑动和位错， 发 育波状消光、亚颗粒、扭折、机 械双晶及变形纹等变形结构。 （2）由于岩石内部所受的应力 不均匀引起组分化学位的梯度变 化。 如某些组分在受到最大垂 直应力的部分趋向于溶解，而在 受垂直应力较小的部分沉淀，从 而形成岩石内部的扩散流。与之 有关的结构现象有如压溶现象、 压力影和糜棱结构等。 （3）在应力作用下，变质岩石 中的矿物出现优选定向(preferred orientation)， 从而形成变质岩石 所特有的结晶片理。
矿物： 指由地质作用形成的元素单质或化合物，它们具有相对固定的化学成份 和特定的晶体结构，并在一定的物理化学（温度、压力、氧逸度等）条 件下稳定，是组成岩石的基本单元。研究表明，由地壳中主要元素的氧 化物或氧盐(主要是硅酸盐) 形成的矿物是地壳中最常见的矿物相。目前 已知的矿物约有3000种。 岩石： 指天然产出、具一定结构构造的一种或多种矿物的集合体，其化学成 份随所含矿物种类及含量的变化而变化。由各类岩石构成了地球的最外 部圈层－－岩石圈。按岩石形成机理（成因）可将它们分为岩浆岩、沉 积岩和变质岩 3个大类。
Calcite cement
CRFs commonly contain fossils
Glauconite海绿石 Calcite cement
碳酸盐岩中的鲕壮结构
从海水中结晶的碳酸盐岩
沉积物成岩前暴露出水体出现干裂纹 后再次充填沉积物形成的龟裂纹
潮汐留下的波纹
水体流动方向
水体流动方向
由于沉积岩的形成与水密切相关，所以在沉积 岩中常可以找到生物化石
闪长岩
枕状熔岩
（基性岩类）
辉长岩
科马提岩
（超基性岩)
橄榄岩
祖母绿
红刚玉
刚玉
黄玉
钛铁矿
帘石
电气石
岩石中的漂亮矿物
宝石
金伯利岩－形成于150 km以下， 并快速喷发至近地表的超基性岩
光彩照人钻石
变Leabharlann Baidu岩成因及岩石特征
地表岩石可以因为被埋到地下深处，或
因板块运动被带到地球深部，或受应力
挤压变形等作用影响而发生变化成份和
陆源沉积岩
内源沉积岩
非蒸发岩
铝质岩
锰质岩 蒸发岩 天然碱岩 石膏、硬石膏岩 钙芒硝岩 石盐岩 钾镁盐岩 其它化学沉积岩 可燃有机岩
火山—沉积碎屑岩
沉积—火山碎屑岩
火山—沉积碎屑岩
沉积岩粒度与源区距离关系
碎屑粒级划分表
自然粒级标准，mm ≥128 ＜128~32 ＜32~8 Φ 值粒级标准 ≤—7 ＞—7~—5 ＞—5~—3 陆源碎屑名称 粗碎屑 （砾） 巨砾 粗砾 中砾
Intraplate/Divergent Plate Boundary (East Africa, CFB of Deccan)
岛弧
洋 中 Ridge 脊 Mid-Ocean
洋 Island 岛 Ocean
陆 缘 Margin 弧 Arc Continental
大陆裂谷 Rift
熔浆形成于地壳
熔浆形成于板块边缘地幔
机悈沉积为物理搬运，沉积物堆积时大小混杂， 并因来源于不同地区，而成份复杂。
沉积岩是在地壳表层条件下由母岩（岩浆岩、 变质岩、先成的沉积岩）的风化产物、经过 搬运作用、沉积作用和成岩作用而形成的岩 石。
陆源沉积岩 内源沉积岩 火山沉积岩
沉积岩
陆源沉积岩
由机械搬运沉积的陆源物质组成的岩石
岩石成因
板块构造学说
Convergent Plate Boundary (Mariana, Tonga) Island Arc
Divergent Plate Boundary (EPR, MAR)
Intraplate (Hawaii, Reunion)
Convergent Plate Boundary (Andes in South America)
B：沉积岩－－水携带的物质沉积形成，通常是成 层状的，里面可以找到化石和水冲 刷留下的痕迹 C：变质岩－－地球表面的岩石，被埋到深处或随 板块运动被带到地壳深处发生改变 形成的岩石
