板塊構(gòu)造與巖漿作用

1、 板塊構(gòu)造與巖漿活動 第一節(jié) 巖漿巖系 地表的巖漿巖基本可劃分為堿性和非堿性兩類，進一步可劃分為三個主要的系列。 一、拉斑玄武巖（tholeiite）系列（TH）主要由不含或含少量橄欖石的拉斑玄武巖組成，有少量安山巖、英安巖、流紋巖。sio2弱飽和或飽和，貧堿，尤其貧鈣1二、鈣堿系列（CACalcalkaline）以安山巖和高鋁玄武巖為主，有少量玄武巖、流紋英安巖、流紋巖及橄欖安粗巖。Sio2弱飽，堿質(zhì)較（TH）略高。三、堿性系列（A）由堿性玄武巖、霞石巖、粗面巖、安粗巖、響巖等組成。Sio2不飽和，富堿質(zhì)，且高K。它可進一步分為鈉質(zhì)系列（Na2oK2o）和鉀質(zhì)系列（K2ONa2O）。不同系列

2、火山巖化學成分對比見后表四、空間分布大多數(shù)火山巖分布于板塊邊界上。234第二節(jié) 裂谷帶及板內(nèi)環(huán)境的巖漿活動一、大洋裂谷洋中脊的巖漿活動具典型的TH系列，硅弱飽和，SiO2多為49%，K和Ti低（K2O0.4，TiO.平均8%），這種低鉀TH又稱洋脊拉斑玄武巖。二、大洋島的巖漿活動多出露A系列的橄欖玄武巖、堿性玄武巖、粗面巖、堿性流紋巖、霞石巖、碧玄巖等。與洋脊拉斑玄武巖系列相比較，富堿性（尤其富鉀），Cr、Ni低；Ba、Sr、Rb和Zr高。大洋島玄武巖的Sr87/Sr86多為0.7030.704，鉀高者可達0.7050.706，Pb206/Pb204為18.519.5，均比洋脊要高。56三、大

3、陸裂谷帶及大陸板塊內(nèi)的巖漿活動1、大陸裂谷的噴出巖大陸熔巖中分布最為廣泛的是玄武巖，其中主要為TH和A系列的玄武巖，還有超堿性的碳酸巖和超K熔巖以及它們相關的分異物。與洋脊TH相比，大陸TH更富K（平均0.66），具較高的Ba、Sr、Rb、U、Th和Rb/K，Rb/Sr比值，輕稀土也顯著富集，Sr87/Sr86較高并具較大的變化范圍（0.70330.7110），Ti高出兩倍多。大陸A性系列比大洋島A系列也更富K，Ba、Sr、Rb更高，輕稀土更加富集,Sr比值略高且具較大的變化范圍（0.703.7075）。7大陸裂谷的噴出巖以溢流玄武巖組合或雙峰火山巖這兩種組合或其中之一為特征。雙峰火山巖（bi

4、modal vocanic complex）是以基性巖和酸性巖緊密共生，其間很少有中間成員的中性巖為特征，反映了基性巖漿和酸性巖漿的準同時噴發(fā)。強堿性或A性巖系列是裂谷前期或初期的產(chǎn)物，A和TH是裂谷期的產(chǎn)物。因擴張作用，前者往往分布與裂谷的邊部，后者則分布于軸部，呈對稱環(huán)帶狀分布。82、輝綠巖床和巖墻群分布于裂谷帶的溢流玄武巖區(qū)或其外圍，往往為輝綠巖巖床或巖墻群。在化學成分上，可以是拉斑玄武質(zhì)的，也可以是A性玄武巖系列的，與溢流玄武巖同源。3、層狀基性巖侵入體總體分布相當于輝長巖的層狀侵入體，是大陸裂谷帶的典型巖漿巖組合之一，巖體的規(guī)模變化大。層狀侵入體在化學成分上是TH玄武質(zhì)的，并且大部分

