巖漿作用與大地構(gòu)造環(huán)境

1、巖漿作用巖漿作用與與大地構(gòu)造大地構(gòu)造環(huán)境環(huán)境大地構(gòu)造標(biāo)志的火成巖地球化學(xué)大地構(gòu)造標(biāo)志的火成巖地球化學(xué)花崗巖與板塊構(gòu)造花崗巖與板塊構(gòu)造 本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 大地構(gòu)造標(biāo)志的火成巖地球化學(xué)大地構(gòu)造標(biāo)志的火成巖地球化學(xué) 1有關(guān)地球化學(xué)方面的概念有關(guān)地球化學(xué)方面的概念 相容元素和不相容元素相容元素和不相容元素相容元素相容元素（Compatible Elements）指巖漿結(jié)晶過程指巖漿結(jié)晶過程或固相部分熔融過程中容易進(jìn)入或保留在固相中的或固相部分熔融過程中容易進(jìn)入或保留在固相中的元素元素。如Ni、Co-Oli，V-Mt，Cr-Sp，Yb、Ga、Eu-Pl等。不相容元素不相容元素（Incompa

2、tible Elements）指不易進(jìn)入指不易進(jìn)入固相，而保留在與固相共存的中熔體或溶液中的元固相，而保留在與固相共存的中熔體或溶液中的元素素。如Li、Rb、Cs、Be、Nb、Ta、W、Sn、Pb、Zr、Hf、B、P、Cl、U、Th、REE等。大離子親石元素大離子親石元素（Large Ion Lithophile 或LILE） 特點(diǎn)特點(diǎn)：離子電位3，易溶于水，地球化學(xué)性質(zhì)活潑，如K、Rb、W、Sr、Ba、Pb、LREE等高場強(qiáng)元素高場強(qiáng)元素（High Field Strength 或 HFSE） 特點(diǎn)特點(diǎn)：離子電位3，難溶于水，如Th、Nb、Ta、Zr、Hf、P、HREE等。不相容元素根據(jù)離子

3、半徑或電荷，又分為： 大離子親石元素和高場強(qiáng)元素大離子親石元素和高場強(qiáng)元素 作為地球深部各圈層間相互作用的產(chǎn)物，火成巖反映特定大地構(gòu)造環(huán)境下的地球動(dòng)力學(xué)過程。 各種火成巖類型的關(guān)系是基于三個(gè)前提：火成巖的地球化學(xué)性質(zhì)源區(qū)物質(zhì)源區(qū)物質(zhì)大地構(gòu)造環(huán)境大地構(gòu)造環(huán)境 巖漿是地殼或地幔巖石的部分熔融的產(chǎn)巖漿是地殼或地幔巖石的部分熔融的產(chǎn)物，不存在遍及全球統(tǒng)一的巖漿源層物，不存在遍及全球統(tǒng)一的巖漿源層。 2火成巖與構(gòu)造環(huán)境火成巖與構(gòu)造環(huán)境 自然銀自然銀 巖漿的產(chǎn)生是動(dòng)態(tài)過程巖漿的產(chǎn)生是動(dòng)態(tài)過程。 地球內(nèi)部的局部熔融是下列方式之一或聯(lián)合作用生成巖漿：（a）地幔對流或構(gòu)造熱等可引起溫度升高；（b）構(gòu)造作用使壓力

4、降低；（c）交代作用或含水流體的參與，從而降低固相線溫度。三種方式不是靜態(tài)過程，常與某一大地構(gòu)造環(huán)境相聯(lián)系。 巖漿產(chǎn)生巖漿產(chǎn)生運(yùn)移運(yùn)移地殼，地殼，按地質(zhì)時(shí)間尺度可以按地質(zhì)時(shí)間尺度可以認(rèn)為是瞬時(shí)的認(rèn)為是瞬時(shí)的，即使巖漿過程中由于分異或同化混即使巖漿過程中由于分異或同化混染作用，還染作用，還保存其起源位置的某些化學(xué)特征保存其起源位置的某些化學(xué)特征。1 洋中脊, 2 弧后盆地, 3 大陸裂谷；4 洋洋碰撞, 5 洋陸碰撞, 6 陸陸碰撞；7 大洋斷裂帶上火山, 8 洋島或島鏈, 9 克拉通內(nèi)3. 有關(guān)構(gòu)造環(huán)境的地球化學(xué)特征有關(guān)構(gòu)造環(huán)境的地球化學(xué)特征洋陸洋陸碰撞碰撞洋中脊洋中脊弧后弧后盆地盆地大陸大陸

