在實驗室控制的物理化學條件下研究礦物巖石體系相平衡和動力機理的學科。歐美習慣把礦物和巖石的高溫高壓實驗研究統稱實驗巖石學，即廣義的實驗巖石學。前蘇聯等國則把著重礦物合成及相變方面的實驗研究稱作實驗礦物學。中國常把這方面的研究叫作成巖成礦實驗。實驗巖石學是最通用的術語。
簡史 用實驗方法研究礦物和巖石的嘗試已有一百多年的歷史。英國物理學傢J.霍爾首次做瞭玄武巖熔化結晶的高溫高壓實驗驗，他被稱為實驗巖石學之父。華盛頓卡內基地球物理實驗室於1907年建立，一般把它作為現代實驗巖石學發展的起點。20世紀開始瞭嚴格受控條件下矽酸鹽體系的實驗研究，早期以幹體系的實驗為主。美國實驗巖石學傢N.L.鮑溫在矽酸鹽幹體系實驗基礎上提出瞭“礦物反應系列”。第二次世界大戰後高溫高壓技術的進步使實驗巖石學有瞭較大的發展。1948年美國實驗巖石學傢O.F.塔特爾設計出瞭冷封高壓容器，改進型可用於700～900℃和4×108帕的實驗。1952年美國實驗巖石傢H.S.約得研制的內加熱高壓容器能獲得1500℃的高溫和109帕的高壓。這兩種流體介質的高壓設備成功地用於研究巖漿作用和變質作用，導致瞭花崗巖深熔理論和玄武巖成因理論的建立。50年代後，實驗巖石學進入到以超高壓為特征的發展時期。以1955年首次人工合成出金剛石為契機，各種超高壓設備迅速發展起來，出現以固體為壓力介質的各種壓機能產生高達3×1010帕的超高壓。1976年美國毛河光等研制出的鉆石高壓腔達到瞭1.2×1011帕的壓力，經改進已獲得2.8×1011帕的超高壓，相當於地核內部的壓力。超高壓實驗有力推動瞭地幔物態和結構的研究。
研究和應用范圍 實驗巖石學不僅研究火山作用、巖漿作用和變質作用等成巖過程，而且還研究地球深部的物態和物相轉變，研究礦物巖石在高溫高壓下的形變、波傳播、磁性、電導等物性。實驗資料不僅可以核查和補充地質觀察，而且可作為推論人們無法觀察的深部地質過程的旁證。實驗巖石學也應用於研究月巖學和隕石學。此外，實驗巖石學中的高溫高壓技術和方法還用於研制工業和技術的新原料，如人工合成金剛石、半導體和激光晶體、壓電和光電晶體，以及耐火、陶瓷等合成材料。
①火成巖的實驗研究。研究火成巖的成因，比較有成效的是花崗巖成因研究。代表花崗巖的鈉長石－正長石-SiO2-水體系的實驗查明，該體系的液相面隨水蒸氣壓的升高而降低。當壓力為5×107帕時熔化溫度為770℃，5×108帕時共熔溫度降至640℃。把鈉長石＋正長石＋SiO2組分大於80％的天然花崗巖的成分點投影到鈉長石＋正長石-SiO2相圖上，則絕大多數花崗巖的成分點都集中在共結點附近。這說明花崗巖主要是由熔融體共結形成的，大量天然花崗巖以及沉積巖、變質巖的熔化實驗結果也表明，在有水存在及水蒸氣壓約4×108帕條件下，這些巖石的熔化溫度也多在640～700℃之間。所有這些實驗結果都說明，地殼上部的矽鋁質巖石因構造運動下降到20～25公裡深度時，會發生部分或全部含水熔化，其生成熔體的成分就相當於花崗巖或花崗閃長巖。因此，大陸中大量的花崗巖是由地殼巖石經深熔和再結晶作用形成的。這個結論已被大多數巖石學傢接受。基性巖的成因與花崗巖不同。橄欖石-透輝石-SiO2體系高壓實驗表明，橄欖巖或輝橄巖在2×109帕下發生無水部分熔化，產生的熔體成分相當於SiO2略不飽和的玄武巖漿。據此認為，玄武巖漿是超鎂鐵質上地幔巖石在高壓下無水部分熔化形成的。玄武巖漿的性質取決於原始地幔巖石的成分和部分熔化深度。在地殼的淺部（15公裡以上，壓力小於5×108帕）形成含石英玄武巖漿，而在地殼的較深部（15～35公裡，壓力為5×108～13×108帕）產生的為高原玄武質和拉斑玄武質巖漿，而堿性玄武巖則發源於更深部。