5、是SiO2飽和的，有的含有較高的Al，有的具有A性趨勢。9四、裂谷巖漿的形成裂谷巖漿活動的基本特征是：1、裂谷帶的各種不同的巖漿巖基本上是由拉斑系列和堿性系列以及少量超堿性巖漿演化而成的。大致上在裂前拱階段為堿性系列，大陸裂谷階段為堿性系列和鉀略高的大陸拉斑系列，大洋裂谷階段則為低鉀的洋脊拉斑系列。說明隨著大陸板塊的分裂直到形成大洋裂谷，巖漿的堿度逐步下降；2、無論噴出或侵入巖，均以基性和超基性巖為最豐富； 3、拉張的構(gòu)造背景使結(jié)晶分異作用成為裂谷巖漿演化的重要作用，它決定了裂谷內(nèi)有各種各樣巖漿巖和分異系列的存在；4、大多含有地幔巖包體，初始鍶比值較低，因此裂谷巖漿主要是幔源的。 10 實驗證

6、明，在上地幔中超鎂鐵質(zhì)巖石的部分熔融(Partial melting)可產(chǎn)生不同組成的原生巖漿。部分熔融出現(xiàn)在巖漿從發(fā)生熔融的源巖被連續(xù)分離出去，以致(除瞬時的外)在熔融體和殘余固體物之間不存在平衡。巖石的部分熔融程度隨溫度增高，壓力(深度)減小和含水量的增多而提高。地幔巖的較小程度熔融產(chǎn)生較堿性巖漿(見圖)。發(fā)生熔融的深度愈大，局部烙融產(chǎn)生的巖漿SiO2不飽和程度愈劇烈。含H2O和CO2的情況下，固相線溫度大大降低，它促使堿質(zhì)大量地從地幔橄欖巖中優(yōu)先熔出，于是可產(chǎn)生堿性超基性巖漿，同時使堿性玄武巖漿可在較淺的深度范圍內(nèi)發(fā)生。11 裂谷帶之下普遍存在的熱地幔柱或熱地幔底辟的上涌，提供了地幔巖部

7、分熔融所需的熱能。以洋中脊為例，根據(jù)地球物理資料，那里存在一個熱地幔楔，從后圖中可以看到大致在3050公里深處的溫度已高出負載壓力下橄欖拉斑玄武巖液相線達400以上，因此，在更淺的深度上地幔橄欖巖也必定會發(fā)生部分熔融?？梢栽O想，當大陸巖石圈板塊經(jīng)過熱點時，上升的熱地漫將首先使較深處(見后圖中A、B)的地幔橄欖巖發(fā)生程度較低的部分熔融，產(chǎn)生堿性或強堿性的橄欖霞石巖、橄欖碧玄巖；甚至碳酸巖、金伯利巖巖漿，并沿著拉張的斷裂迅速上升到地表，這就是大陸板內(nèi)或裂前拱階段堿性噴發(fā)為主的原因。 1213 在陸內(nèi)裂谷階段(見后圖中CD)，熱地幔緩慢上升到一個中等或較淺的深度上，部分熔融程度相應提高，隨著深度和熔

8、融程度的不一而可能產(chǎn)生堿性的橄欖玄武巖漿或苦橄巖漿，這些巖漿有的直噴地表形成溢流玄武巖，有的則聚集在地殼下部的巖漿房中充分地進行結(jié)晶分異，形成層狀基性侵入體及伴隨的巖床、巖墻群，分異后的巖漿噴至地表則形成雙峰火山組合。14 當大陸板塊已徹底分離而進入陸間裂谷和大洋裂谷階段時，熱地幔楔使淺的深度(30公里)上局部貧化的橄欖巖發(fā)生較大程度(2030)的部分熔融，產(chǎn)生橄欖拉斑玄武巖漿，形成低鉀的洋脊拉斑玄武巖噴發(fā)，部分巖漿在巖漿房中分異形成層狀輝長巖及伴隨的巖床，巖墻群。大洋島的堿性玄武巖和拉斑玄武巖可能是在大洋盆地之下大于35公里深度上，由只輕微貧化的地幔橄欖巖的不同程度部分熔融所產(chǎn)生(小于25產(chǎn)

