板塊構造與地質作用

1、第二章 板塊構造 第一節(jié) 地球的內(nèi)部結構 第二節(jié) 大陸漂移與海底擴張 第三節(jié) 板塊構造的基本原理 第四節(jié) 板塊活動與地質作用 第五節(jié) 板塊構造與地槽地臺的關系 第四節(jié) 板塊構造與地質作用 長久以來，人們已經(jīng)認識到，巖漿活動、變質作用與 所處的大地構造環(huán)境息息相關。板塊構造理論的建立，隨 即將包括巖漿活動、變質作用在內(nèi)的內(nèi)生作用納入統(tǒng)一的 全球構造模式中，巖漿作用和變質作用深受板塊構造的控 制。反過來，巖漿作用和變質作用研究可以為板塊構造研 究提供重要信息，是大地構造研究的重要內(nèi)容。 一、巖漿活動的構造信息 二、火山巖巖石系列 三、陸殼的增生與花崗巖的成因 四、洋殼的形成與蛇綠巖套 五、俯沖變質

2、作用 六、洋底變質作用 一、巖漿活動的構造信息 地熱增溫模型中熔融曲線和地熱增 溫曲線不相交，說明上地幔是固態(tài)。 兩種可能可以使固態(tài)巖石生成巖漿： 加熱和減壓。大陸裂谷和大洋中脊是減 壓的過程，俯沖帶是摩擦增溫的過程。 這樣巖漿的發(fā)生和構造變形就聯(lián)系起來 了。 巖漿的熔出過程，是鮑溫反應系列 的逆過程。分餾作用一旦開始，其成分 總的來說與原來的結晶固體不再相同， 而缺少了易熔組份，一般稱為“虧損了 的”。不同地區(qū)（構造環(huán)境）虧損程度 不同，巖漿的成分也不同。這樣根據(jù)巖 漿作用生成巖石的化學及稀土元素特征 可以指示大地構造背景。這就是巖漿巖 地球化學研究大地構造環(huán)境最根本的理 論依據(jù)。 二、火山

3、巖巖石系列 1、概念 火山巖巖石系列指的是：一套有成因聯(lián)系的巖漿 巖雜巖體，它們在時間和空間上緊密伴生，并反映一 定的大地構造環(huán)境。 根據(jù)87Sr86Sr初始比值，可以把火山巖分為兩大 類：幔源成因的（0.7100）。 然后，按化學特征分如下系列（三種火山巖系列圖 片）：拉斑玄武巖系列，鈣堿性系列和堿性系列。 2、拉斑玄武巖 本系列代表巖石是拉斑玄武巖，但也含安山巖， 少巖英安巖和流紋巖。SiO2含量大多再863之間， 基本特征是： K2O（1）和TiO2的含量極低； Na2O/K2O比值偏高，可達540； 銣（Rb）、鍶（Sr）、鋇（Ba）等大離子親石元素 含量很低。 3、鈣堿性系列 包括高

4、鋁玄武巖、安山巖、英安巖以及流紋巖， 其中以安山巖最為常見。鈣堿性系列的化學成分和礦 物組分處于拉斑玄武巖和堿性玄武巖之間?；咎卣?是： K2O、TiO2和大離子親石元素比拉斑玄武巖系列高； 輕稀土元素有一定的富集； Al2O3的含量很高； 鐵的含量不高。 4、堿性巖系列 以高堿為特征，以高堿含量區(qū)別于鈣堿性巖系列和拉斑 系列。這一系列可分為兩組：1、鈉堿組，包括堿性橄欖玄 武巖、橄欖粗安巖、粗面巖和堿性流紋巖，本組Na2O/K2O比 值遠低于1；2、鉀堿組，包括橄欖安粗巖、二長安山巖等， 本組的Na2O/K2O比值接近于1 。堿性系列的基本特征是： 堿的含量高（57，甚至更大）， K2O的

5、含量在24 以上； 大離子親石元素的含量很高； 具富集型的輕稀土分配形式； 鐵的含量與鈣堿性系列相近。 6、火山巖系列的鑒別 火山巖系列的鑒定，對識別古島弧、恢復 古構造環(huán)境有重要的意義。 采用巖石化學方法鑒別火山巖系列是，應 收集盡可能多的可靠的分析數(shù)據(jù)，謹慎地綜合 運用各種方法，并與地質方面的其他標志相配 合，方能獲得較為理想的效果。 6、火山巖系列的鑒別 （1）利用（Na2O+K2O）對SiO2圖解（圖）火山巖系列的鑒別 6、火山巖系列的鑒別 （2）判別拉斑玄武巖系列和鈣堿性系列時，可采用FeOMgO對 SiO2變異圖。 6、火山巖系列的鑒別 （3）使用Cr-Ti坐標圖可有效地判別島弧拉