谢 谢！
岩石成因、类型与鉴别
中国地质大学（北京） 苏 犁
地球的本质特征与岩石成因
地球性质
地球表 面由水和 陆地两部 分组成
海洋
大陆
地球性质
陆地占地球表面的 30％；海洋占70％
地球特性
地球的内部结构： 中心没有完全固结的鸡蛋
地壳
地幔
内 核
外 核
鸡蛋
地球特性
岩石圈
D” layer
地球是（1）分层的；（2）内部是富集铁、镍、镁等重元素，外部富集硅、铝 等轻元素；（3）内部热、外壳冷（地核的温度可高达5000°C以上）。地球内部分 层的特性，特别是地球内部的热能向地球表面释放导致地球发生了一系列的变化， 包括在地球表面形成岩石层，根据岩石形成作用的不同，地球表层（包括地壳和软 流圈以上地幔构成的岩石圈）岩石通常被分为三大类：沉积岩、火成岩、变质岩
岩石分类： 三大基本的岩石类型 3 fundamental rock types
Igneous
火成岩
Sedimentary
沉积岩
Metamorphic
变质岩
出露在地球表面的三类岩石
的形成机理（成因）
岩石成因
非洲
南美洲
50多年前，科学家们利用潜水艇等对大洋底部的仔细研究发现，太平洋、 大西洋、印度洋底部的地貌是相同的，都有像“脊柱”一样的海底山脉，那 里有岩浆不断的上涌，形成最年轻的岩石。大洋两侧的陆地还可以拼贴起来
结构构造特征改变形成的岩石－－变质岩
变质岩成因及岩石特征
High-temperature limit grades into melting Over the melting range solids and liquids coexist Xenoliths, restites, and other enclaves? Migmatites (“mixed rocks”) are gradational
＜8~2 ＜2~0.5
＜0.5~0.25 ＜0.25~0.06 ＜0.06~0.03
＞—3~—1 ＞—1~1
＞1~2 ＞2~4 ＞4~5
细砾 中碎屑 （砂） 粗砂
中粒砂 细砂 粗粉砂 细碎屑 （粉砂） 细粉砂 泥
＜0.03~0.004
＜0.004
＞5~8
＞8
粗碎屑岩（砾岩）分类
按粗碎屑圆度的划分 砾岩：粗碎屑中呈圆状和次圆状碎屑的含量大于粗碎屑总量的 50%； 角砾岩：粗碎屑中呈棱角状和次棱角状碎屑的含量，大于粗碎 屑总量的50%。 按粗碎屑大小的划分 按粗碎屑大小分为巨砾岩、粗砾岩、中砾岩和细砾岩。
板块构造学说
地幔柱构造学说
岛弧
洋 中 Ridge 脊 Mid-Ocean
洋 Island 岛 Ocean
陆 缘 Margin 弧 Arc Continental
大陆裂谷 Rift
地表岩石因埋深（变质岩）
板块俯冲带入地球内部（变质岩）
地球内部热物质上涌（火成岩）
火成岩成因及岩石特征
在地球内部（地幔或地壳岩石部分熔融）产生的高温 熔浆上侵至近地表发生冷却结晶形成的岩石被称为火成岩
岩石的基本组成
岩石－－－－矿物－－－－元素
元素： 是地球物质的基本组成单位。地壳中各种元素的平均含量(克拉克值) 不同，但氧（O）﹑硅（Si）﹑铝（Al）﹑铁（Fe）﹑钙（Ca）﹑钠 （Na） 钾（K）﹑镁（Mg）八种元素占了地壳总重量的97％以上﹐其 中氧约占地壳总重量的一半(49％)﹐硅占地壳总重的1/4以上(26％)。 元素是组成矿物的物质基础。
（1）按熔浆结晶的位置分为：A 到达地表－－火山岩 B 未到达地表－－侵入岩 （ 2 ）按岩石的成份分为：
超基性岩－－基性岩－－中性岩－－中酸性岩－－酸性岩 SiO2，Al2O3
增加 增加
MgO，FeO 颜色浅，比较轻
颜色深，比较重
流纹岩
（酸性岩类）
花岗岩
英安岩
（中酸性岩类）
花岗闪长岩
安山岩
（中性岩类）
泥岩里的 恐龙化石
碳酸盐岩里 的三叶虫 妈妈和宝宝
双壳化石
鱼类化石
恐龙遗迹化石
