巖漿作用與大地構(gòu)造環(huán)境

1、巖漿作用,與,大地構(gòu)造,環(huán)境,本節(jié)內(nèi)容,大地構(gòu)造標志的火成巖地球化學(xué),花崗巖與板塊構(gòu)造,第一節(jié),大地構(gòu)造標志的火成巖地球化學(xué),1,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,（,Compatible Elements,）,指巖漿結(jié)晶過程,或固相部分熔融過程中容易進入或保留在固相中的,元素,。如,Ni,、,Co,-Oli,，,V,-Mt,，,Cr,-Sp,，,Yb,、,Ga,、,Eu,-,Pl,等。,不相容元素,（,Incompatible Elements,）,指不易進入,固相，而保留在與固相共存的中熔體或溶液中的元,素,。如,Li,、,Rb,、,Cs,、,Be,、,Nb,、,Ta

2、,、,W,、,Sn,、,Pb,、,Zr,、,Hf,、,B,、,P,、,Cl,、,U,、,Th,、,REE,等,。,不相容元素根據(jù)離子半徑或電荷，又分為：,大離子親石元素和高場強元素,大離子親石元素,（,Large Ion Lithophile,或,LILE,）,特點,：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,高場強元素,（,High Field Strength,或,HFSE,）,特點,：離子電位,3,，難溶于水，如,Th,、,Nb,、,Ta,、,Zr,、,Hf,、,P,、,HREE,等。,2,火成巖與構(gòu)造環(huán)境,作

3、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)境下的地球動力學(xué)過程。,源區(qū)物質(zhì),火成巖的地球化學(xué)性質(zhì),大地構(gòu)造環(huán)境,各種火成巖類型的關(guān)系是基于三個前提：,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,。,巖漿的產(chǎn)生是動態(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)造作用使壓力降低,；,（,c,）,交代作用或含水流體的參與，從而降低,固相線溫度,。,自然銀,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,運移,地殼，,按地質(zhì)時間尺度可以,認為是瞬時的,，,即

4、使巖漿過程中由于分異或同化混,染作用，還,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,弧后,盆地,陸陸碰撞,克拉通內(nèi),島鏈,洋洋,碰撞,大洋斷裂帶,上火山,洋陸,碰撞,大陸,裂谷,洋中脊,擴張中心的巖漿作用,大洋中脊：,火山噴發(fā)源于,虧損型地幔,。大多,屬橄,欖拉斑玄武巖,，貧,K,2,O,、,TiO,2,和,Ba,、,Rb,、,Sr,、,Pb,、,Th,、,U,、,Zr,。,弧后盆地,：,巖漿源更具,多樣性,。具,標準橄欖

5、石和,紫蘇輝石的玄武巖,，貧,K,、,Rb,Sr,、,Fe,Mg,。,大陸裂谷,：,含標準石英,標準霞石,，,Fe,Mg,和,87Sr,86Sr,值,高。,破壞性板塊邊界的巖漿作用,洋,-,洋碰撞的火山弧,：,俯沖板塊逸出的流體，交代,上覆地幔并,部分熔融,產(chǎn)生火山弧巖漿，,含標準石英,的玄武巖至安粗巖,，,富,Al,、,Rb,、,Sr,、,Ba,、,Pb,、,CO,2,和,H,2,O,，,貧,Mg,、,Ti,、,P,、,Zr,、,Nb,、,Ni,和,Cr,，較,高,87,Sr,86,Sr,、,K,Rb,、,Rb,Sr,和,Fe,Mg,比值。,洋,-,陸碰撞的火山弧,：,因陸殼的卷入和大陸巖石

6、圈的,厚度而成分,復(fù)雜多變,。,陸,-,陸碰撞的火山弧,：,地殼重熔,的,高鉀安山巖、英,安巖和流紋巖,和高,87,Sr,86,Sr,比值（,0.780,）的,S,型花,崗巖,，,晚期出現(xiàn)類似,板內(nèi)的巖漿作用,。,板內(nèi)巖漿作用,大洋島嶼、島鏈,：,火山活動具順序性：,首先具,標準石英,的玄武巖，,隨之具,標準霞石,的玄武巖，,最后經(jīng)長期侵蝕間斷，噴發(fā),SiO,2,強烈不飽和,的霞,石巖結(jié)束火山活動。,大陸板內(nèi)巖漿作用,：,源自,地幔熱柱,，典型巖石,為,金伯利巖、碳酸巖、副長石巖,和,A,型花崗巖,。,SiO,2,適度不飽和，低的鍶同位素比值,和,富含不相,容元素,。,4,微量元素構(gòu)造判別,在

7、一定構(gòu)造環(huán)境下形成的火成巖，其,常量元素,、,微量元素,和,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)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)驗性鑒別方法,，根據(jù)地球化學(xué)特征,推斷火成巖,的古構(gòu)造環(huán)境,。,構(gòu)造判別圖解,玄武巖類巖石,利用已知推斷未知,微量元素,：,HFSE,（,Ti,、,Zr,、,Hf,、,Nb,、,Ta,、,Y,等）,常量元素,：最常用,K,2,O,多元配合,：,HFSE,與,LILE,、,REE,、堿,/,堿土金屬,花崗巖類巖石,源區(qū)成分的多樣性,元素分配系數(shù)變化大,常量元素,：判別邊界的重疊,副礦物的穩(wěn)定性,微量元素,：,HFSE

