08-板块构造与岩浆活动

第八讲板块构造与岩浆作用岩浆岩和板块构造研究成果表明，岩浆岩的形成和分布主要受板块构造控制，即在不同的板块边界和部位，形成不同的岩浆岩共生组合。概述二十世纪初期，发现不同类型的火成岩具有显著的地域分布规律。•板块产生前构造前：单纯的地理性区域概念尚未明确地涉及构造背景•A.哈克提出大西洋和太平洋岩域(Province)的概念•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，又提出了地中海岩套的概念。•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；即火成岩组合、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。概述•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。•Condie(1976)提出：大多数岩浆是在板块边缘生成的，进一步分为汇聚边缘、离散边缘、边缘盆地、大洋盆地、裂谷系、克拉通和碰撞带等不同环境及其相应的岩石构造组合。•80年代以来，人们系统地总结了不同的岩浆系列以及板内、边缘盆地、岛孤等各种构造环境的岩浆作用、火成岩组合以及岩浆成因机制，从而使得火成岩大地构造学作为一门新的地质学科日趋完善。Ringwood(1969)板块构造岩浆产生与板块构造相互关系板块构造与岩浆作用一、岩浆系列二、大陆裂谷带及大陆板块内岩浆活动三、板块扩张带的岩浆活动四、板块俯冲带的岩浆活动五、花岗岩与板块构造六、蛇绿岩套七、埃达克岩及其构造意义岩浆岩的主要岩石类型碱性程度(碱度)：里特曼指数σ＝(K2O＋Na2O)/(SiO2－43)（wt％）σ值越大碱性程度愈强。σ＜3.3者称为钙碱性岩；σ＝3.3－9者为碱性岩；σ＞9者为过碱性岩。SiO2(wt.%)岩石大类典型岩石45超基性橄榄岩-科马提岩45-53基性辉长岩-玄武岩53-66中性闪长岩-安山岩66酸性花岗岩-流纹岩酸性增强玄武岩花岗闪长岩花岗岩橄榄岩不能与SiO2共存，属于SiO2不饱和矿物1.霞石霞石Na[AlSiO4]——钾霞石K[AlSiO4],高温时为连续固熔体系列产于富含Na2O而SiO2不饱和岩浆岩中，六方短柱，厚板状2.白榴石，K[AlSi2O6]正方晶系（假等轴晶系）自形晶，四角三八面体西藏白榴石斑岩（赵志丹，2010）碱性岩：似长石类矿物霞石六方短柱，厚板状霞石----似长石类矿物霞石Na3K(SiAlO4)4霞石SiO2饱和度与矿物组合Al2O3饱和度与矿物组合分类比值特征特征矿物过铝质岩石Al2O3/(K2O+Na2O+CaO)1白云母、黄玉、电气石、刚玉、矽线石、红柱石偏铝质岩石Al2O3/(K2O+Na2O+CaO)1铝硅酸盐矿物：黑云母、角闪石、黄长石等亚铝质岩石(K2O+Na2O)Al2O3(K2O+Na2O+CaO)长石类、似长石过碱质岩石(K2O+Na2O)Al2O3碱性镁铁质矿物类：霓辉石、霓石、钠闪石、碱锰闪石等火山岩的TAS图解(TotalAlkalis-Silicadiagram)（引自LaMaitre等，2002一、岩浆系列划分根据岩浆岩的地球化学指标，可以将其划分为三个系列：①碱性系列(A)②钙碱性系列(CA)③拉斑玄武岩系列（TH)其分布受板块构造环境控制。