9、生堿性玄武巖，、大于25產(chǎn)生拉斑玄武巖)。15 這樣，巖漿的堿度隨大陸裂谷向大洋裂谷的演化而降低，就可以用拉張條件下熱地幔上升過程中地幔巖熔融深度逐漸變淺和部分熔融程度逐步提高來解釋。拉張的構(gòu)造背景有利于基性超基性巖漿活動，也有利于結(jié)晶分異作用的充分進行。 大陸裂谷和板內(nèi)巖漿中堿及相關元素的富集，富集的輕稀土分布，變化范圍很寬的鍶同位素比值，說明裂谷巖漿演化過程中存在著地殼污染及與圍巖反應等作用。16第三節(jié) 俯沖帶的巖漿活動俯沖帶的巖漿活動主要發(fā)生在巖漿弧范圍內(nèi)，距海溝軸約150300Km。一、巖石類型及一般特征1、主要的巖石系列A、島弧拉斑玄武巖系列；B、CA系列；C、島弧堿性玄武巖系列；D

10、、AB及BC之間的過度系列。172、不同構(gòu)造背景下的TH比較（見前表）3、與裂谷帶同類巖石的比較、俯沖帶以低TiO2和Al2O3為特征；、島弧拉斑玄武巖系列主要有島弧拉斑玄武巖、島弧安山巖和少量英安巖。與洋脊拉斑玄武巖的主要區(qū)別是氧化物成分變化范圍較寬，F(xiàn)e、Mg較高，SiO2較高，K、Rb、Sr、Ba較高，Ni、Cr低，稀土豐度偏低，Sr87/Sr86較高（0.7350.7060）；18、CA系列主要有：安山巖、英安巖、高鋁玄武巖、流紋巖等。與島弧拉斑玄武巖相比較，少有鐵的富集，SiO2升高，K2O增長快；、島弧堿性系列玄武巖：以玄武巖、安山巖為主，少或者沒有鐵的富集，堿元素含量高，K2O的

11、增長急劇。4、火山活動特征以噴出作用為主，洋中脊和大洋島則以噴溢為主，故火山碎屑物體積大，不同構(gòu)造環(huán)境中火山巖中碎屑物質(zhì)的體積比較（見下表）。1920 二、巖漿巖的水平分帶和成分極性 1、水平分帶 隨著與海溝之間的距離增加，依次分布拉斑玄武巖系列、鈣堿系列和堿性系列。 2、成分極性 從島弧的大洋一側(cè)至大陸一側(cè)，鐵、重稀土、Na/K減少；K、Rb、Ba、Cs（銫）、Pb、U、Th，輕稀土，Th/U、Rb/Sr、La（鑭）/Yb（鐿）、Sr87/Sr86則逐漸增加。這種隨著與海溝軸的距離和俯沖帶深度的增加，火山巖成分有規(guī)律的變化稱之為成分極性，其可指示俯沖帶的傾斜方向。2122 在火山巖極性中，最

12、有指示意義的是當SiO2一定時，K2O隨俯沖帶深度（h）的增大而增加，K與h呈線性相關關系。當SiO2為60%時，這種關系可表示為（Condie，1973）： h=89.3（K2O）-14.3 K2O的含量單位為%；h深度單位為Km。 據(jù)此計算出，TH系列對應的俯沖深度150Km，CA系列對應的俯沖深度為100200Km，A系列對應的俯沖深度為200Km。23三、巖漿成分與地殼厚度和島弧演化1、巖漿成分與地殼厚度據(jù)統(tǒng)計，當SiO2固定時，安山巖的K2O的百分含量與地殼厚度（C）成正比。對于SiO2為60%時K與地殼厚度（C）的關系可表示為（Condie，1973）：C=1.82（K2O）+0.

