大地构造与成矿-2007-5培训讲学

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1、三、挤压型板块边界地质与成矿作用,1、概述 挤压型板块边界是岩石圈板块对冲、消减、碰撞的场所，故又称为消减或聚合板决边缘。 板块聚合，构造活动强烈、复杂，所形成的岛弧和山脉大多呈弧形。,（2） 山弧一海沟系：如南美安第斯山弧一海沟系。 （3）陆间海：如地中海。 （4）地缝合线：如雅鲁藏布江地缝合线 前两种以有海沟 第三种洋壳接近完全消减、两大陆壳合拢，海沟表现不明显而接近于消失 第四种两个陆壳碰撞接触面与地面的交线 它们代表板块俯冲一碰撞过程的不同阶段,马里亚纳群岛,如日本、琉球等,南美西海岸,如西藏高原、冈底斯山和 喜马拉雅山等,最常见的有四种板块碰撞四种型式,（1）两个都是海洋板块的接近。

2、在接触处产生海沟-岛弧系，如马里亚纳群岛； （2）海洋板块和前缘带有岛弧的大陆板块的接近，在接触处亦表现为海沟-岛弧系，如日本、琉球等,（3）海洋板块和大陆板块的直接接近。在接触处表现为海沟一山弧系，如南美西海岸。 （4）两个大陆板块的接近。两个大陆板块互相碰撞，在沉积层内引起巨大推覆体和俯卧褶皱，并形成高原和弧形山脉，如西藏高原、冈底斯山和喜马拉雅山等；或形成高山和残余海盆地，如高加索山和黑海、里海等,3、海沟一岛弧构造地形单元划分： 横越发育完善的海沟一岛弧系有如下构造单元：外部隆起、海沟、海沟坡折（又称构造隆起、构造弧、外弧脊）、弧沟间隙（包括弧前盆地）、岩浆弧（又称内弧、主弧、火山弧）

3、、活动边缘海盆地（又称弧间盆地）、残余弧（又称死弧、第三弧）、不活动边缘海盆地等,外部隆起,海沟坡折（又称构造 隆起、构造弧、外弧脊）,弧沟间隙（包括弧前盆地）,岩浆弧（又称内弧、 主弧、火山弧）,活动边缘海盆地 （又称弧间盆地）,残余弧（又称死弧、第三弧）,海沟一岛弧构造地形单元划分,弧后盆地,East facing continental margin,亚州东部,West facing continent,巴西和智利,对于安第斯型海沟一山弧系来说，从岩浆弧到大洋之间的弧前地区的结构是相似的，只不过弧后地区的海盆被前陆盆地所代替,4、沟、弧特征 海沟 地形最低 显著的负重力异常 热流值最低

4、地壳是大洋型的，不存在均衡的平衡 存在向下的拉力 这与海沟是海底扩张的终点、大洋岩石圈板块在此向地幔俯冲是一致的。,岛弧（山弧） 地形增高,内重力高和高热流值 地壳类型复杂（大洋型、过渡型、大陆型都有） 这与板块俯冲时的热效应和板块俯冲作用即造山作用也是一致的。,5、沉积作用 沟、弧地区地形反差大，为沉积作用提供了良好条件。,（1）海沟 有深海和浊流沉积物，海沟内坡通常比较陡峭，有时由于逆断层或褶皱变形，形成构造凹地或斜坡盆地，有厚度不大的浊积岩和深海沉积物 大部分在板块俯冲过程中被带走，厚度并不大，从几百米到1公里以上。,（2）在弧前盆地中，沉积类型复杂，以富含钙碱性火山岩屑的复理石建造、厚

5、层杂砂岩、泥岩和缺少碳酸盐岩为特征。,在岛弧后侧，弧后盆地分为两种类型：弧间盆地和岛弧一大陆盆地。 （3）弧间盆地 边缘陡峭并以岛弧与外界相隔，仅有很薄的深海沉积物 （4）岛弧一大陆盆地 沉积物横向变化明显，中心为薄层深海沉积物，两侧为巨厚的滨海-浅海相、三角洲相砂泥质沉积物、碳酸盐沉积物和深水浊流沉积物，靠岛弧一侧还夹有大量火山碎屑物和凝灰岩。,（5）在安第斯型陆缘火山弧后面，由于褶皱、冲断层的作用所形成的弧后前陆盆地，主要是陆相、三角洲相和浅海相碎屑沉积，缺少深海相沉积，如安第斯山以东苏班安底新生代盆地等,（6）当两个大陆板块开始碰撞之后，在俯冲大陆板块前缘或残留洋盆地里，形成三角洲相一浅

