板块构造与地质作用

1、第二章 板块构造 第一节 地球的内部结构 第二节 大陆漂移与海底扩张 第三节 板块构造的基本原理 第四节 板块活动与地质作用 第五节 板块构造与地槽地台的关系 第四节 板块构造与地质作用 长久以来，人们已经认识到，岩浆活动、变质作用与 所处的大地构造环境息息相关。板块构造理论的建立，随 即将包括岩浆活动、变质作用在内的内生作用纳入统一的 全球构造模式中，岩浆作用和变质作用深受板块构造的控 制。反过来，岩浆作用和变质作用研究可以为板块构造研 究提供重要信息，是大地构造研究的重要内容。 一、岩浆活动的构造信息 二、火山岩岩石系列 三、陆壳的增生与花岗岩的成因 四、洋壳的形成与蛇绿岩套 五、俯冲变质

2、作用 六、洋底变质作用 一、岩浆活动的构造信息 地热增温模型中熔融曲线和地热增 温曲线不相交，说明上地幔是固态。 两种可能可以使固态岩石生成岩浆： 加热和减压。大陆裂谷和大洋中脊是减 压的过程，俯冲带是摩擦增温的过程。 这样岩浆的发生和构造变形就联系起来 了。 岩浆的熔出过程，是鲍温反应系列 的逆过程。分馏作用一旦开始，其成分 总的来说与原来的结晶固体不再相同， 而缺少了易熔组份，一般称为“亏损了 的”。不同地区（构造环境）亏损程度 不同，岩浆的成分也不同。这样根据岩 浆作用生成岩石的化学及稀土元素特征 可以指示大地构造背景。这就是岩浆岩 地球化学研究大地构造环境最根本的理 论依据。 二、火山

3、岩岩石系列 1、概念 火山岩岩石系列指的是：一套有成因联系的岩浆 岩杂岩体，它们在时间和空间上紧密伴生，并反映一 定的大地构造环境。 根据87Sr86Sr初始比值，可以把火山岩分为两大 类：幔源成因的（0.7100）。 然后，按化学特征分如下系列（三种火山岩系列图 片）：拉斑玄武岩系列，钙碱性系列和碱性系列。 2、拉斑玄武岩 本系列代表岩石是拉斑玄武岩，但也含安山岩， 少岩英安岩和流纹岩。SiO2含量大多再863之间， 基本特征是： K2O（1）和TiO2的含量极低； Na2O/K2O比值偏高，可达540； 铷（Rb）、锶（Sr）、钡（Ba）等大离子亲石元素 含量很低。 3、钙碱性系列 包括高

4、铝玄武岩、安山岩、英安岩以及流纹岩， 其中以安山岩最为常见。钙碱性系列的化学成分和矿 物组分处于拉斑玄武岩和碱性玄武岩之间。基本特征 是： K2O、TiO2和大离子亲石元素比拉斑玄武岩系列高； 轻稀土元素有一定的富集； Al2O3的含量很高； 铁的含量不高。 4、碱性岩系列 以高碱为特征，以高碱含量区别于钙碱性岩系列和拉斑 系列。这一系列可分为两组：1、钠碱组，包括碱性橄榄玄 武岩、橄榄粗安岩、粗面岩和碱性流纹岩，本组Na2O/K2O比 值远低于1；2、钾碱组，包括橄榄安粗岩、二长安山岩等， 本组的Na2O/K2O比值接近于1 。碱性系列的基本特征是： 碱的含量高（57，甚至更大）， K2O的

5、含量在24 以上； 大离子亲石元素的含量很高； 具富集型的轻稀土分配形式； 铁的含量与钙碱性系列相近。 6、火山岩系列的鉴别 火山岩系列的鉴定，对识别古岛弧、恢复 古构造环境有重要的意义。 采用岩石化学方法鉴别火山岩系列是，应 收集尽可能多的可靠的分析数据，谨慎地综合 运用各种方法，并与地质方面的其他标志相配 合，方能获得较为理想的效果。 6、火山岩系列的鉴别 （1）利用（Na2O+K2O）对SiO2图解（图）火山岩系列的鉴别 6、火山岩系列的鉴别 （2）判别拉斑玄武岩系列和钙碱性系列时，可采用FeOMgO对 SiO2变异图。 6、火山岩系列的鉴别 （3）使用Cr-Ti坐标图可有效地判别岛弧拉