13、45 C的單位為Km24據(jù)此計算出各巖漿巖系列所對應的地殼厚度是：拉斑玄武巖系列20Km；鈣堿系列2030Km；堿性系列25Km。2、巖漿成分與島弧演化鈣堿系列在整個地殼厚度增大中所占比例隨地殼厚度的增大而增大。 25四、俯沖帶的巖漿起源1、俯沖帶與裂谷帶巖漿活動的重要區(qū)別在于CA系列巖漿的存在和巖石成分的水平分帶，這種特征表明其起源與大洋巖石圈板塊的俯沖作用密切相關，俯沖板片頂面摩擦生熱是主要的熱源。2、巖漿弧下可能成為巖漿的物質(zhì)有：、俯沖的洋殼；、俯沖板片與仰沖板片之間的楔狀地幔；、仰沖的大陸地殼。263、俯沖帶巖漿的形成過程、當大洋地殼俯沖到80（70）100Km時，大洋地殼中的角閃石要

14、大量脫水轉(zhuǎn)變?yōu)槭⒘褫x巖，這些水進入 地幔楔引起帶水的部分熔融，產(chǎn)生含水的拉斑玄武巖巖漿，它在上升過程中分異出橄欖石，鉻尖晶石，結(jié)果便派生出島弧拉斑玄武巖系列的主要巖石類型玄武安山巖。27、當大洋地殼俯沖到100150Km時，溫度將升高到700900C，洋殼中的滑石、蛇紋石、水鎂石等不穩(wěn)定而脫水，使已變?yōu)槭⒘褫x巖的洋殼發(fā)生帶水的部分熔融，生成含水富堿金屬和硅等大離子親石元素的巖漿。富硅的熔漿上升與上覆地幔橄欖巖反應形成被大離子親石元素所混染的橄欖石輝石巖。由于其密度略低于上覆橄欖巖和含有隙間液體。使其具有很大的活動性而以底辟方式上升。含水的榴輝巖底辟體在上升過程中因壓力低而發(fā)生部分熔融，在1

15、0060Km深處分離出橄欖拉斑玄武巖漿或石英拉斑玄武巖漿，在6040Km深處分離出一般具有玄武安山巖成分的巖漿，在地殼底部或地幔上部4020Km深處開始形成安山巖漿。 上述作用的最終結(jié)果是：形成以安山巖為主包括玄武巖到流紋巖的鈣堿系列巖漿。2829、當大洋地殼俯沖深度200Km時，在俯沖洋殼上的水和低熔組分大部分已消耗了，因此，熔融和噴發(fā)數(shù)量大大減少。某些地區(qū)在這一深度上產(chǎn)生島弧堿性系列或富鉀的鈣堿系列巖漿，其成分與鈣堿系列過渡，形成過程與鈣堿系列相似。 在更大深度上，俯沖巖石圈全部由強烈虧損低熔組分和不相容元素的難溶的榴輝巖和橄欖巖組成，具有比地幔巖更高的初始熔融溫度，因此，不可能再次充當玄

16、武巖的巖漿源，巖漿的析出基本停止。30第四節(jié) 花崗巖與板塊構(gòu)造一、花崗巖系列與板塊構(gòu)造1、花崗巖的張裂型與擠壓型所謂張裂型花崗巖與擠壓型花崗巖即很早就被人們所重視的與造山活動有關的太平洋型花崗巖和與造山活動無關的大西洋型花崗巖。前者與擠壓作用有關，產(chǎn)生在板塊的斂合型邊界，后者產(chǎn)生在輕度擠壓變形地區(qū)，常與張裂性構(gòu)造的裂谷有關。一般說來，張裂型花崗巖的氧化鋁不飽和，堿金屬總量高，F(xiàn)eO高、MgOCaO低，鈣堿指數(shù)在5056之間。雙峰是張裂型花崗巖的特點。堿性花崗巖（A型）是張裂帶所特有的。擠壓型則與之相反，堿金屬總量低，氧化鋁過飽和FeO低、MgOCaO高，鈣堿指數(shù)在6064之間。單峰是擠壓型花崗

17、巖的特點。31322、I（M）型花崗巖與S型花崗巖I型花崗巖指的是純火山熔融作用而成的花崗巖。S型花崗巖指的是經(jīng)過沉積旋回的原巖經(jīng)熔融而成的花崗巖。S型花崗巖一富鋁貧鈣、鈉為特征，在巖石類型上，包括了自花崗巖，經(jīng)二長花崗巖到花崗閃長巖的各類巖石，少數(shù)情況下可達英云閃長巖。I型和M型花崗巖以貧鋁、富鈣、鉀、鈉為特征，M型比I型更加貧鋁和富鉀、鈉，斜長石超過鉀長石，大多數(shù)是中性或更偏基性的英云閃長巖、奧長巖，花崗類型包括花崗巖、二長花崗巖和花崗閃長巖及英云閃長巖，某些區(qū)域可有石英二長巖。在空間分布上，M型和I型花崗巖是俯沖帶所特有的，M型分布很廣泛在洋內(nèi)弧，I型則主要分布在陸緣閃長巖是其最酸性的巖