6、斑玄武巖和中脊 拉斑玄武巖 （4）使用Zi-Ti坐 標圖也可以判別 島弧拉斑玄武巖 和中脊拉斑玄武 巖。 6、火山巖系列的鑒別 6、火山巖系列的鑒別 （5）使用Ti-Zr-Y圖解有助于判別各種玄武巖。 6、火山巖系列的鑒別 （6）利用稀土元素的分配形式判別火山巖系列。 三、陸殼的增生與花崗巖的成因 1、陸殼的增生 研究分析表明，島弧和活動大陸邊緣的火山巖與 大陸地殼的平均化學成分有驚人的一致性，這預示著 大陸地殼的生長與安山巖漿的生成有關。人們相信， 通過俯沖帶的巖漿活動，中酸性物質不斷添加到島弧 或活動大陸邊緣上，從而導致大陸地殼的增生。 2、花崗巖的成因 花崗巖是大陸地殼中分布最廣的代表性

7、巖石，因而，花崗巖的 成因問題，是有關陸殼起源的根本問題。 目前，大多數(shù)學者相信，花崗巖形成于較大的深度，是地殼物 質深熔作用的產(chǎn)物。這必須解決兩方面的問題：熱液和能量的來源 問題；花崗巖中富含鉀及其它活潑元素的機制問題。這兩個問題在 以往的任何一種花崗巖成因假說中，均未獲得圓滿的解決。目前看 來，正是板塊的俯沖帶具備了促使花崗巖形成的各種物質和能量條 件。大洋板塊好似一條巨大的傳送帶，它不斷潛入島弧或活動大陸 邊緣之下，為俯沖帶源源不絕地送來了H2O、K2O等組分。在洋殼 中，鉀、鈉、二氧化硅以及其它一些親石元素，隨著溫度的升高， 逐漸從俯沖板塊析離出來，并富集起來。換句話說，沿俯沖帶，發(fā)

8、生著強烈的脫水、去堿和去硅的作用。在俯沖帶強大的壓力作用下， 這些飽含堿和二氧化硅的流體升騰至上覆板塊處，與島弧或活動陸 緣的火山沉積層發(fā)生作用，形成變質成因的花崗巖。 2、花崗巖的成因 如果俯沖帶的上覆板塊是大陸板塊，大陸地 殼的下部可處與俯沖帶的摩擦增熱地帶中，加上 沿俯沖帶上升的巖漿或熱流體的作用，陸殼物質 可遭到重熔。其中，由火成物質重熔者稱I型花崗 巖類；由沉積物質重熔形成者，稱S型花崗巖類。 四、洋殼的形成與蛇綠巖套 1、板塊擴張帶的巖漿活動與洋殼的形成 大洋地殼形成于中脊軸部。處于穩(wěn)定拉張狀態(tài)的中脊軸部， 有著極其活躍的巖漿活動和大規(guī)模的裂隙式火山噴溢。這條長達 80000公里的

9、全球性斷裂帶，是全球最大的火山活動帶。在中脊 裂谷中央，存在大量年輕的盾狀火山及一些不大的火山口（洋底 黑煙囪圖）谷底布滿新鮮的枕狀熔巖。 中脊巖漿活動的源頭位于軸帶下的軟流圈中。一部分巖漿溢 出洋底，形成枕狀熔巖，構成洋殼第二層的上部；另一部分未噴 出地表，呈輝綠巖墻形式；或冷凝成輝長巖。 2、蛇綠巖套 蛇綠巖套是法國的Brongniant提出的，用來描述蛇 紋巖化的鎂體質巖石。二十世紀初，Steinman發(fā)現(xiàn)蛇綠 巖往往與放射蟲硅質巖、遠洋粘土等深水沉積物密切 共生，為紀念他，Hess（1955）把蛇紋巖、 鎂鐵質巖 石和放射蟲硅質巖的共生組合，稱為斯坦曼三位一體。 板塊構造理論認為，陸基