6、斑玄武岩和中脊 拉斑玄武岩 （4）使用Zi-Ti坐 标图也可以判别 岛弧拉斑玄武岩 和中脊拉斑玄武 岩。 6、火山岩系列的鉴别 6、火山岩系列的鉴别 （5）使用Ti-Zr-Y图解有助于判别各种玄武岩。 6、火山岩系列的鉴别 （6）利用稀土元素的分配形式判别火山岩系列。 三、陆壳的增生与花岗岩的成因 1、陆壳的增生 研究分析表明，岛弧和活动大陆边缘的火山岩与 大陆地壳的平均化学成分有惊人的一致性，这预示着 大陆地壳的生长与安山岩浆的生成有关。人们相信， 通过俯冲带的岩浆活动，中酸性物质不断添加到岛弧 或活动大陆边缘上，从而导致大陆地壳的增生。 2、花岗岩的成因 花岗岩是大陆地壳中分布最广的代表性

7、岩石，因而，花岗岩的 成因问题，是有关陆壳起源的根本问题。 目前，大多数学者相信，花岗岩形成于较大的深度，是地壳物 质深熔作用的产物。这必须解决两方面的问题：热液和能量的来源 问题；花岗岩中富含钾及其它活泼元素的机制问题。这两个问题在 以往的任何一种花岗岩成因假说中，均未获得圆满的解决。目前看 来，正是板块的俯冲带具备了促使花岗岩形成的各种物质和能量条 件。大洋板块好似一条巨大的传送带，它不断潜入岛弧或活动大陆 边缘之下，为俯冲带源源不绝地送来了H2O、K2O等组分。在洋壳 中，钾、钠、二氧化硅以及其它一些亲石元素，随着温度的升高， 逐渐从俯冲板块析离出来，并富集起来。换句话说，沿俯冲带，发

8、生着强烈的脱水、去碱和去硅的作用。在俯冲带强大的压力作用下， 这些饱含碱和二氧化硅的流体升腾至上覆板块处，与岛弧或活动陆 缘的火山沉积层发生作用，形成变质成因的花岗岩。 2、花岗岩的成因 如果俯冲带的上覆板块是大陆板块，大陆地 壳的下部可处与俯冲带的摩擦增热地带中，加上 沿俯冲带上升的岩浆或热流体的作用，陆壳物质 可遭到重熔。其中，由火成物质重熔者称I型花岗 岩类；由沉积物质重熔形成者，称S型花岗岩类。 四、洋壳的形成与蛇绿岩套 1、板块扩张带的岩浆活动与洋壳的形成 大洋地壳形成于中脊轴部。处于稳定拉张状态的中脊轴部， 有着极其活跃的岩浆活动和大规模的裂隙式火山喷溢。这条长达 80000公里的

9、全球性断裂带，是全球最大的火山活动带。在中脊 裂谷中央，存在大量年轻的盾状火山及一些不大的火山口（洋底 黑烟囱图）谷底布满新鲜的枕状熔岩。 中脊岩浆活动的源头位于轴带下的软流圈中。一部分岩浆溢 出洋底，形成枕状熔岩，构成洋壳第二层的上部；另一部分未喷 出地表，呈辉绿岩墙形式；或冷凝成辉长岩。 2、蛇绿岩套 蛇绿岩套是法国的Brongniant提出的，用来描述蛇 纹岩化的镁体质岩石。二十世纪初，Steinman发现蛇绿 岩往往与放射虫硅质岩、远洋粘土等深水沉积物密切 共生，为纪念他，Hess（1955）把蛇纹岩、 镁铁质岩 石和放射虫硅质岩的共生组合，称为斯坦曼三位一体。 板块构造理论认为，陆基