8、,（,Y,、,Nb,、,不同揮發(fā)分的影響,Ta,、,Yb,、,Rb,等）,源區(qū)判別圖解,隨源區(qū)和各種作用過程而變,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),部分熔融時與熔融體共存固相的礦物學(xué)特征；,(c),熔融體從源區(qū)運移定位過程中影響熔體成分的,各種作用過程。,認為：,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,。,島弧巖漿源區(qū),的鑒別標志：,虧損的,HFSE,和,富集的,LILE,當這種源區(qū)巖石在板內(nèi)環(huán)境中熔融時，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)致認識錯誤。,同理：,洋中脊玄武巖,的某些元素特征需用再循環(huán),

9、的古老地殼來解釋；,板內(nèi)洋島玄武巖,的某些元素豐度具有與俯,沖有關(guān)的元素豐度。,花崗巖類,因,復(fù)雜、多期造山運動，可引起不同構(gòu),造起源的源區(qū)巖石的混合,，,造成構(gòu)造環(huán)境判別的不,確切性,。,大陸碰撞開始階段，花崗巖可具有,火山弧花崗巖,（,V,AG,）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)向運動，引起幔,源巖漿底侵作用，產(chǎn)生,碰撞后花崗巖（,COLG,）,。,巖漿活動的源區(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,。,第二節(jié),花崗巖與板塊構(gòu)造,根據(jù)花崗巖類巖石的,物質(zhì)來源,，目前國內(nèi)外普,遍分為四種成因類型，即：,I,型,：源巖直接由地幔派生的下部地殼物質(zhì)；,

10、S,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,：造山旋回末期或與活動帶無關(guān)的富堿的花崗,巖類；,M,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,分、特征礦物種類上都有區(qū)別？（課外作業(yè)）,1,花崗巖構(gòu)造,環(huán)境分類,花崗巖的地質(zhì)構(gòu)造標志比玄武巖更復(fù)雜。原因,根據(jù)出露地表的巖石,難以獲得,其侵入構(gòu)造位置的,確切地質(zhì)證據(jù)；,成巖過程復(fù)雜,，如晶體堆積作用、陸殼的卷入、,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,。,花崗巖的成因分類物源,構(gòu)造標志：,

11、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)，進行花,崗巖類構(gòu)造環(huán)境分類,。,Pitcher,（,1983,）認為：,花崗巖的成因類型能夠鑒別,源巖，而源巖一經(jīng)鑒別，就能識別大地構(gòu)造環(huán)境,。,M,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,花崗巖漿,來源于會聚板塊邊緣的陸殼下部，源,巖可能是幔源底侵物質(zhì)；,S,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,花崗巖,是地盾區(qū)與裂谷有關(guān)的巖漿活動產(chǎn)物，,也是造山帶穩(wěn)定后的深成活動產(chǎn)物。,花崗巖物質(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,

12、互作用的地,球內(nèi)部動力,學(xué)的重要研,究課題。,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，在實際,礦物,QAP,分類圖上位于石英閃長巖或英云閃長巖區(qū)，,自然銀,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,：進一步分為,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

13、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),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,。,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,和,黑云母,?；顒哟箨戇吘?高鉀鈣堿性,和,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,。,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,：按侵入的地殼性質(zhì)再分三類：,侵入,正常厚度地殼,、,強烈衰減陸殼,和,洋殼,等。,

14、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,（或鈉輝,石）,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),角閃石,和,輝石,，時有橄欖石。,微量元素特征分三類：,第一類：,Rb,、,Ta,比,Nb,、,Ta,明顯富集，,Ce,、,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,高為標志。,碰撞花崗巖類,：,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,：同碰撞、碰撞

15、后,QAP,圖上，,同碰撞花崗巖,位于狹義花崗巖區(qū)，屬,含,白云母,的過鋁質(zhì)。,大多數(shù),碰撞后花崗巖,的鐵鎂礦物是,黑云母,或,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,大多與鈣堿性火山弧,花崗巖相似，明顯的特點是同碰撞花崗巖的,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,地球是太陽系中唯一具有花崗質(zhì)地殼的行星，,它獨一無二的性質(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

16、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,球動力學(xué)過程。,太古宙,（,2500Ma,）,包括高級變質(zhì)區(qū)花崗質(zhì)片麻巖（,TTG,）和,綠巖帶,的,花崗巖。,高級區(qū)花崗質(zhì)片麻巖,形成于,3800,3000Ma,，由貧,Or,的英云閃長巖和奧長花崗巖組成，具,M,型花崗巖,特征，低,87,Sr,86,Sr,初始值（,0.7000,0.7020,）。,綠巖帶花崗巖,除英云閃長巖、奧長花崗巖外，還見,高,87,Sr/,86,Sr,初始值,0.7010,0.7040,的富鉀花崗巖。,太古宙,M,型花崗巖類,的,稀土,元素特征,，輕、重稀土強烈分,餾（,La,Yb,值高），

17、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?榴石的榴輝巖等，再經(jīng)部分熔,融而成。,晚期,富鉀花崗巖類,具明顯,銪,負異常，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)。,元古宙中期,（,1700,1100Ma,）,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，反映當時處于伸展構(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。,過鋁質(zhì),S,型花崗巖類,是,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)碰撞拼貼成超級聯(lián),合古陸時期，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,該動力學(xué)過程有關(guān)。,中生代,以來花崗巖的特征是與地幔作用有關(guān)。,中,-