②變質巖的實驗研究。當巖石受到變質作用時，它們的礦物組分和結構構造會發生重結晶和改造，其新生成的礦物組分取決於變質的溫度、壓力等物理化學條件。巖石學傢把相近溫度壓力條件下形成的、代表一定變質巖石的礦物組合劃分成組，叫變質相，而實驗巖石學傢則致力於實驗室條件下對礦物相變和相關系的實驗研究，以標定變質相形成的溫度和壓力（深度）。根據變質反應實驗建立起來的固相反應曲線及有揮發分參與的實驗得出的含水礦物脫水曲線以及碳酸鹽礦物的去碳酸鹽曲線，就能為變質巖提供一種所謂成巖格子，亦即估算變質巖形成溫度和深度的網格圖。如果變質巖中的礦物組合相當於成巖格子中的某一網格，就可據此確定該巖石形成的溫壓條件。圖1就是一種簡化的成巖格子，顯示正長石、石英、白雲母、夕線石等礦物組合的溫壓關系。混合巖化和花崗巖化等作用的發生條件和機理也能借助於實驗闡明。當存在粒間溶液時，巖石的液相面位置與有效水的含量有密切關系。當有過剩水時角閃巖、雲英閃長巖和花崗巖的初熔曲線彼此分開不遠，表明混合巖形成於同大多數地殼巖石相當的深度中。這個混合巖形成的溫壓條件已是區域變質作用的極限條件。因此，區域變質作用的通常產物是粒間花崗巖熔體，而達不到閃長巖的水平。
③地幔物相的實驗研究。人們可根據地表出露的深成巖研究地殼物質的化學和礦物成分，但要瞭解幾十、幾百公裡以下地球深部的物質就困難瞭。利用地震測量和高溫高壓實驗等方法可對地幔物質進行探索。地震波在地球裡傳播速度的研究表明，地幔是固態物質組成的，且隨深度增加物質密度不連續地增大。地幔物質究竟以什麼物相的形式存在以及它們如何隨深度而變化，這長期以來一直是個謎。超高壓下的實驗研究發現，鎂橄欖石在1000℃和13×109）帕下相變為變尖晶石，在33×109帕以上又轉變為尖晶石和方鎂石。斜方輝石在超高壓下亦變成密度更大的尖晶石和超石英。在更高的沖擊波壓力下，矽酸鹽礦物趨於轉變為密度更大的氧化物。如橄欖石在1500℃和26×109帕下變為鈣鈦礦、尖晶石和方鎂石，MgAl2O4成分的尖晶石在70×109帕下轉變為方鎂石和剛玉。現已查明地幔是由超鎂鐵質的固相物質組成的，其物相隨深度而變化。上地幔物相有輝石、橄欖石、石榴子石等，它們組成的巖石被稱作地幔巖。地幔各圈層的物相及其與深度關系可由圖2看出。
實驗巖石學有一定的局限性。實驗室的條件較之自然過程總是大大簡化瞭，實驗時間與漫長地質過程亦無法比擬。不過這些局限性會隨著實驗技術的完善而逐步縮小。現在，實驗巖石學正朝著更復雜因而更接近自然條件的多元體系和含多種揮發組分的復合體系的實驗研究方向發展，朝著探索地球更深部秘密的超高溫超高壓實驗發展。熱力學、動力學與實驗研究的結合可以互相補充和訂正許多數據資料，從而把實驗巖石學推向更精確的定量階段。地質地球化學過程的動力學可能成為這個領域未來探索的主要課題。
參考書目
曹榮龍等編：《成巖與成礦實驗》，地質出版社，北京，1980。
A.Edgar，Experimental Petrology，Clarendon Press，Oxford，1973.
B.A.E.Ringwood，Compostition and Petrology of Earth's Mantle，McGraw-Hill，New York，1975.