10、下面的洋壳和地幔岩可 以由于变形而被卷入到陆基沉积物中而成为蛇绿岩。 蛇绿岩在大陆内部的出现，应标志着过去已消失的古 大洋。这样，蛇绿岩的识别和追索就成为重建古大陆 的重要线索。蛇绿岩广泛出露于不同时代的造山带中。 2、蛇绿岩套 通常认为，蛇绿岩在层序上（由下至上）包括以下层序： （1）底部的变质超镁铁质杂岩 有纯橄榄岩、斜辉橄榄岩等，往往遭受多期变形和变质， 形成蛇纹石化橄榄岩或蛇纹岩。 （2）堆晶杂岩 下部为堆积的橄榄岩，向上为堆积的辉长岩。 （3）席状岩墙群 多为细粒的辉绿岩，是一系列平行的岩墙，是岩浆沿张 性裂隙先后依次贯入而形成。 （4）枕状熔岩 属海底喷发，以拉斑玄武岩为主。枕状熔

11、岩顶部与深海 沉积物互层，向上则被深海沉积物所覆盖。 五、俯冲变质作用 岩石圈板块活动所伴随的地球动力作用，是 变质作用的一个基本控制因素。在板块生长带和 俯冲带，发生着规模宏大的变质作用。都城秋穗 把大洋中脊的变质作用叫做洋底变质作用，俯冲 带或造山带的变质作用叫做区域变质作用或造山 变质作用。这里主要论述其中的区域变质作用。 （1）俯冲带的变质相 1915年，爱斯科 拉首先提出了变质相 的概念。在一定的压 力温度条件下重结 晶的岩石可归属一定 的变质相。几种主要 的变质相及其所代表 的P-T去碱如图所示。 （1）俯冲带的变质相 固然，我们不可能直接测出俯冲带附近各部位的 压力和温度，但是，

12、根据地表测得的热流值，可以对 俯冲带温度的分布作出合理的推断，压力可根据深度 直接计算。这样对照变质相所示的P-T区，便可以得 出俯冲边界临近地区变质相的分布。 （2）俯冲带的变质相系 1961年，都城秋穗提出了变质相系的概念。一 个变质的地质体所对应的温度和压力范围较宽，从 而不限于一个变质相，它可以用一系列的变质相来 表示，这就是变质相系，各变质相系P-T图解上可以 用不同的曲线（曲线的斜率代表地温梯度）表达出 来，从而可以将变质相系划分为不同的类型。根据 压力及温度条件，可划分出三种变质相系，即高压 型、中压型和低压型三种变质作用类型。 （2）俯冲带的变质相系 高压变质相系 其特征矿物为

13、蓝闪石、硬玉、硬柱石及多硅白云母。由 于蓝闪石分布较广，含蓝闪石的变质岩在变质相上 相当与蓝片岩相，故高压型变质作用也叫蓝片岩相变质作用。 它形成于地温梯度较低的环境（约10CKm）。 低压变质相系 其特征矿物为红柱石，在温度较高时还可以出现硅线石， 常见堇青石、十字石和黑云母。这类变质作用发育 于高地温梯度（大与40CKm ）的环境。 中压变质相系 其特征矿物是蓝晶石和硅线石，前者产生与较低温部位， 后者产生与较高温部位。这类变质作用发育于中等 地温梯度的环境（ 典型为20CKm ）。 （3）双变质带 由于板块的俯冲作用，在海沟和海沟内壁，出现 很低的地温梯度，为发生高压低温变质作用提供了有 利条件。在火山岛弧地区，板块俯冲导致活跃的火山 和岩浆活动，其热流值和地热梯度相当高，为这里出 现高温低压的变质作用创造了合适的环境。事实上， 在日本及太平洋周缘其它一些地区，并列地展布着高 压低温变质带和低压高温变质带，构成了双变质带， 二带时代大致相同，性质迥异。太平洋周缘存在多处 双变质带。 六、洋底变质作用 大洋地壳在中脊轴部形成以后