10、下面的洋殼和地幔巖可 以由于變形而被卷入到陸基沉積物中而成為蛇綠巖。 蛇綠巖在大陸內(nèi)部的出現(xiàn)，應標志著過去已消失的古 大洋。這樣，蛇綠巖的識別和追索就成為重建古大陸 的重要線索。蛇綠巖廣泛出露于不同時代的造山帶中。 2、蛇綠巖套 通常認為，蛇綠巖在層序上（由下至上）包括以下層序： （1）底部的變質超鎂鐵質雜巖 有純橄欖巖、斜輝橄欖巖等，往往遭受多期變形和變質， 形成蛇紋石化橄欖巖或蛇紋巖。 （2）堆晶雜巖 下部為堆積的橄欖巖，向上為堆積的輝長巖。 （3）席狀巖墻群 多為細粒的輝綠巖，是一系列平行的巖墻，是巖漿沿張 性裂隙先后依次貫入而形成。 （4）枕狀熔巖 屬海底噴發(fā)，以拉斑玄武巖為主。枕狀熔

11、巖頂部與深海 沉積物互層，向上則被深海沉積物所覆蓋。 五、俯沖變質作用 巖石圈板塊活動所伴隨的地球動力作用，是 變質作用的一個基本控制因素。在板塊生長帶和 俯沖帶，發(fā)生著規(guī)模宏大的變質作用。都城秋穗 把大洋中脊的變質作用叫做洋底變質作用，俯沖 帶或造山帶的變質作用叫做區(qū)域變質作用或造山 變質作用。這里主要論述其中的區(qū)域變質作用。 （1）俯沖帶的變質相 1915年，愛斯科 拉首先提出了變質相 的概念。在一定的壓 力溫度條件下重結 晶的巖石可歸屬一定 的變質相。幾種主要 的變質相及其所代表 的P-T去堿如圖所示。 （1）俯沖帶的變質相 固然，我們不可能直接測出俯沖帶附近各部位的 壓力和溫度，但是，

12、根據(jù)地表測得的熱流值，可以對 俯沖帶溫度的分布作出合理的推斷，壓力可根據(jù)深度 直接計算。這樣對照變質相所示的P-T區(qū)，便可以得 出俯沖邊界臨近地區(qū)變質相的分布。 （2）俯沖帶的變質相系 1961年，都城秋穗提出了變質相系的概念。一 個變質的地質體所對應的溫度和壓力范圍較寬，從 而不限于一個變質相，它可以用一系列的變質相來 表示，這就是變質相系，各變質相系P-T圖解上可以 用不同的曲線（曲線的斜率代表地溫梯度）表達出 來，從而可以將變質相系劃分為不同的類型。根據(jù) 壓力及溫度條件，可劃分出三種變質相系，即高壓 型、中壓型和低壓型三種變質作用類型。 （2）俯沖帶的變質相系 高壓變質相系 其特征礦物為

13、藍閃石、硬玉、硬柱石及多硅白云母。由 于藍閃石分布較廣，含藍閃石的變質巖在變質相上 相當與藍片巖相，故高壓型變質作用也叫藍片巖相變質作用。 它形成于地溫梯度較低的環(huán)境（約10CKm）。 低壓變質相系 其特征礦物為紅柱石，在溫度較高時還可以出現(xiàn)硅線石， 常見堇青石、十字石和黑云母。這類變質作用發(fā)育 于高地溫梯度（大與40CKm ）的環(huán)境。 中壓變質相系 其特征礦物是藍晶石和硅線石，前者產(chǎn)生與較低溫部位， 后者產(chǎn)生與較高溫部位。這類變質作用發(fā)育于中等 地溫梯度的環(huán)境（ 典型為20CKm ）。 （3）雙變質帶 由于板塊的俯沖作用，在海溝和海溝內(nèi)壁，出現(xiàn) 很低的地溫梯度，為發(fā)生高壓低溫變質作用提供了有 利條件。在火山島弧地區(qū)，板塊俯沖導致活躍的火山 和巖漿活動，其熱流值和地熱梯度相當高，為這里出 現(xiàn)高溫低壓的變質作用創(chuàng)造了合適的環(huán)境。事實上， 在日本及太平洋周緣其它一些地區(qū)，并列地展布著高 壓低溫變質帶和低壓高溫變質帶，構成了雙變質帶， 二帶時代大致相同，性質迥異。太平洋周緣存在多處 雙變質帶。 六、洋底變質作用 大洋地殼在中脊軸部形成以后