18、類。I型花崗巖的巖石弧上。S型花崗巖在俯沖帶分布廣泛，可出現(xiàn)在弧前、巖漿弧和弧后的不同部位，其中以陸緣弧后巖漿巖帶最為重要。3334二、花崗巖的水平分帶自海溝向大陸方向，花崗巖的K2O/SiO2比值及SiO2含量增加，巖體的形成年齡也變新。三、花崗巖的成因與板塊構(gòu)造花崗巖類巖漿的形成與地殼巖石的部分熔融有關，這種熔融只能在局部地熱異常和有水存在的條件下或硅鋁層埋深較大的情況下發(fā)生。1、裂谷帶花崗巖裂谷之下沒有俯沖洋殼，硅酸鹽熔漿是通過相對無水的橄欖巖地幔程度不高的部分熔融，以及這些來自地幔的巖漿侵位引起的地殼部分熔融而成的。地殼巖石的熔融可能是在較低水平壓力下發(fā)生的，熔融程度較低，因而裂谷帶花

19、崗巖比擠壓帶花崗巖漿富鐵富堿。352、俯沖帶花崗巖俯沖帶的巖漿是與俯沖消亡洋殼的脫水和洋殼與上覆地幔楔的部分熔融有關。大量的I型花崗巖漿是在較大深度的地殼部分熔融或有地幔物質(zhì)參與而形成的，它可能來自Benioff帶的熱流體相加入無水的下地殼，并使其部分熔融而產(chǎn)生，也可能由于幔源巖漿在莫霍面附近或下部地殼中侵位，引起覆蓋其上的中、下部地殼及由島弧拉斑玄武巖和鈣堿性巖石組成的火成巖地殼部分熔融而產(chǎn)生，或者由幔源玄武質(zhì)和安山質(zhì)巖漿與地殼或地殼熔體的混雜而產(chǎn)生；還可能通過與產(chǎn)生島弧鈣堿系列巖漿相似的，經(jīng)過分離結(jié)晶而成。36 S型花崗巖可能是較淺部的地殼通過多種作用而形成的，俯沖作用引起的高地溫梯度和花

20、崗質(zhì)地殼的不斷增厚，使地殼在不大的深度上（1520Km）就可以部分熔融而產(chǎn)生花崗巖；俯沖導致的地殼橫向縮短和陸殼上的剪切斷裂發(fā)育，使地殼發(fā)生斷裂重熔；海溝與島弧間巨厚的沉積物深埋地下或或被拖入消亡帶，也可能在局部地方發(fā)生熔融；如果洋脊隨洋殼俯沖而潛沒到大陸板塊之下，花崗巖漿就會在更廣闊的地域內(nèi)產(chǎn)生。3、碰撞帶花崗巖與碰撞有關的S型花崗巖的產(chǎn)生，主要與強烈擠壓下花崗質(zhì)地殼的急劇加厚和強大的逆沖斷層引起的重熔作用有關。37第五節(jié) 綠巖套（ophiolite）一、定義及巖石蛇組合特征Steinman（1905）的定義：由細碧巖和玄武巖到輝長巖和橄欖巖規(guī)則排列的鎂鐵質(zhì)和超鎂鐵質(zhì)火成巖石的組合，巖石中含有后期變質(zhì)作用產(chǎn)生的蛇紋石、綠泥石、綠簾石和鈉長石，它們的形成與地槽發(fā)展的早期階段密切相關。Steinman（1905）ophiolite的三位一體指的是：鎂鐵質(zhì)和超鎂鐵質(zhì)的深成巖，噴出巖和沉積巖緊密共生。通常認為，蛇綠巖套在層序上（由下而上）包括了鎂鐵質(zhì)巖，輝長巖，輝綠巖直至覆有深海沉積層的玄武