5、裂谷裂谷陸陸碰撞陸陸碰撞大洋斷裂帶大洋斷裂帶 上火山上火山島鏈島鏈克拉通內(nèi)克拉通內(nèi)洋洋洋洋碰撞碰撞 擴(kuò)張中心的巖漿作用擴(kuò)張中心的巖漿作用 大洋中脊：大洋中脊：火山噴發(fā)源于虧損型地幔虧損型地幔。大多屬橄屬橄欖拉斑玄武巖欖拉斑玄武巖，貧K2O、TiO2和Ba、Rb、Sr、Pb、Th、U、Zr。 弧后盆地弧后盆地：巖漿源更具多樣性多樣性。具標(biāo)準(zhǔn)橄欖石和標(biāo)準(zhǔn)橄欖石和紫蘇輝石的玄武巖紫蘇輝石的玄武巖，貧K、RbSr、FeMg。 大陸裂谷大陸裂谷：含標(biāo)準(zhǔn)石英含標(biāo)準(zhǔn)石英標(biāo)準(zhǔn)霞石標(biāo)準(zhǔn)霞石，F(xiàn)eMg和87Sr86Sr值值高。 破壞性板塊邊界的巖漿作用破壞性板塊邊界的巖漿作用 洋洋- -洋碰撞的火山弧洋碰撞的火山

6、弧：俯沖板塊逸出的流體，交代上覆地幔并部分熔融部分熔融產(chǎn)生火山弧巖漿，含標(biāo)準(zhǔn)石英含標(biāo)準(zhǔn)石英的玄武巖至安粗巖的玄武巖至安粗巖，富富Al、Rb、Sr、Ba、Pb、CO2和和H2O，貧貧Mg、Ti、P、Zr、Nb、Ni和Cr，較高87Sr86Sr、KRb、RbSr和FeMg比值。洋洋- -陸碰撞的火山弧陸碰撞的火山弧：因陸殼的卷入和大陸巖石圈的厚度而成分復(fù)雜多變復(fù)雜多變。陸陸- -陸碰撞的火山弧陸碰撞的火山弧：地殼重熔地殼重熔的高鉀安山巖、英高鉀安山巖、英安巖和流紋巖安巖和流紋巖和高87Sr86Sr比值（0.780）的S S型花型花崗巖崗巖，晚期出現(xiàn)類似板內(nèi)的巖漿作用板內(nèi)的巖漿作用。 板內(nèi)巖漿作用板

7、內(nèi)巖漿作用 大洋島嶼、島鏈大洋島嶼、島鏈：火山活動(dòng)具順序性：首先具標(biāo)準(zhǔn)石英標(biāo)準(zhǔn)石英的玄武巖，隨之具標(biāo)準(zhǔn)霞石標(biāo)準(zhǔn)霞石的玄武巖，最后經(jīng)長期侵蝕間斷，噴發(fā)SiO2強(qiáng)烈不飽和強(qiáng)烈不飽和的霞石巖結(jié)束火山活動(dòng)。大陸板內(nèi)巖漿作用大陸板內(nèi)巖漿作用：源自地幔熱柱地幔熱柱，典型巖石為金伯利巖、碳酸巖、副長石巖金伯利巖、碳酸巖、副長石巖和A型花崗巖型花崗巖。SiO2適度不飽和，低的鍶同位素比值適度不飽和，低的鍶同位素比值和富含不相富含不相容元素容元素。4微量元素構(gòu)造判別微量元素構(gòu)造判別 在一定構(gòu)造環(huán)境下形成的火成巖，其常量元素常量元素、微量元素微量元素和礦物成分礦物成分可能具有鑒別意義。 根據(jù)巖石目前所處地質(zhì)構(gòu)造環(huán)

8、境，匯集大量地球化學(xué)-構(gòu)造環(huán)境關(guān)系資料基礎(chǔ)上，提出了多種經(jīng)驗(yàn)性鑒別方法經(jīng)驗(yàn)性鑒別方法，根據(jù)地球化學(xué)特征推斷火成巖推斷火成巖的古構(gòu)造環(huán)境的古構(gòu)造環(huán)境。 構(gòu)造判別圖解構(gòu)造判別圖解 利用已知推斷未知玄武巖類巖石玄武巖類巖石 微量元素微量元素：HFSE（Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Y等）常量元素常量元素：最常用K2O多元配合多元配合：HFSE與LILE、REE、堿/堿土金屬 花崗巖類巖石花崗巖類巖石 常量元素常量元素：判別邊界的重疊微量元素微量元素：HFSE（Y、Nb、 Ta、Yb、Rb等） 源區(qū)成分的多樣性元素分配系數(shù)變化大副礦物的穩(wěn)定性不同揮發(fā)分的影響 源區(qū)判別圖解源區(qū)判別圖解 隨源區(qū)和各種作用