6、海相楔状碎屑岩体或海相浊流一复理石沉积，如地中海、波斯湾盆地、恒河三角洲、孟加拉湾冲积扇等；,（7）与地缝合线有关的盆地 陆相磨拉石堆积 砾石既有同造山期火山成因的，完全来自岩浆弧的火山岩屑，如雅鲁藏布江地区老第三纪砾岩层； 也有造山期后期和造山期后非火山成因的，如瑞士平原和喜马拉雅山主边界断层以南锡伐利克层,6、岩浆活动 沟、弧地区岩浆活动十分强烈、复杂 基底不同 演化阶段不同 距离俯冲带的深度不同 岩浆岩共生组合不一样，有一定的时空变化规律,（1）海沟与弧沟间隙的岩浆岩共生组合 弧沟间隙（宽度约150一300公里）一般无岩浆活动 海沟内坡有蛇绿岩套 蛇绿岩套原生地大洋中脊，它在海沟内坡出露

7、是由于海底扩张和构造侵位一逆冲或断裂抬升作用。,（2）火山弧的岩浆岩共生组合 岩石类型及特点 特点：火山岛弧和陆缘火山弧是岩浆活动集中分布的地带，通常与海沟平行成弧形展布。 火山岩的体积自火山弧前缘开始向消减带方向减少，以爆裂喷发作用为特征，火山岩中火山碎屑物质的体积一般都在80以上 类型系列：根据岩石矿物、化学成分的差异，可将岛弧火山岩分为三个系列：岛弧拉斑玄武质系列；钙碱性系列；碱性系列,岛弧拉斑玄武质系列： 由大量岛弧拉斑玄武岩和少量安山岩（拉斑玄武质安山岩、低铝玄武岩）、英安岩、流纹岩组成 岛弧拉斑玄武岩和洋脊拉斑玄武岩在许多方面是相似的,都显示球粒陨石型的REE分布型式， Sr87S

8、r86比值低（0702一0704），碱元素及相关元素浓度低，Al2O3含量高， Fe富集，KRb比值较高等(why?)。 区别是岛弧拉斑玄武岩比洋脊拉斑玄武岩具有变化范围更宽的FeO*/MgO、SiO2、FeO*, Na20、K20等，Ni、Cr含量较低，而Ba含量较高(why?),钙碱性系列（狭义的）：由大量安山岩及英安岩、高铝玄武岩、流纹岩组成。可进一步分为低钾组和高钾组。 低钾组的火山岩以相当数量的熔岩和火山碎屑岩组成的层状火山岩系为特征，其深成岩主要是石英闪长岩，如日本、中美洲 高钾组的火山岩显示更大的粘性，含较多的火山角砾岩，构成规模更大的层状火山岩系。如安第斯山的成层火山和美国西部

9、第三纪火山区。,碱性系列：在近代火山弧中数量很少。以K20、Na2O和钾型微量元素（Rb、Ba、Sr、Pb、Cs等）含量高为特征。主要岩石类型为橄榄安粗岩。可分为两组 钠碱组：由碱性橄榄玄武岩（K20Na20比值低于1）、富橄玄武岩、碱性安山岩（橄榄粗安岩）、粗面岩和碱性流纹岩组成 钾碱组：由橄榄安粗岩（富碱安山岩，K20Na20比值接近于1）、安粗岩和含白榴石的岩石组成。,（3）岩浆岩的成份极性及影响因素 从海沟向消减带倾斜方向有如下次序： 拉斑玄武质系列一钙碱性系列一碱性系列； 玄武岩一安山岩一英安岩流纹岩； 拉斑玄武岩（低铝玄武岩）一高铝玄武岩碱性玄武岩（高钾） 侵入岩在空间分布上也具有

10、一定的规律性 由辉长岩一闪长岩一花岗岩 碱性辉长岩、二长岩和霞石正长岩,从海沟向消减带的倾斜方向，岩石地球化学，即元素、元素比值、同位素的丰度有如下的系统变化： Fe（或FeO*）、Mg(或MgO）、Ca（或CaO）、重REE（从Tb一Lu）、Y、KRb、NaK等逐渐减少 K（或K20）、Na2OK20、K20Na20、SiO2、K2OSiO2，Rb、Ba、Cs、P、Pb、U、Th、轻REE（从La一Sm）、ThU、RbSr、LaYb、Sr87Sr86等逐渐增加。,在拉斑玄武质系列中，K20含量很少超过15，K20随SiO2的增加而缓慢增加， REE的分布型式为球粒陨石型（或平的型式，轻REE

11、和重REE含量相当），Sr87Sr86比值低（0702一0704）。 在钙碱性系列中，K20随SiO2的增加而较快增加， REE的分布型式略具富化型（轻REE比重REE集中），Sr87Sr86比值变化范围要宽（高钾组为0704一0710，低钾组为0703一0707） 在碱性系列中，K20随SiO2的增加而急剧增加，REE的分布型式为富化型，Sr87Sr86类似于钙碱性系列的高钾组（0704一0710）,影响因素 火山岛弧中最常见的火山岩是安山岩 1）与板块汇聚速度有关，又与火山弧的演化阶段有关,2）岛弧的成熟度 未成熟岛弧的岩浆岩共生组合较为简单，主要由拉斑玄武质岩石或镁铁质岩石组成。 成熟岛