沉积岩中古生物化石
Sedimentary Structures (cont’d) Fossils - traces of plants or animals preserved in sedimentary rock; includes replacement by calcite or silica, voids spaces or molds reflecting the former shape, filling in the molds to form casts, flat carbon imprints. footprints, trails, and burrows
≥128 mm ＜128~32 ＜32~8 ＜8~2
按粗碎屑成分的划分 单成分砾岩：粗碎屑的岩性单一，同种成分粗碎屑的含量大于 75%； 复成分砾岩：粗碎屑的岩性复杂，每种岩性的粗碎屑含量，均 不超过粗碎屑总量的75%。
砂岩
碳酸盐岩碎片 (CRF)
-carbonate, usually calcite with high order interference colors
陆源碎屑岩：由碎屑物质组成 泥质岩：粘土物质组成
内源沉积岩
在沉积盆地中通过生物沉积作用和化学沉 积作用而形成的岩石，主要包括
蒸发岩 非蒸发岩 可燃性有机岩。
火山碎屑岩
由火山喷发的火山碎屑物质经机械搬运沉 积而成的岩石。
一级 沉积岩
二
级 陆源碎屑岩
三级 粗碎屑岩（砾岩） 中碎屑岩（砂岩） 细碎屑岩（粉砂岩） 泥质岩 泥岩 页岩 石灰岩 白云岩 硅质岩 磷质岩 铁质岩
熔浆形成于地球深部 （地幔柱）
熔浆形成于板块边缘地幔
岩石成因
熔浆直接喷出地表－火山作用－火山岩
岩石成因
海 底 火 山 作 用
海底火山喷发因为海水很凉，深度很大，岩浆主要是在海底流动， 形成枕头状的岩石－枕状溶岩
熔浆没有直接喷出地表，而是侵入至地壳 内部缓慢结晶－－侵入作用－－侵入岩
火成岩分类
岩石成因
陆地占地球表面的 30％；海洋占70％
研究发现 ：海洋中的岩石普遍非常“年轻”，陆地上的岩石普遍比较“老”，并且比较“轻
岩石成因
三类岩石的成因机理
水、风等搬运后沉积（沉积岩）
Divergent Plate Boundary (EPR, MAR) Intraplate (Hawaii, Reunion) Convergent Plate Boundary (Andes in South America) Intraplate/Divergent Plate Boundary (East Africa, CFB of Deccan) Convergent Plate Boundary (Mariana, Tonga) Island Arc
高温下的塑态流变
—衡山麻粒岩
沉积岩成因及岩石特征
海水，河水，湖水及风搬运物质在适宜的位 置沉积，再经埋藏成岩作用后形成的岩石－ －沉积岩
沉积岩最突出特征：
通常呈层状产出，有时还可以在岩石表面（层面 上）看到水流动等沉积阶段留下的痕迹－－波痕、 龟裂等痕迹
沉积岩形成环境
因重力作用发生的沉积作用－－机悈沉积，形成泥岩、砂岩、砾岩； 因化学条件改变发生的沉积作用－化学沉积，形成碳酸盐岩，硫酸岩等
岩石的野外宏观鉴别
岩石的野外宏观鉴别
岩石的野外宏观鉴别 －－火成岩（侵入岩）
西 岳 华 山
岩石的野外宏观鉴别－－变质岩
岩石的野外宏观鉴别－－沉积岩
世界屋脊－珠穆朗玛峰
风化作用
岩石有三大类：
A：火成岩－－形成于地球深处的熔浆结晶的岩石， 它们很硬，常含多种结晶矿物，里 面有许多有用的矿产和漂亮的宝石
If we heat a metamorphic rock until it melts, at what point in the melting process does it become “igneous”?