9、過程而變火成巖的地球化學(xué)特征主要取決于：(a) 源區(qū)巖石的成分；(b) 部分熔融時(shí)與熔融體共存固相的礦物學(xué)特征；(c) 熔融體從源區(qū)運(yùn)移定位過程中影響熔體成分的各種作用過程。認(rèn)為：火成巖的微量元素特征隨源區(qū)成分火成巖的微量元素特征隨源區(qū)成分和各種作用過程而變和各種作用過程而變。島弧巖漿源區(qū)島弧巖漿源區(qū)的鑒別標(biāo)志： 虧損的虧損的HFSE和富集的富集的LILE當(dāng)這種源區(qū)巖石在板內(nèi)環(huán)境中熔融時(shí)，所形成的巖漿的HFSE和LILE特征，在判別圖解上仍將落入島弧區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤。同理：洋中脊玄武巖洋中脊玄武巖的某些元素特征需用再循環(huán)的古老地殼來解釋； 板內(nèi)洋島玄武巖板內(nèi)洋島玄武巖的某些元素豐度具有與俯沖

10、有關(guān)的元素豐度。 花崗巖類花崗巖類因復(fù)雜、多期造山運(yùn)動(dòng)，可引起不同構(gòu)復(fù)雜、多期造山運(yùn)動(dòng)，可引起不同構(gòu)造起源的源區(qū)巖石的混合造起源的源區(qū)巖石的混合，造成構(gòu)造環(huán)境判別的不造成構(gòu)造環(huán)境判別的不確切性確切性。 大陸碰撞開始階段，花崗巖可具有火山弧花崗巖火山弧花崗巖（VAG）性質(zhì)）性質(zhì)；碰撞使大陸殼加厚，大陸根榴輝巖化并拆沉，或者擠壓應(yīng)力松弛而側(cè)向運(yùn)動(dòng)，引起幔源巖漿底侵作用，產(chǎn)生碰撞后花崗巖（碰撞后花崗巖（COLG）。 巖漿活動(dòng)的源區(qū)特征與構(gòu)造環(huán)境之間并不巖漿活動(dòng)的源區(qū)特征與構(gòu)造環(huán)境之間并不存在必然的對應(yīng)關(guān)系存在必然的對應(yīng)關(guān)系。 第二節(jié)第二節(jié) 花崗巖與板塊構(gòu)造花崗巖與板塊構(gòu)造 根據(jù)花崗巖類巖石的物質(zhì)來源

11、物質(zhì)來源，目前國內(nèi)外普遍分為四種成因類型，即： I 型型：源巖直接由地幔派生的下部地殼物質(zhì)； S型型：經(jīng)風(fēng)化的泥質(zhì)沉積巖熔融形成的巖漿產(chǎn)物； A型型：造山旋回末期或與活動(dòng)帶無關(guān)的富堿的花崗巖類；M型型：島弧地區(qū)形成的、與基性巖共生并相對偏基 性的花崗巖類，直接源于地幔或俯沖洋殼。 不同成因類型花崗巖系列在化學(xué)組成、礦物成不同成因類型花崗巖系列在化學(xué)組成、礦物成分、特征礦物種類上都有區(qū)別？分、特征礦物種類上都有區(qū)別？（課外作業(yè)）（課外作業(yè)） 花崗巖的地質(zhì)構(gòu)造標(biāo)志比玄武巖更復(fù)雜。原因 根據(jù)出露地表的巖石難以獲得難以獲得其侵入構(gòu)造位置的確切地質(zhì)證據(jù)； 成巖過程復(fù)雜成巖過程復(fù)雜，如晶體堆積作用、陸殼的