•LaMaite(1989)划分出低K、中K、高K岩石（红色虚线为界线）•分别与Rinwood(1989)划分的低K拉斑系列、钙碱性系列和高K钙碱性系列相对应（黄色区域是Rinwood汇总的界线区域）拉斑玄武岩系列（TH）•岩石类型：包括大量基性（拉斑玄武岩）、少量中性岩（冰岛岩，富Fe,低K,低Al）和及少量的酸性岩（铁质英安岩、流纹岩）•矿物成分：主要暗色矿物：辉石、含少量或不含橄榄石，基本不含角闪石、黑云母;浅色矿物：斜长石（斑晶为钙长石-培长石、基质为拉长石）•化学成分：SiO2：48-63%；低钾：K2O1%；TiO2含量低，Na2O/K2O高达5-40%,Rb、Sr、Ba、Th、U等离子亲石元素含量很低（Rb=1-30ppm）,Sr=100-300ppm，Ba=10-100ppm•环境：拉张和弱挤压应力状态下，分布极广，按形成环境不同分为：（1）大洋中脊拉斑玄武岩（2）岛弧拉斑玄武岩（3）洋岛拉斑玄武岩（4）大陆（裂谷）拉斑玄武岩钙碱性系列（CA）•岩石类型：喷出岩以安山岩为主，侵入岩以花岗闪长岩为主，本系列包括高铝玄武岩（SiO253%）、安山岩（SiO253-63%）、英安岩（SiO263-68%）及流纹岩（SiO268%），其中安山岩最常见，其次是英安岩、流纹岩等。•矿物成分：普遍含有角闪石和黑云母•化学成分：SiO2弱饱和、K2O、TiO2以及大离子亲石元素含量均较拉斑玄武岩系列高。如：Rb：10-90ppm；Sr、Ba含量为200-400ppm。Al2O3含量高，在安山岩为16-18%，富集轻稀土元素。•环境：挤压应力为主的地区岛弧区板块俯冲带及碰撞带为岛弧的标志性岩石。碱性系列（A）•岩石类型：碱性玄武岩、霞石岩、粗面岩、安粗岩、响岩（夏威夷岩：含碱性长石的中性岩类）等。•矿物成分：斜长石以中长石常见，含碱性长石和似长石。•化学成分：SiO2不饱和，富碱质≥5-7%，富钾K2O，为2-4%；大离子亲石元素含量高，Rb达75-120ppm，Sr、Ba含量分别为700-1000ppm；具富集型稀土元素分配型式，LREE含量高。•构造环境：发育应力作用微弱的地区，如大型海洋盆地和大陆克拉通区。•3种岩浆岩系列的分布与板块构造密切相关•据K.C.Condie(1982)研究它们与板块构造关系如表所示。按岩石化学成分划分拉斑玄武岩——SiO2多(49-51%)，碱少(K2O+Na2O为2-4%）矿物为基性Pl+Py，可以有Ol，并呈斑晶广泛分布，产于岛屿，洋中脊，深海盆地和大陆如：峨嵋山玄武岩高铝玄武岩——Al2O3高（16%），SiO2比拉斑低，矿物成分同上相似，但斑晶中可出现碱性长石分布于岛弧，活动大陆边缘，造山带碱性玄武岩——SiO2(45-48%),SiO2不饱和，碱高,K2O更高矿物成分同上相似，常含有大量Ol，可以有碱性长石，似长石产出环境：大陆，大洋岛屿如：我国东部很多，海南岛—五大连池以东玄武岩的划分二、大陆裂谷岩浆活动•岩浆机制：裂谷带之下热地幔上涌和岩石圈伸展变薄•初始裂谷作用阶段，岩石圈破裂前拱起阶段，伴随大面积陆相碱性和次碱性玄武岩喷发。•当伸展作用进一步加强，岩石圈下部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)。大陆裂谷岩浆活动•裂谷岩浆活动的基本特征（1）裂谷带岩浆岩系列：裂前拱阶段------碱性系列大陆裂谷阶段-----碱性系列和K略高的大陆拉斑系列大洋裂谷阶段-----低K的洋脊拉斑玄武系列随着大陆板块分裂直到形成大洋裂谷，岩浆碱度逐步下降；（2）岩性类型：喷出或侵入岩均以基性和超基性岩最丰富；（3）拉张构造背景及结晶分异作用控制了裂谷岩浆演化；（4）裂谷岩浆主要是幔源的，含有地幔岩包体，初始Sr比值较低1-大陆裂谷的火山岩（喷出岩）岩石组合：以溢流玄武岩组合或双峰式火山岩为特征（两者同出现或仅有其中之一）。1）玄武岩：主要是拉斑系列（TH)和碱性系列(A)的玄武岩，与洋中脊TH相比，富K2O（平均0.66%），具较高的Ba、Sr、Rb、U、Th和Rb/K、Rb/Sr、LREE显著富集，Sr87/Sr86较高并具有较大的变化范围（0.7035-0.7110）。碱性系列是裂谷初期形成，而TH系列是裂谷期产物。2）双峰式火山岩（BimodelVolcanicComplex）：基性岩浆和酸性岩共生，其间很少有中性岩，反映了基性和酸性岩浆的准同时喷发。