岩浆岩岩石学-第13章 岩浆岩的共生组合及其形成大地构造环境-西北大学（可编辑）

岩浆岩岩石学-第13章 岩浆岩的共生组合及其形成大地构造环境-西北大学（可编辑） 洋壳岩石圈俯冲作用的产生,新的洋壳岩石圈在中脊处形成,岩石圈板块俯冲产生深海沟,弧后区次级地幔对流引起次级扩张中心并形成边缘海盆 ?当洋壳板块俯冲时其上层的海洋沉积物常在弧前区形成一个增生楔 ?通常认为洋内岛弧环境的玄武质岩浆活动主要与俯冲板片之上的地幔楔形区的部分熔融有关 图11 ?洋壳沿俯冲带产生自绿片岩相,角闪岩相,榴辉岩相的递进变质作用脱水反应向浅部地幔中释放出流体 31 俯冲带岩浆活动 ?在更大的深度上榴辉岩的含水部分熔融产生富水的中性,中酸性部分熔融岩浆然后它们侵入到地幔楔中 ?当俯冲洋壳进入80 70 ,100km深处洋壳中角闪岩大量脱水转变为石英榴辉岩水进入地幔楔引起带水的部分熔融产生含水橄榄拉斑玄武岩浆它在上升过程中分异出橄榄石铬尖晶石结果派生出岛弧拉斑系列的主要岩石类型,玄武安山岩 SiO2为53 31 俯冲带岩浆活动 ?显然这种岩浆与洋脊拉斑玄武岩浆相似在很大程度上都是由于地幔橄榄岩熔融产生的因而具有相似的稀土分布型式 ?但是岛弧拉斑玄武岩浆的熔融是在含水条件下发生的而与洋脊之下基本是无水条件下发生的熔融不同因而两者的元素含量也有区别 ?岛弧拉斑玄武岩的SiO2和FeMg较高CrNi较低可以用低中压含水条件下具铬尖晶石包裹体的橄榄石的充分分解来解释 31 俯冲带岩浆活动 ?裂谷带 Rift Vallay 是地表最主要的构造活动带之一是沿大致平行断裂发育的凹陷地形属于一种影响深延展长的大型伸展构造 马杏垣1982 ?由于裂谷带之下热地幔的上涌和岩石圈在伸展应变发展进程中的变薄在初期裂谷作用以前首先将产生岩石圈破裂前拱起阶段形成大型穹隆构造和伴生的三联构造以及众多的断块构造并伴随大面积陆相碱性和次 碱性玄武岩喷发 22 大陆裂谷系岩浆活动 ?当足够的伸展作用影响到穹状隆起区域时岩石圈下部可能由于软流圈物质的挤入和岩石圈的向下陷落而变薄上部则因铲式断层效应和塑性流动而伸展于是地壳表面发生沉降形成陆内裂谷或大陆裂谷 intracontinental rift ?陆内裂谷盆地的基底和两侧都是大陆地壳并且基底的地壳厚度比两侧陆块的地壳厚度更薄一些 ?东非莱茵贝加尔等裂谷就处于这个阶段 22 大陆裂谷系岩浆活动 ?裂谷带中火山岩种类是多种多样的大陆裂谷以碱性岩组合或双峰火山杂岩为特征 ?一般地说裂谷初期以强碱性或碱性系列为主而碱性或拉斑系列是裂谷期的产物 ?东非裂谷西支莱茵地堑和贝加尔裂谷均属于弱火山活动型其特点是火山喷发产物少火山活动在空间上不连续K NaK 比值变化范围大岩石组合是强碱性的和次饱和的 霞石岩和碧玄岩 22 大陆裂谷系岩浆活动 ?强火山活动型裂谷以东非裂谷东支为代表火山活动强烈岩石组合以双峰式为特征二者反映活动程度不同分裂速度不同岩浆来源深度不同 ?由于裂谷的扩张早期的喷出岩分布在裂谷边部的台地上晚期的则分布在裂谷轴部地带形成一种对称的环带分布 22 大陆裂谷系岩浆活动 ?例如肯尼亚裂谷南段强碱的霞石岩富钙响岩碳酸岩构成的中心式火山分布在裂谷边部的台地上主要是裂前拱阶段形成的中等碱性的橄榄玄武岩橄榄粗安岩粗面岩碱流岩贫钙响岩系列分布在裂谷底部广阔的溢流熔岩和低矮的盾形火山中它是裂谷期的主要岩浆类型并出现双峰组合 Baker 1981 ?对于裂谷带中火山岩类型的这种双侧分布特点的另一种解释是伴随裂谷中脊区的高应力释放将产生较强的火山活动生成拉斑质岩浆而两侧的低应力释放产生较弱的火山活动生成碱质岩浆 22 大陆裂谷系岩浆活动 ?从成分上看裂谷碱性玄武岩是高度富集碱性元素及其有关元素把它们与钙碱质 系列中相应的火山岩比较时这种富集特点在SiO2含量较高的火山岩 粗面岩响岩流纹岩 中仍然保持着 ?很明显地富集轻REE是大陆裂谷带火山岩的特征而Sr87Sr86比值显示从0703 到大于0710的较大范围 22 大陆裂谷系岩浆活动 ?陆间裂谷与大陆裂谷具有密切的成因联系它是在大陆裂谷基础上进一步演化的结果在大陆裂谷的基础上当岩石圈上部伸展变薄已达到软流圈等势面的深度时软流圈物质沿裂谷轴部贯入溢出新洋壳开始形成大陆岩石圈板块彻底分裂并开始向两侧离散海水淹没了整个谷底于是陆内裂谷盆地演化成具有扩张 脊的狭窄洋盆或陆间裂谷盆地 22 大陆裂谷系岩浆活动 ?