地質(zhì)學(xué)是對(duì)地球結(jié)構(gòu)的研究，包括液態(tài)和固態(tài)地球、構(gòu)成地球的巖石以及這些巖石隨時(shí)間變化的方式。正如您可能想象的那樣，地質(zhì)學(xué)家花費(fèi)大量時(shí)間觀察巖石，而顯微鏡幫助地質(zhì)學(xué)家看到這些巖石中肉眼看不到的東西。涉及使用顯微鏡的一些特定地質(zhì)應(yīng)用包括巖性、巖石學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)。讓我們來(lái)看看每個(gè)學(xué)科的具體定義，并發(fā)現(xiàn)顯微鏡在地質(zhì)學(xué)中所扮演的獨(dú)特角色。

巖性：巖石物理特性的研究

巖石的巖性是其物理特征的總和。在地質(zhì)學(xué)課堂上，學(xué)生們使用低倍顯微鏡觀察標(biāo)本的特征或巖性，以通過(guò)名稱和類別來(lái)識(shí)別它。雖然許多地質(zhì)學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中識(shí)別巖石，但現(xiàn)場(chǎng)巖石的識(shí)別更常與巖性一詞相關(guān)聯(lián)。

通常記錄的巖石的一些物理特征包括巖石類型、顆粒/碎屑大小、礦物學(xué)、顏色、織物和質(zhì)地。巖性在錄井領(lǐng)域尤為重要，這涉及創(chuàng)建詳細(xì)的測(cè)井，描述來(lái)自正在鉆探的鉆孔的巖屑的物理特征。泥漿記錄儀使用顯微鏡檢查巖屑，巖屑是從鉆孔中釋放出來(lái)的小塊固體材料，然后與鉆井泥漿一起帶到地面。使用僅放大 10 倍的顯微鏡，泥漿記錄儀可以確定巖石類型、孔隙類型、是否存在石油痕跡以及巖屑是否可以容納石油或天然氣。這些觀察結(jié)果被繪制成一個(gè)信息圖表，該圖表作為泥漿記錄的一部分包含在內(nèi)。

曾經(jīng)有一段時(shí)間巖性和巖相是同義詞，人們?nèi)匀粚烧呋鞛橐徽?。巖性側(cè)重于描述巖石的宏觀特征，這些特征甚至是肉眼可見的特征，但作為巖石學(xué)的一個(gè)分支的巖相學(xué)注意到細(xì)節(jié)如此之小，以至于您需要顯微鏡才能看到他們。在現(xiàn)場(chǎng)很難進(jìn)行徹底的顯微鏡檢查，這就是為什么巖石學(xué)更具體地與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境相關(guān)聯(lián)的原因。

巖石學(xué)：巖石形成條件的研究

巖性側(cè)重于列出標(biāo)本的物理特征，而巖石學(xué)側(cè)重于識(shí)別標(biāo)本并發(fā)現(xiàn)該標(biāo)本是如何形成的。使用高倍率巖相顯微鏡，地質(zhì)學(xué)家可以研究薄片中的標(biāo)本，以確定它們的多向色性、雙折射和干涉特性。電子微探針使科學(xué)家能夠看到標(biāo)本的確切化學(xué)組成，進(jìn)一步研究穩(wěn)定和放射性同位素將有助于了解標(biāo)本的地球化學(xué)演化。

電子微探針，也稱為電子探針微分析儀，利用兩種不同的技術(shù)徹底研究樣品。這些技術(shù)包括 X 射線光譜和電子顯微鏡：X 射線光譜使用 X 射線激發(fā)來(lái)分析樣品，而電子顯微鏡使用加速電子束作為照明源。電子微探針的工作原理類似于掃描電子顯微鏡，使科學(xué)家能夠發(fā)現(xiàn)和分析樣品的元素。巖石學(xué)家使用這些數(shù)據(jù)來(lái)確定他們的樣本是火成巖、變質(zhì)巖還是沉積巖，從而告訴他們巖石開始是如何形成的。

巖石學(xué)家使用顯微鏡收集的所有信息使他們能夠確定他們正在研究的巖石的起源。另一方面，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)在更廣泛的范圍內(nèi)處理這些歷史，不僅揭示樣品的歷史，而且揭示其直接環(huán)境甚至行星本身的歷史。

構(gòu)造地質(zhì)學(xué)：研究歷史巖石幾何學(xué)以揭示其歷史

結(jié)構(gòu)地質(zhì)學(xué)家使用顯微鏡檢查巖石的薄片，特別注意樣品的結(jié)構(gòu)。在地質(zhì)學(xué)中，“織物”是指樣品元素的幾何和空間排列。這些模式有助于地質(zhì)學(xué)家了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而揭示巖石內(nèi)部的弱點(diǎn)、地震發(fā)生的可能性、地質(zhì)地點(diǎn)如何影響地下水流動(dòng)，甚至是構(gòu)造板塊如何移動(dòng)和移動(dòng)。

巖相顯微鏡在研究巖石質(zhì)地時(shí)特別有用。變質(zhì)巖和沉積巖是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究中很常見的巖石類型，但火成巖的質(zhì)地也非常有價(jià)值。用巖相顯微鏡收集的信息可以深入了解樣品形成的條件以及它經(jīng)歷變形、折疊和其他改變它的事件的方式。

微觀結(jié)構(gòu)分析的目的主要取決于被分析的巖石類型。研究沉積微結(jié)構(gòu)的科學(xué)家想要了解沉積物的沉積條件、樣品過(guò)去的環(huán)境以及樣品的產(chǎn)地。同時(shí)，變質(zhì)巖的質(zhì)地有助于科學(xué)家確定樣品中發(fā)生變形的時(shí)間、方式和原因。這一切都?xì)w結(jié)為樣本的歷史，這反過(guò)來(lái)又有助于地質(zhì)學(xué)家了解我們所居住星球的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

一小塊巖石樣本能告訴我們這么多關(guān)于地球結(jié)構(gòu)的信息，這難道不是很神奇嗎？地質(zhì)學(xué)家在幫助我們了解地球歷史方面發(fā)揮著很重要的作用，如果沒(méi)有顯微鏡的幫助，他們無(wú)法做到這一點(diǎn)。顯微鏡讓科學(xué)家們能夠看到巖石中的東西，否則他們不會(huì)知道那里存在的東西，而地質(zhì)學(xué)研究告訴我們關(guān)于地球未來(lái)的信息和它對(duì)它過(guò)去的信息一樣多。