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14.1概述二十世纪初期，岩石学家开始注意到不同类型的火成岩具有显著的地域分布规律。A.哈克提出大西洋和太平洋岩域(Province)的概念。冯.沃尔夫根据大陆玄武岩分布，增加了北极岩套(ArcticSuite)的概念。1921年尼格里根据含钾岩流，提出了地中海岩套的概念。然而，这些单纯的地理性区域概念尚未明确地涉及构造背景。第十四章岩浆岩的共生组合及其形成大地构造环境二十世纪六十年代，随着板块学说的建立，岩浆成因和火成岩成分变化规律被赋予了全新的地质构造含义。不同火成岩岩石系列与全球构造的关系，也即火成岩组合在不同地区重复出现，成分变化和分布规律与构造背景的关系引起了地学界的广泛重视。目前，人们已经识别出地球上有三种主要的岩浆系列，即拉斑玄武质、钙碱质及碱质系列，每个系列都由侵位于地壳中或喷出于其上的一组紧密相关的岩浆岩石组合组成。当用板块构造理论考虑问题时，人们进一步认识到这三种岩浆系列以及火成岩石的共生组合有着完全不同的分布特点。Ringwood(1969)提出了按板块构造环境分类岩浆的意见，以及岩浆产生与板块构造相互关系的示意图(图1)。岩浆岩的共生组合：是指在时间、空间上共生，成因上可能相关的岩石组合。共生组合与一定的地质构造有关。岩浆杂岩：一种岩浆岩组合，在一定的地质构造背景下，时空相关，成分及成因上有共性或有密切联系的一些岩浆岩组合。如的超基性-基性杂岩。由各种侵入岩组成的杂岩称侵入杂岩，由喷出岩组成则称喷出杂岩.岩浆建造：成因上有密切联系的特征相似的几个岩浆杂岩的总称。从它们的岩浆来源、岩浆性质和演化等反映一定的地质发展阶段和一定的地质构造环境。如中国祁连地槽发展早期的细碧-角斑岩建造。岩浆岩岩套：一个更大的岩石单位,往往包含几个岩浆建造，它和地质构造发育的较长的时间单元相联系。岩套中既有侵入岩建造,又有火山岩建造,它们具有成因上和时间、空间上的联系。岩套常以造山期来划分,如前造山期、同造山期及后造山期等。例如,蛇绿岩套是大洋拉张时期发育于优地槽,属于前造山期的产物。岩系：和岩套类似，也是指一种范围比较广泛的岩浆岩组合，同一岩系的岩浆岩往往由同源岩浆长期演化发展而成，所以它们的矿物成分和化学组成的变化也常常有一定的规律性，但其分布地区则可以不同。岩系既有侵入岩系又有火山岩系，二者有时也常常共生在一起。都城秋会根据岩浆岩中K2O、Na2O、CaO的相对含量把岩浆岩分为拉斑玄武岩系列、钙碱性系列及碱质性系列。其中，拉斑玄武岩系列、钙碱性系列即为广义的钙碱性岩石。它们在空间上的分布具有明显的差异。拉斑玄武岩系列几乎可见所有构造环境中（稳定大陆、活动岛弧与陆缘、洋中脊）；钙碱性系列则主要见于岛弧和陆缘活动造山带中，也分布于稳定大陆的一些岩石组合中；碱质性系列则在稳定大陆，岛弧靠陆缘一侧和大洋岛弧与海丘上。14.2大洋板块14.2.1大洋岛弧●从板块构造的角度来考察火成岩组合与构造背景的关系，大洋地区似乎比大陆地区更显出规律性。●大洋壳范围内的岩浆喷发是少量的，这种喷发由火山岛和洋底火山显示出来。●它们有两种基本产状，火山岛链和孤立火山。●夏威夷群岛、澳特腊尔－马绍尔－吉尔伯特群岛是典型的火山岛链。●火山链可能是当大洋岩石圈在地幔柱(热点)上运移时，由地幔柱(热点)产生的，地幔柱内或地幔柱上面产生的岩浆喷发出来形成了海山和岛链(图2)。●上地幔柱(热点)形成的玄武质原始岩浆，其化学成分主要取决于以下因素：●a.地幔源区的物质组成和矿物组合；●b.源区物质部分熔融的程度和部分熔融的机理；●c.