双峰式组合：拉斑玄武岩—流纹岩组合碱性玄武岩—粗面岩组合缺失中性（安山质）岩石2-大陆裂谷侵入岩岩性包括：辉绿岩岩床和岩墙群、层状基性侵入体、金伯利岩、碳酸岩及镁铁质碱性岩1）辉绿岩岩床和岩墙群：在裂谷带的溢流玄武岩区域或其外围，成分可以是拉斑玄武岩质，也可以是碱性橄榄玄武岩质，与溢流玄武岩的岩浆同源。2）层状基性侵入体：成分相当于辉长岩的侵入岩是大陆裂谷带的典型岩浆岩组合之一，岩体规模变化很大，小至一个岩株，大者为岩基。2-大陆裂谷侵入岩3）金伯利岩、碳酸岩及镁铁质碱性岩：金伯利岩--富Mg、富K的超基性岩，SiO2=20-38%；K2O/Na2O=2-5；MgO/K2O很高20-70，以岩颈和岩脉的形式，产在前∈地盾区内的大陆裂谷带。新鲜金伯利岩的Sr初始值为0.7037-0.7046。碳酸岩-由碳酸盐矿物组成的火山岩，SiO220%，主要矿物是方解石、白云石、铁白云石及Fe、Mn、Na的碳酸盐，呈圆形、椭圆形的岩颈、锥形岩席产出，有的则是喷出的碳酸质熔岩。镁铁质碱性岩（霓霞岩类）：SiO2=38-45%，K2O+Na2O=5-10%，K2O/MgO为3-10，常以小岩株，特别是以环状中心侵入体产出。二、板块扩张带（洋中脊）岩浆活动•大洋中脊----离散型板块边缘，也是洋壳产生的地方，表现为大规模的裂隙式火山喷溢，长6万公里的大洋中脊实际上是全球最大的火山活动带。•据梅纳德（H.W.Menard）估计，每年从中脊轴部喷出的火山物质约有4立方公里，大大超过了全球所有其它地区喷出的火山物质总量。•由于洋底深处，静水压力超过岩浆中水蒸气压力，故熔岩沿裂隙平静的溢出。洋中脊岩浆活动•中脊岩浆源：来源于软流圈，由于拉张作用、压力降低，熔点降低，软流圈物质(橄榄岩)分熔出玄武岩浆(主要TH)。•喷出岩：TH岩浆乘隙上涌，溢出海底，形成枕状熔岩，构成洋壳第二层的上部•侵入岩：辉绿岩岩墙形式，构成洋壳第三层的上部，或冷凝成辉长岩成为洋壳第三层的组成部分洋中脊剖面与MORB洋脊拉斑玄武岩主要特征：(1)斑晶为：橄榄石或斜长石;基质矿物：橄榄石、斜长石、单斜辉石和铁矿物，常含有玻璃质。（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)具相对高的Al2O3和Cr含量、以及大离子亲石元素（LIL)，如Rb、Cs、Sr、Ba、Zr、U、Th；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（4）Sr87/Sr86低（0.702-0.704）大洋中脊的侵入岩组合•大洋中脊的侵入岩组合：辉长岩和橄榄岩。•辉长岩有两类：一类是早期结晶分异形成的堆晶岩；另一类是由强烈分异后残余熔体形成的辉长岩。•橄榄岩也有两类：一类是地幔岩部分熔融后残留下的；另一类是结晶分异作用的产物。•洋脊拉斑玄武岩成因：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：原始熔体的分离结晶有关洋中脊缺乏安山岩的原因-----缺水(1)没有俯冲作用发生，因此也没有水份带入上地幔。(2)由于地壳较薄，沿中脊的一些扩张裂隙不能阻止水份的散失，因而水压很低，不足以产生安山质岩浆。•Nicholls和Ringwood认为大洋拉斑玄武岩相当于岛弧拉斑玄武岩的无水等效物。•洋岛的岩浆活动•岩性：橄榄玄武岩、碱性玄武岩、粗面岩、碱性流纹岩、霞石岩、碧玄岩等。•与洋脊拉斑玄武岩系列相比较，富碱性（尤其富K），Cr、Ni低；Ba、Sr、Rb和Zr高。•大洋岛玄武岩的Sr87/Sr86多为0.703—0.704，钾高者可达0.705—0.706，Pb206/Pb204为18.5—19.5，均比洋脊要高。四、板块俯冲带的岩浆活动俯冲带岩浆活动特点岩浆分布：在岩浆弧的范围内，距海沟轴约150—300km，平行于海沟成弧形展布；岛弧与陆缘火山弧是强烈的火山活动区主要岩石系列有：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。岩石特征：以中酸性，特别是安山岩为主，因富含气体，常