第十四章 岩浆岩的共生组合及其形成大地构造环境01

1、14.1 概述概述二十世纪初期，岩石学家开始注意到不同类型的火成二十世纪初期，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。岩具有显著的地域分布规律。A.A.哈克提出大西洋和太平洋岩域哈克提出大西洋和太平洋岩域(Province)(Province)的概念。的概念。冯冯. .沃尔夫根据大陆玄武岩分布，增加了北极岩套沃尔夫根据大陆玄武岩分布，增加了北极岩套(Arctic Suite)(Arctic Suite)的概念。的概念。19211921年尼格里根据含钾岩流，提出了地中海岩套的概年尼格里根据含钾岩流，提出了地中海岩套的概念。念。然而，这些单纯的地理性区域概念尚未明确地涉及构然而，

2、这些单纯的地理性区域概念尚未明确地涉及构造背景。造背景。第十四章第十四章 岩浆岩的共生组合及其形成大岩浆岩的共生组合及其形成大地构造环境地构造环境 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。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。景的关系引起了地学界的广泛重视。 目前，

3、人们已经识别出地球上有三种主要的岩浆系列目前，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，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。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。分布特点。Ringwood(1969)Ringwood(1969)提出了按板块构造环境分类岩浆的提出了按板

4、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意见，以及岩浆产生与板块构造相互关系的示意图( (图图1)1)。岩浆岩的共生组合岩浆岩的共生组合：是指在时间、空间上共生，成因是指在时间、空间上共生，成因上可能相关的岩石组合上可能相关的岩石组合。共生组合与一定的地质构造。共生组合与一定的地质构造有关。有关。岩浆杂岩岩浆杂岩：一种岩浆岩组合，在一定的地质构造背景一种岩浆岩组合，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一些岩浆岩组合。如的超基性。如的超基性- -基性杂岩。由各种侵入基性杂岩。由各种侵

5、入岩组成的杂岩称侵入杂岩，由喷出岩组成则称喷出杂岩组成的杂岩称侵入杂岩，由喷出岩组成则称喷出杂岩岩. . 岩浆建造岩浆建造：成因上有密切联系的特征相似的几个岩浆成因上有密切联系的特征相似的几个岩浆杂岩的总称。杂岩的总称。从它们的岩浆来源、岩浆性质和演化等从它们的岩浆来源、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中国祁连地槽发展早期的细碧- -角斑岩建造。角斑岩建造。岩浆岩岩套岩浆岩岩套：一个更大的岩石单位：一个更大的岩石单位, ,往往包含几个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岩浆

6、建造，它和地质构造发育的较长的时间单元相联系。联系。岩套中既有侵入岩建造岩套中既有侵入岩建造, ,又有火山岩建造又有火山岩建造, ,它们具有它们具有成因上和时间、空间上的联系。成因上和时间、空间上的联系。岩套常以造山期来划分岩套常以造山期来划分, ,如前造山期、同造山期及如前造山期、同造山期及后造山期等。后造山期等。例如例如, ,蛇绿岩套是大洋拉张时期发育于优地槽蛇绿岩套是大洋拉张时期发育于优地槽, ,属于属于前造山期的产物。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岩浆岩组合，同一岩系的岩浆

7、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。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。常共生在一起。都城秋会根据岩浆岩中都城秋会根据岩浆岩中K2O、Na2O、CaO的相对的相对含量把岩浆岩分为拉斑玄武岩系列、钙碱性系列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。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其中，拉斑玄武岩系列、钙碱性系列即为广义的钙碱

8、性岩石。钙碱性岩石。它们在空间上的分布具有明显的差异。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、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）；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；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。与海丘上。 14.2 14.2 大洋板块大洋板块 14.2.1 14.2.1 大洋岛弧大洋岛弧从板块构

9、造的角度来考察火成岩组合与构造背景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。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。火山岛和洋底火山显示出来。它们有两种基本产状，它们有两种基本产状，火山岛链和孤立火山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。是典型的火山岛链。火山链可能是当大洋岩石圈在地幔柱火山链可能是当大洋岩石圈在地幔柱( (热点热点) )上运上运移时，由地幔柱移时