岩浆分异的深度。●其形成过程可用双层地幔的简要模式来加以概括(图3)。•该模式展示一种双层地幔结构。•洋岛玄武岩原始岩浆起源于下层地幔，下层地幔由再循环俯冲洋壳和近原始地幔混合而成；•上层地幔为亏损的软流圈地幔，它是洋中脊拉斑玄武岩原始岩浆的起源区；底劈上隆由上下地幔层的边界附近开始产生，部分熔融作用也同时发生。而上隆体附近的亏损地幔也将产生部分熔融，这两种部分熔融的产物可能发生岩浆混合作用，最后岩浆喷出形成洋岛(海山)火山岩，在中脊区则形成洋脊拉斑玄武岩。•不同的是，在中脊区，亏损地幔熔融物占有更为重要的地位。亏损地幔是指曾对地壳的形成作出过贡献，易熔组分已被明显消耗的地幔物质，其中大离子亲石元素、热产元素等明显亏损，难熔组分则相对富集。大离子亲石元素是指离子半径大于常见造岩元素的亲石元素，典型代表为Rb、Sr、Ba、Na、U等。●洋岛(海山)火山岩主要是拉斑玄武岩岩浆的产物，它是由大量拉斑玄武岩和较少的碱性岩组成。●夏威夷群岛的火山岩中，拉斑玄武岩占85%，其它为中性及酸性岩、碱性玄武岩和更少的更为碱性的基性岩。●冰岛的火山岩也属拉斑玄武岩系，但分异产物比夏威夷的多，还有流纹岩及火山碎屑岩，同时还有碱性玄武岩。●洋岛玄武岩含K2O、TiO2、P2O5高，大离子半径的不相容元素包括轻稀土元素在内都比洋中脊玄武岩高。14.2.2大洋中脊岩浆活动●大洋中脊是最重要的离散型板块边缘，是大洋区中最大量的火成岩产生地，也是洋壳产生的地方，洋底不断在中脊处形成，而后运移到大洋各处。●大洋中脊以产生拉斑玄武岩和缺乏安山岩为特征，这种拉斑玄武岩，通常称为洋脊拉斑玄武岩(MORB—midoceanridgebasalt)。●板块扩张引起的压力释放将产生岩浆，沿洋中脊，地震活动产生于较浅的深度上，而观察到的热流却很高，说明该区贫碱的拉斑质玄武岩浆产生于较浅的深度位置上(Jokat等，1992)。●洋脊拉斑玄武岩主要有以下特征：●(1)斑晶或为橄榄石或为斜长石，或二者兼而有之。基质矿物是橄榄石、斜长石、单斜辉石和铁矿物，常含有玻璃质及结晶的矿物雏晶。●(2)低钾(K2O0.4%)高钛(TiO2为0.7-2.3%)P2O5含量低(0.25%),(FeO+Fe2O3)/MgO=0.7-2.2。●(3)以相对高的Al2O3和Cr含量，以及大离子亲石元素(LIL)，如Rb、Cs、Sr、Ba、Zr、U、Th和轻稀土亏损或平坦型稀土模式区别于大陆和岛弧拉斑玄武岩。●大洋中脊的侵入岩组合，主要岩石为辉长岩和橄榄岩。●辉长岩有两类:①早期结晶分异形成的堆晶岩；②是由强烈分异后残余熔体形成的辉长岩。●橄榄岩也有两类，①是地幔岩部分熔融后残留下的；②是结晶分异作用的产物。●大洋中脊下部的温度和地热梯度表明，洋脊拉斑玄武岩是在小于30km深度内，由部分亏损地幔橄榄岩经20—30%的部分熔融形成的。●辉长岩和橄榄岩则与原始熔体的分离结晶有关。14.3稳定大陆内岩浆岩组合14.3.1大陆克拉通区●在大陆克拉通地区火成岩并不十分发育。大陆克拉通区发现的火成岩大多呈小型的侵入杂岩体、岩墙、岩床、火山颈、岩管或(少数情况下)呈小的火山区出现。●火成岩成分变化比洋壳区要复杂得多。●一般认为，大陆克拉通火成岩可能与某种板内拉张性构造环境有关，但事实上很多地区尚不能认定它们与构造之间的确切关系。●有些没有明显构造痕迹的地区，岩浆活动往往归因于和地下的热点或地幔上升的热柱有关。●大陆板块内火成岩主要有：金伯利岩、碱性岩(高钾岩系)、高原溢流玄武岩以及火成碳酸盐四种组合类型。●金伯利岩最集中的地区是西伯利亚和南非。●由于定位快，它们一般没有经过结晶分异作用，不能形成岩系。