岩石塑性变形的主要表现 有：
（1）塑性变形可引起矿物晶体 出现内部晶格滑动和位错， 发 育波状消光、亚颗粒、扭折、机 械双晶及变形纹等变形结构。 （2）由于岩石内部所受的应力 不均匀引起组分化学位的梯度变 化。 如某些组分在受到最大垂 直应力的部分趋向于溶解，而在 受垂直应力较小的部分沉淀，从 而形成岩石内部的扩散流。与之 有关的结构现象有如压溶现象、 压力影和糜棱结构等。 （3）在应力作用下，变质岩石 中的矿物出现优选定向(preferred orientation)， 从而形成变质岩石 所特有的结晶片理。
矿物： 指由地质作用形成的元素单质或化合物，它们具有相对固定的化学成份 和特定的晶体结构，并在一定的物理化学（温度、压力、氧逸度等）条 件下稳定，是组成岩石的基本单元。研究表明，由地壳中主要元素的氧 化物或氧盐(主要是硅酸盐) 形成的矿物是地壳中最常见的矿物相。目前 已知的矿物约有3000种。 岩石： 指天然产出、具一定结构构造的一种或多种矿物的集合体，其化学成 份随所含矿物种类及含量的变化而变化。由各类岩石构成了地球的最外 部圈层－－岩石圈。按岩石形成机理（成因）可将它们分为岩浆岩、沉 积岩和变质岩 3个大类。
Calcite cement
CRFs commonly contain fossils
Glauconite海绿石 Calcite cement
碳酸盐岩中的鲕壮结构
从海水中结晶的碳酸盐岩
沉积物成岩前暴露出水体出现干裂纹 后再次充填沉积物形成的龟裂纹
潮汐留下的波纹
水体流动方向
水体流动方向
由于沉积岩的形成与水密切相关，所以在沉积 岩中常可以找到生物化石
闪长岩
枕状熔岩
（基性岩类）
辉长岩
科马提岩
（超基性岩)
橄榄岩
祖母绿
红刚玉
刚玉
黄玉
钛铁矿
帘石
电气石
岩石中的漂亮矿物
宝石
金伯利岩－形成于150 km以下， 并快速喷发至近地表的超基性岩
光彩照人钻石
变Leabharlann Baidu岩成因及岩石特征
地表岩石可以因为被埋到地下深处，或
因板块运动被带到地球深部，或受应力
挤压变形等作用影响而发生变化成份和
陆源沉积岩
内源沉积岩
非蒸发岩
铝质岩
锰质岩 蒸发岩 天然碱岩 石膏、硬石膏岩 钙芒硝岩 石盐岩 钾镁盐岩 其它化学沉积岩 可燃有机岩
火山—沉积碎屑岩
沉积—火山碎屑岩
火山—沉积碎屑岩
沉积岩粒度与源区距离关系
碎屑粒级划分表
自然粒级标准，mm ≥128 ＜128~32 ＜32~8 Φ 值粒级标准 ≤—7 ＞—7~—5 ＞—5~—3 陆源碎屑名称 粗碎屑 （砾） 巨砾 粗砾 中砾
Intraplate/Divergent Plate Boundary (East Africa, CFB of Deccan)
岛弧
洋 中 Ridge 脊 Mid-Ocean
洋 Island 岛 Ocean
陆 缘 Margin 弧 Arc Continental
大陆裂谷 Rift
熔浆形成于地壳
熔浆形成于板块边缘地幔
机悈沉积为物理搬运，沉积物堆积时大小混杂， 并因来源于不同地区，而成份复杂。
沉积岩是在地壳表层条件下由母岩（岩浆岩、 变质岩、先成的沉积岩）的风化产物、经过 搬运作用、沉积作用和成岩作用而形成的岩 石。
陆源沉积岩 内源沉积岩 火山沉积岩
沉积岩
陆源沉积岩
由机械搬运沉积的陆源物质组成的岩石
岩石成因
板块构造学说
Convergent Plate Boundary (Mariana, Tonga) Island Arc
Divergent Plate Boundary (EPR, MAR)
Intraplate (Hawaii, Reunion)
Convergent Plate Boundary (Andes in South America)
B：沉积岩－－水携带的物质沉积形成，通常是成 层状的，里面可以找到化石和水冲 刷留下的痕迹 C：变质岩－－地球表面的岩石，被埋到深处或随 板块运动被带到地壳深处发生改变 形成的岩石
谢 谢！