10、，由地幔柱( (热点热点) )产生的，地幔柱内或地幔柱产生的，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上面产生的岩浆喷发出来形成了海山和岛链( (图图2)2)。上地幔柱上地幔柱( (热点热点) )形成的玄武质原始岩浆，其化学成分主要形成的玄武质原始岩浆，其化学成分主要取决于以下因素：取决于以下因素： a.a.地幔源区的物质组成和矿物组合；地幔源区的物质组成和矿物组合； b.b.源区物质部分熔融的程度和部分熔融的机理；源区物质部分熔融的程度和部分熔融的机理； c.c.岩浆分异的深度。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其形成过程可用双层地幔的简要模式来加以概括

11、( (图图3)3)。 该模式展示一种双层地幔结构。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洋岛玄武岩原始岩浆起源于下层地幔下层地幔，下层地幔由再循环俯冲，下层地幔由再循环俯冲洋壳和近原始地幔混合而成洋壳和近原始地幔混合而成； 上层地幔为上层地幔为亏损的软流圈地幔亏损的软流圈地幔，它是洋中脊拉斑玄武岩原始岩，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

12、岩浆混合作用，最后分熔融，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岩浆喷出形成洋岛( (海山海山) )火山岩，在中脊区则形成洋脊拉斑玄火山岩，在中脊区则形成洋脊拉斑玄武岩。武岩。 不同的是，在不同的是，在中脊区，亏损地幔熔融物占有更为重要的地位中脊区，亏损地幔熔融物占有更为重要的地位。亏损地幔亏损地幔是指曾对地壳的形成作出过贡献，易熔组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。、热产元素等明显亏损，难熔组分则相对富集。大离子亲石元素大离子亲石元素是指

13、离子半径大于常见造岩元素的是指离子半径大于常见造岩元素的亲石元素，典型代表为亲石元素，典型代表为RbRb、SrSr、BaBa、NaNa、U U等。等。 洋岛洋岛( (海山海山) )火山岩主要是拉斑玄武岩岩浆的产物火山岩主要是拉斑玄武岩岩浆的产物，它是由，它是由大量拉斑玄武岩和较少的碱性岩组成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，拉斑玄武岩占夏威夷群岛的火山岩中，拉斑玄武岩占85%85%，其，其它为中性及酸性岩、碱性玄武岩和更少的更为碱性它为中性及酸性岩、碱性玄武岩和更少的更为碱性的基性岩。的基性岩。冰岛的火山岩也属拉斑玄武岩系，但分异产物比冰岛的火山岩也属拉斑玄武岩系，但分异

14、产物比夏威夷的多，还有流纹岩及火山碎屑岩，同时还有夏威夷的多，还有流纹岩及火山碎屑岩，同时还有碱性玄武岩。碱性玄武岩。洋岛玄武岩含洋岛玄武岩含K K2 2O O、TiOTiO2 2、P P2 2O O5 5高，大离子半径的高，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不相容元素包括轻稀土元素在内都比洋中脊玄武岩高高。14.2.2 14.2.2 大洋中脊岩浆活动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，而后运移到大洋各方

15、，洋底不断在中脊处形成，而后运移到大洋各处。处。大洋中脊以产生拉斑玄武岩和缺乏安山岩为特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征，这种拉斑玄武岩，通常称为洋脊拉斑玄武岩(MORB(MORBmid ocean ridge basalt)mid ocean ridge basalt)。板块扩张引起的压力释放将产生岩浆，沿洋中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，说明该区热流却很高，说明该区贫碱的拉斑质玄武岩浆产贫碱的拉斑质玄武岩浆产生于较浅的深度位置上生于较