12、弧和陆缘弧的岩浆岩共生组合较复杂，主体是钙碱性岩体，两侧还有其它岩体，从而构成水平分带现象并具有一定的规律性。,3）与消减带的倾角大小 倾角愈小，空间变化（分带性）愈明显；若倾角近于直立，则无水平分带性，而出现垂直分带性,从下而上为拉斑玄武质系列、钙碱性系列和碱性系列，如所罗门群岛,4）与板块汇集速度和岛弧所处的演化阶段有关 汇聚速度愈大，岛弧愈年青，火山岩系列愈偏基性, 汇聚速度愈小，岛弧愈成熟，火山岩愈偏碱性，K2O、Na2O含量愈大。,5）与岛弧地区地壳厚度有关 地壳厚度25公里时, 钙碱性系列高达80一100，并出现碱性系列K20含量也随地壳厚度增大而增大。,康迪（Condie, K.

13、C.，1973）认为在SiO2为60时，K20含量与地壳厚度 （C）的关系式为： C（km）18.2K2O百分含量-14.3,（6）与母岩浆形成的深度，（即岩浆源在消减带那个部位）及其在上升途中的融熔、混染作用有关。 岛弧拉斑玄武岩浆生成深度小于150公里，钙碱性岩浆生成深度大约在80至200公里，碱质岩浆生成深度大于150或200公里。 当SiO2含量一定时，K2O含量随消减带深度（H）增加而增大，在深度80一300公里范围内，每增加深度100公里，K2O含量约增加1。,7、变质作用 挤压型板块边界区域变质作用十分发育，其主要特征是双（对）变质带,由两个互相平行的高压低温型变质带和高温低压型

14、变质带所组成,高压低温变质带： 即兰闪石变质相，也叫兰闪石片岩或兰片岩。以具有兰闪石、硬玉、硬柱石、黑硬绿泥石等矿物为特征。 通常与混杂堆积、蛇绿岩套相伴生。 位于俯冲带上部或海沟的陆侧，因为这里是两个板块对冲的地方，俯冲带的浅部，故压力大，温度不高。 挤压、剪切构造十分发育，宽度较窄。 据高温高压试验，兰闪石生成的温度为250一400，压力为5一7千巴。（1个大气压等于1013,高温低压型变质带： 以具有红柱石、矽线石、兰晶石等矿物为特征 通常伴随有大量的中一酸性深成侵入岩和喷出岩，相当于岛弧和陆缘火山岩带。 这种变质作用发生于地面下不深、压力不大的地区。 宽度较大，带内断块构造较为发育。,

15、双变质带主要分布于环太平洋地区，已发现有15对，形成时代多数为中新生代，少数为上古生代。双变质带的形成时代向海洋方向变新,8、造山作用 1)机制 板块俯冲一碰撞作用也是一种造山作用。在板块俯冲过程中，由于牵曳作用，使仰冲板块上部物质不断受到压缩。 俯冲板块上面的沉积物，在开始俯冲时，绝大部分被刮下来，致使不同地点、不同时代的沉积物和由仰冲板块上滑落下来的碎块及其由俯冲板块构造侵位上来的洋壳碎块，压缩、堆积在岛弧或大陆边缘，形成混杂堆积和蛇绿岩套,岩浆活动也不断使俯冲板块的一部分物质通过熔融上升到俯冲带之上。压缩、混杂堆积、岩浆活动的结果，使这里的地壳褶皱、断裂、变质、隆起，造成岛弧和山脉。 板

16、块的俯冲作用或岛弧活动实际上就是造山运动。两个大陆板块碰撞可引起山脉进一步扩大和抬升,）大洋岩石圈物质在俯冲过程中的去向： （1） 大部分物质（主要是洋壳第二层以下的物质）折回到地幔软流圈中去，被软流圈所回收。,（2） 由于俯冲时的刮削和挤压逆冲作用，使部分物质（主要是洋壳第一层及部分第二、三层）成为混杂堆积和蛇绿岩套，停积在仰冲板块上面的陆壳的边侧. （ 3） 由于俯冲过程中的温度增高和局部熔, 使部分易熔物质转化为岩浆，上升，形成岛弧地区的火成岩,（4） 还有部分物质转化为闪岩、麻粒岩、榴辉岩，沿俯冲带聚集于岛弧之下的地壳或上地幔的深部。,）造山带型式 （1）科迪勒拉式（安第斯式）：这种造山带发育于既是板块边界又是大陆边缘的地方，包括一侧上的洋壳与另一侧上的陆壳，即一个大洋板块在此边缘向大陆板块之下俯冲、消亡。由此产生的大陆侧向增长是很小的，如科迪勒拉山和安第斯山,（2） 岛弧式：这种造山带发育于岛弧地区，大洋板块在离开大陆一定距离（中间隔着边缘海和岛弧）的地方一岛弧外侧,向岛弧之下俯冲、消亡。 岛弧的形成过程称作太平洋型造山作用。岛弧的发育是大陆增生极有意义的方式，