12、卷入、揮發(fā)分造成的元素再分配和逸失、富含微量元素的副礦物晶出等； 使反映源巖性質(zhì)的地球化學(xué)特征模糊不清模糊不清。 1花崗巖構(gòu)造花崗巖構(gòu)造環(huán)境分類環(huán)境分類 花崗巖的成因分類物源構(gòu)造標(biāo)志：由已知構(gòu)造背景由已知構(gòu)造背景的花崗巖，以其地球化學(xué)和礦物特征為基礎(chǔ)，進(jìn)行花的花崗巖，以其地球化學(xué)和礦物特征為基礎(chǔ)，進(jìn)行花崗巖類構(gòu)造環(huán)境分類崗巖類構(gòu)造環(huán)境分類。 Pitcher（1983）認(rèn)為：花崗巖的成因類型能夠鑒別花崗巖的成因類型能夠鑒別源巖，而源巖一經(jīng)鑒別，就能識(shí)別大地構(gòu)造環(huán)境源巖，而源巖一經(jīng)鑒別，就能識(shí)別大地構(gòu)造環(huán)境。 M型型花崗巖漿 可能來源于幔源物質(zhì)或俯沖到火山弧之下的洋殼； I 型型花崗巖漿 來源于會(huì)

13、聚板塊邊緣的陸殼下部，源巖可能是幔源底侵物質(zhì)； S型型花崗巖 是大陸碰撞帶和克拉通韌性剪切帶產(chǎn)物，地殼構(gòu)造加厚溫度升高，使地殼物質(zhì)發(fā)生重熔； A型型花崗巖 是地盾區(qū)與裂谷有關(guān)的巖漿活動(dòng)產(chǎn)物，也是造山帶穩(wěn)定后的深成活動(dòng)產(chǎn)物?；◢弾r物質(zhì)來源是現(xiàn)代巖石學(xué)研究的重要內(nèi)容，關(guān)系到地殼與地幔相互作用的地球內(nèi)部動(dòng)力學(xué)的重要研究課題。 自然銀自然銀 洋脊花崗巖類洋脊花崗巖類：按地質(zhì)背景，結(jié)合伴生玄武巖的地球化學(xué)特征，進(jìn)一步劃分： 正常洋脊（伴生正常型洋脊玄武巖） 異常洋脊（伴生過渡型或富集型洋脊玄武巖） 弧后盆地洋脊和“俯沖帶上”（ 弧前盆地）洋脊 洋脊花崗巖類主要鐵鎂礦物都是角閃石，在實(shí)際礦物QAP分類圖上

14、位于石英閃長巖或英云閃長巖區(qū)，為偏鋁質(zhì)或過鋁質(zhì)。 異常洋脊花崗巖的Th、Ta、Nb、Ce豐度較高，可能與玄武巖地幔源區(qū)選擇性富集有關(guān)。 火山弧花崗巖類火山弧花崗巖類：進(jìn)一步分為大洋島弧花崗巖類大洋島弧花崗巖類：洋洋俯沖而形成的巖漿弧巖石， 又可分為拉斑玄武質(zhì)的和鈣堿性的火山弧。大陸弧花崗巖類大陸弧花崗巖類：洋陸俯沖而在大陸上形成。 QAP圖上，大洋拉斑玄武質(zhì)大洋拉斑玄武質(zhì)弧的花崗巖主要位于石英閃長巖或英云閃長巖區(qū)，主要鐵鎂礦物為角閃石角閃石。鈣堿性鈣堿性弧花崗巖主要位于石英閃長巖、石英二長巖、英云閃長巖和花崗閃長巖區(qū)，特征鐵鎂礦物為角閃石角閃石和黑云母黑云母?；顒?dòng)大陸邊緣高鉀鈣堿性高鉀鈣堿性和

15、橄欖玄粗巖系橄欖玄粗巖系列的花崗巖主要位于石英二長巖、花崗閃長巖和花崗巖區(qū)，主要鐵鎂礦物為黑云母黑云母。 這類花崗巖以K、Rb、Ba、Th比Ta、Nb、Hf、Zr、Y、Yb富集為特征。 板內(nèi)花崗巖類板內(nèi)花崗巖類：按侵入的地殼性質(zhì)再分三類： 侵入正常厚度地殼正常厚度地殼、強(qiáng)烈衰減陸殼強(qiáng)烈衰減陸殼和洋殼洋殼等。本類花崗巖大多數(shù)在QAP圖上位于石英正長巖、花崗巖和堿性花崗巖區(qū)。鐵鎂礦物從鈉閃石鈉閃石（或鈉輝石）黑云母黑云母（或鈉閃石），化學(xué)特征從過鋁質(zhì)過堿質(zhì)。衰減陸殼中的花崗巖屬于鈣堿性，含鈣質(zhì)質(zhì)角閃石角閃石和輝石輝石，時(shí)有橄欖石。微量元素特征分三類：第一類： Rb、Ta比Nb、Ta明顯富集，Ce、

