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1、岩浆岩的共生组合及其形成大地构造环境一、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(Arctic Suite) 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。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。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
2、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) Dikinson(1971) 首次提出了“岩石构造组 合” (Petrotectonic assembleges) 的概念。 Condie(1976) 按照板块构造模式将岩石构造组合的 概念系统化，讨论了其成
3、因，并提出了生成环境可分为板块 边缘和板块内部两大类，多数岩浆都是在板块边缘生成的。 它们可以进一步细分为汇聚边缘，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 (表 1) 。 80 年代以来，把火成岩岩石学与大地构造学密切结 合的研究有了更大的发展，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。小编 QQ ： 1262368896 微信： syyqxs 二、板内岩浆活动 1.1 大陆克拉通区在大陆克拉通地区火成岩并不十分发育。
4、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。至今还未发现过喷发的金
5、伯利岩， 但坦桑尼亚有类似 于金伯利岩的熔岩。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
6、区的高钾岩系很难说和什么构造环境有关 （Kent等， 1992)西澳大利亚的金云白榴岩过去归之为白榴石玄武岩 或金伯利岩一类。东非裂谷西部的高碱岩系是高钾熔岩最集中地区， 岩 石包括暗橄白榴岩、白橄 黄长岩、局部也有碳酸岩熔岩和 凝灰岩。意大利罗曼省和西班牙南部的高钾岩系在构造位置 上属于聚敛板块边缘，位于本尼奥夫带上。在东非裂谷通过肯尼亚穹隆地带， 早中新世开始有大 的中心式喷发，喷发产物有霞石岩、暗霞石岩熔岩、火山碎 屑岩加少量碧玄岩、玄武岩、响岩和粗面岩。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 ）。高原玄武岩与构造的关系看来并不一律 南非卡罗
7、、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。最老的基维诺玄武岩的构造背景至今还无法弄清。 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
8、，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 。 1.2 大 洋板块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
9、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
10、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。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，这里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大洋板内火山岛链往往显示出有规律的演化历史，威夷群岛就是一个实例。在该地区，一个特定火山的最老的岩石均为橄榄拉斑 玄武岩，随
11、后富铁石英拉斑玄武岩的丰度增大，最后是少量 的碱性玄武岩 (及其分异物 )。这种事件顺序用热点模式最容易解释。在热点模式中， 认为那些早期的岩浆活动反映了在地 幔热柱中或其上面的广泛熔融作用。随着火山在热点上的运 动，少量岩浆到达地表，以及浅处，分离结晶作用变得更占 优势，产生较多的石英拉斑玄武岩。随着火山趋近地幔柱的边缘，等温线下降，熔融作用 的深度及程度减小，结果产生小体积的碱性玄武岩。三、离 散型板块边缘岩浆活动 2.1 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，而后运移到大洋各外。大洋中脊以产生拉斑
12、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 mid ocean ridge basalt) 。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) 。洋中脊缺乏安山岩的原因可归结如下： (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。洋脊岩石中 Fe3+/Fe2+ 低的原因可能正在于此即 低水压造成低氧逸度。因此，围绕洋脊产生的岩浆
13、活动是无水的。 Nicholls和Ringwood还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)低笊200.4%)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AI2O3和Cr含量，以及大离子亲石元素(LIL)，女口 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
14、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，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。而辉长岩和橄榄岩则与原始熔体的分离结晶有关。2.2 大陆裂谷系岩浆活动裂谷带(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
15、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 (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。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/(Na+K) 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 ) 。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