但南非曾有过分异金伯利岩的报导。●与金伯利岩有关的碳酸岩则常呈熔岩或凝灰岩喷出●过去认为和金伯利岩有关的碳酸岩和蛇纹岩是后期蚀变结果，现在认为至少有一部分是由于高碱岩浆富含CO2及H2O流体的不混熔分离产物。●有时由于压力变化，金伯利岩岩浆中释放出部分CO2及CaO，可以形成一套黄长玄武岩及含钙镁橄榄石的岩石，有时有黄长煌斑岩。●碳酸岩常常与碱性岩如磷霞岩、霓霞岩、霓霞钠辉岩、钛铁霞辉岩等共生，但并非所有碱性岩都伴有碳酸岩。●金伯利岩和碳酸岩多集中于裂谷附近或裂谷系中，有的在破裂的陆缘，如东非裂谷、贝加尔裂谷、阿尔丹穹曲、莱茵地堑、巴西海岸等地。●大陆上的高原玄武岩或洪流玄武岩属拉斑玄武岩系，有的含有大量流纹岩夹层(如印度德干)。南非卡罗、印度德干可能与显生宙板块分离有关，也可能和热柱活动有关。•层状辉长岩侵入体•斜长岩•辉绿岩•煌斑岩●新近的研究结果表明，在全球范围内尽管各地质历史时期都有大陆板内岩浆活动，但大部分岩浆活动发生在元古代、中、新生代三个时期。●为什么大陆板内岩浆活动主要集中在中元古代和中、新生代呢?●根据杜乐天(1990)提出的幔汁说和国外学者提出的地幔热流体说认为，幔汁或地幔热流体是全球地质运动的总根源。●在地球演化历史中，幔汁或热流体既有聚积期又有发散期，即具有聚积和发散交替出现的规律。●当幔汁或地幔热流体缓慢聚积时拉张性岩浆作用就很少；当幔汁或热流体聚积到一定程度，即由量变发展到质变时，则以地幔柱、热羽、热点的形式从地幔或核幔边界大规模上涌发散，引起地幔物质上隆、岩石圈破裂，沿破裂带形成大量的拉张性板内克拉通岩浆岩岩石组合。14.3.2大陆裂谷系岩浆活动●裂谷带(RiftValley)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。●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(intracontinentalrift)。●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。●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。双峰式火山岩（bimodalvolcanicrock）是由地幔和地壳两种岩浆源区岩浆喷发形成的火山岩组合。双峰式火山岩组合中的两种端员之间，无论是元素地球化学或者是同位素特征均存在极大差异，表明它们的岩石成因和物质来源都是分离的，如新生代裂谷带中局部地段出现的碱性玄武质和流纹质双峰式火山岩组合。另外，双峰式火山岩是以玄武岩质和富硅质岩浆近于同时喷发，且很少有中性岩石为特征。它们可以是双峰式火山岩的两端员体积除个别情况外差别一般不大。但也有两端员体积差相当大的双峰式火山岩，如在埃塞俄比亚双峰式火山岩中，富硅质岩石一般要比镁铁质岩少得多。●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Sr87/Sr86比值显示从0.703到大于0.710的较大范围。14.3.3陆间裂谷系岩浆活动●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。●陆间裂谷(Intercontinentalrift)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。14.3.4被动陆缘(大陆边缘裂谷)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