陆间裂谷 Intercontinental rift 的两侧是大陆地壳盆地基底不是陆壳而是过渡型地壳和大洋地壳 ?例如红海亚丁湾加利福尼亚湾等 ?与大陆裂谷带不同的是陆间裂谷中轴部分将出现显著的拉斑玄武质岩浆活动甚至产生低钾的类似于MORB的拉斑系列岩浆活动说明随着大陆板块的分裂岩浆的碱度逐步下降直到形成大洋裂谷而成为洋中脊或类洋中脊构造环境和近似的岩浆活动和火成岩组合 22 大陆裂谷系岩浆活动 ?被动陆缘平行于大陆轮廓延伸包括由大陆架大陆坡和陆隆组成的一个相当广阔的大陆与大洋之间的过渡地带 ?其基底主要由自陆向洋急剧变薄的陆壳即过渡型地壳组成在陆隆之下则全部变为洋壳 ?被动陆缘是大陆裂谷作用及随后的海底扩张大陆漂移作用的产物它的雏形在陆间裂谷阶段就已开始出现并一直处于伸展应变状态 ?早在二十世纪前半叶人们已经注意到太平洋周边被火山链所环绕组成它们的岩石是以玄武岩,安山岩,流纹岩组合为特征的钙碱性系列的岩石与此相反在大西洋周边却没有火山活动 24 被动陆缘大陆边缘裂谷岩浆活动 ?板块构造问世以后把有火山活动的大陆边缘称为活动边缘认为与板块的俯冲作用有关无火山活动的边缘称为 被动边缘认为那里无板块俯冲活动 ?所以岩浆活动只与活动的大陆边缘有关 ?被动陆缘 大陆边缘裂谷 岩浆活动不发育除保留了早期大陆裂谷及陆间裂谷阶段形成的火成岩组合外还可出现少量的主要与上地幔热点 热柱 或热羽有关的岩浆活动形成类似于板内 大陆板块及大洋板内 火成岩组合类型以镁铁质超镁铁质侵入活动及脉岩活动为主并可伴随部分中心或裂隙式火山喷发作用 24 被动陆缘大陆边缘裂谷岩浆活动 3 聚敛型板块边缘岩浆活动 31 俯冲带岩浆活动 ?俯冲带的岩浆活动主要发生在岩浆弧的范围内距海沟轴约150300km平行于海沟成弧形展布 ?主要岩石系列有 a岛弧拉斑玄武岩系列 b钙碱系列 c岛弧碱性系列 或钾玄岩系列 以及它们之间的过渡类型 ?岛弧火山岩以高K2OAl2O3 低TiO2为特征不同于其它环境下形成的火山岩 ?岛弧拉斑系列火山岩主要有拉斑玄武岩安山岩和少量英安岩它与洋脊拉斑系列的主要区别是氧化物成分变化范围较宽铁镁比较高SiO2较高 53 KRbSrBa较高NiCr低稀土丰度偏低Sr87Sr86较高 07035-07060 ?钙碱系列主要有安山岩英安岩高铝玄武岩流纹岩等与岛弧拉斑系列相比很少有铁的富集SiO2较多 59 明显地富集大离子亲石元素略为富集轻稀土元素Sr87Sr86略高 低钾组0703-0707高钾组0704-0710 并随SiO2的增加K2O增长较快 31 俯冲带岩浆活动 ?岛弧碱性系列火山岩以钾玄岩 shoshonite 组合为代表它是成熟岛弧的代表性岩石组合主要特征为 Morrisonn1980 玄武岩硅近饱和很少出现标准矿物Ne和Q低铁富集全碱量高 Na2OK2O 5 K2ONa2O高当SiO2约50时 06SiO2约55时 10在SiO2-K2O图上低SiO2部分有陡的正倾 当SiO2 45-57时斜率 05当SiO2 57时斜率为0或负值 富集PRbSrBaPb和轻稀土 与K的富集吻合 低TiO2 13 Al2O3高且变化大 1419 Fe2O3FeO高 05 31 俯冲带岩浆活动 ?岛弧火山 岩以爆发相为特征火山碎屑物质体积可占整个火山岩体积的80以上而洋中脊和大洋岛则要低得多另处由火山岩屑侵入岩及变质岩屑构成的砂岩泥岩经常与火山岩互层这种互层系是识别岛弧火山岩系重要标志之一 ?俯冲带的岩浆岩自海沟向大陆方向常常具有明显的水平分带性 图9 一般均随与海沟轴距离的增加依次分布为拉斑系列钙碱系列和碱性系列这种随着与海沟轴的距离和俯冲带深度的增加火山岩成分有规律的变化叫做成分的极性它可指示俯冲带倾斜的方向 31 俯冲带岩浆活动 ?在火山岩成分极性中最有指示意义的是当SiO2含量一定时K2O随俯冲带深度 h 的增大而增加Kh成线性正相关关系当SiO2为60时这种关系可表示为 Condie1973 ? h 893 K2O -143 式中K2O为百分含量h的单位为公里 ?据此式可估算火山岩对应的俯冲带深度计算得到拉斑系列对应的俯冲带深度 150公里碱性系列 200公里 31 俯冲带岩浆活动 ?岛弧火山岩成分变化与地壳厚度的变化也有对应关系据统计当SiO2量固定时安山岩的K2O百分含量与地壳厚度 C 成正比对于SiO2为60时K ,C关系可表示为 Condie