16、Sm比相鄰元素富集為特征。HFSE的虧損與地殼卷入有關(guān)。第二類（衰減陸殼）：富K、Rb、Th特征。第三類： Rb、Th、Ta、Nb高為標(biāo)志。 碰撞花崗巖類碰撞花崗巖類： 按碰撞類型按碰撞類型：陸陸碰撞、陸弧碰撞、弧弧碰撞 按花崗巖的形成關(guān)系按花崗巖的形成關(guān)系：同碰撞、碰撞后 QAP圖上，同碰撞花崗巖同碰撞花崗巖位于狹義花崗巖區(qū)，屬含白云母白云母的過鋁質(zhì)。 大多數(shù)碰撞后花崗巖碰撞后花崗巖的鐵鎂礦物是黑云母黑云母或角閃石角閃石，位于大陸弧花崗巖區(qū)內(nèi)，屬鈣堿性巖，偏鋁質(zhì)到微過鋁質(zhì)。過鋁質(zhì)和堿性花崗巖也能在碰撞后環(huán)境侵入。 碰撞花崗巖的微量元素特征微量元素特征大多與鈣堿性火山弧花崗巖相似，明顯的特點(diǎn)是

17、同碰撞花崗巖的Rb含量特別高，而Ce、Zr、Hf、Sm含量非常低。 2花崗巖與大陸地殼演化花崗巖與大陸地殼演化 地球是太陽系中唯一具有花崗質(zhì)地殼的行星，它獨(dú)一無二的性質(zhì)：有約3800Ma的花崗質(zhì)大陸殼和180Ma的玄武質(zhì)海洋殼，與地球固有的物質(zhì)組成和演化歷史有關(guān)。 組成地球大陸地殼花崗質(zhì)巖石的形成，經(jīng)歷了自太古宙顯生宙巖石圈乃至深部地幔演化的地球動(dòng)力學(xué)過程。 包括高級(jí)變質(zhì)區(qū)花崗質(zhì)片麻巖（TTG）和綠巖帶綠巖帶的花崗巖。高級(jí)區(qū)花崗質(zhì)片麻巖高級(jí)區(qū)花崗質(zhì)片麻巖 形成于38003000Ma，由貧Or的英云閃長巖和奧長花崗巖組成，具M(jìn)型花崗巖特征，低87Sr86Sr初始值（0.70000.7020）。綠

18、巖帶花崗巖綠巖帶花崗巖 除英云閃長巖、奧長花崗巖外，還見高87Sr/86Sr初始值0.70100.7040的富鉀花崗巖。 太古宙太古宙（2500Ma） 太古宙M型花崗巖類型花崗巖類的稀土稀土元素特征元素特征，輕、重稀土強(qiáng)烈分餾（LaYb值高），反映其源巖富含重稀土的石榴石而無斜長石，可能是貧堿拉斑玄武巖在大于1 GPa下轉(zhuǎn)變?yōu)楹袷牧褫x巖等，再經(jīng)部分熔融而成。 晚期富鉀花崗巖類富鉀花崗巖類具明顯銪銪負(fù)異常，表明源自斜長石穩(wěn)定存在的地殼內(nèi)部。其形成可能與太古宙晚期頻繁的原始大陸殼碰撞有關(guān)。更長環(huán)斑花崗巖更長環(huán)斑花崗巖（A型）是元古宙特征性花崗巖。元古宙中期是超大陸穩(wěn)定發(fā)展時(shí)期，可能發(fā)育許多大陸裂谷。發(fā)育大量拉斑玄武巖質(zhì)巖墻群和巨型層狀侵入體，反映當(dāng)時(shí)處于伸展構(gòu)造環(huán)境。因此，更長環(huán)斑花崗巖同顯生宙以來A型花崗巖類，是大陸裂谷型伸展環(huán)境產(chǎn)物。 元古宙中期元古宙中期（17001100Ma）過鋁質(zhì)過鋁質(zhì)S型花崗巖類型花崗巖類是古生代古生代特征性巖石，如澳大利亞、歐洲大陸、北美阿帕拉契亞、中國和南美大陸等。古生代是大陸或微大陸反復(fù)碰撞拼貼成超級(jí)聯(lián)合古陸時(shí)期，碰撞前洋底陸源泥質(zhì)堆積物是S型花崗巖物質(zhì)來源，反映S型花崗巖的形成與該動(dòng)力學(xué)過程有關(guān)。中生代中生