16、浅的深度位置上( (JokatJokat等，等，1992)1992)。洋脊拉斑玄武岩主要有以下特征：洋脊拉斑玄武岩主要有以下特征：(1)(1)斑晶或为橄榄石或为斜长石，或二者兼而有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。矿物，常含有玻璃质及结晶的矿物雏晶。(2)(2)低钾低钾(K(K2 2O0.4%)O0.4%)高钛高钛(TiO(TiO2 2为为0.7-2.3%)P0.7-2.3%)P2 2O O5 5含量低含量低(0.25%),(FeO + Fe(5%);KO5%);K2 2

17、O/NaO/Na2 2O O高；高；当当SiOSiO2 2约约50%50%时，时， K K2 2O/NaO/Na2 2O O 0.6;0.6;SiOSiO2 2约约55%55%时，时， K K2 2O/NaO/Na2 2O O 1.01.0。在在SiOSiO2 2-K-K2 2O O图上，低图上，低SiOSiO2 2部分有陡的正倾部分有陡的正倾( (当当SiOSiO2 2=45-=45-57%57%时，斜率时，斜率0.5,57%57%时，斜率为时，斜率为0 0或负值或负值) )。富。富集集P P、RbRb、SrSr、BaBa、PbPb和轻稀土和轻稀土( (与与K K的富集吻合的富集吻合) )，

18、低，低TiOTiO2 2(1.3%);Al(0.5)(0.5)。岛弧火山岩以爆发相为特征，火山碎屑物质体积可占岛弧火山岩以爆发相为特征，火山碎屑物质体积可占整个火山岩体积的整个火山岩体积的80%80%以上，而洋中脊和大洋岛则要低以上，而洋中脊和大洋岛则要低得多。另处，由火山岩屑、侵入岩及变质岩屑构成的砂得多。另处，由火山岩屑、侵入岩及变质岩屑构成的砂岩、泥岩经常与火山岩互层，这种互层系是识别岛弧火岩、泥岩经常与火山岩互层，这种互层系是识别岛弧火山岩系重要标志之一山岩系重要标志之一。俯冲带的岩浆岩，自海沟向大陆方向，常常具有明显俯冲带的岩浆岩，自海沟向大陆方向，常常具有明显的水平分带性的水平分带

19、性( (图图9)9)。一般均随与海沟轴距离的增加，。一般均随与海沟轴距离的增加，依次分布为依次分布为拉斑系列、钙碱系列和碱性系列拉斑系列、钙碱系列和碱性系列。这种随着。这种随着与海沟轴的距离和俯冲带深度的增加，火山岩成分有规与海沟轴的距离和俯冲带深度的增加，火山岩成分有规律的变化叫做成分的极性，它可指示俯冲带倾斜的方向律的变化叫做成分的极性，它可指示俯冲带倾斜的方向。当洋壳板块俯冲时，其上层的海洋沉积物常在弧前区当洋壳板块俯冲时，其上层的海洋沉积物常在弧前区形成一个增生楔。形成一个增生楔。通常认为，洋内岛弧环境的玄武质岩浆活动主要与俯通常认为，洋内岛弧环境的玄武质岩浆活动主要与俯冲板片之上的地

20、幔楔形区的部分熔融有关冲板片之上的地幔楔形区的部分熔融有关( (图图11)11)。洋壳沿俯冲带产生自绿片岩相角闪岩相榴辉岩相洋壳沿俯冲带产生自绿片岩相角闪岩相榴辉岩相的递进变质作用。脱水反应向浅部地幔中释放出流体的递进变质作用。脱水反应向浅部地幔中释放出流体; ;在更大的深度上榴辉岩的含水部分熔融产生富水的中在更大的深度上榴辉岩的含水部分熔融产生富水的中性中酸性部分熔融岩浆性中酸性部分熔融岩浆, ,然后它们侵入到地幔楔中。然后它们侵入到地幔楔中。当俯冲洋壳进入当俯冲洋壳进入80(70)80(70)100km100km深处，洋壳中角闪岩深处，洋壳中角闪岩大量脱水转变为石英榴辉岩，水进入地幔楔引起

21、带水的大量脱水转变为石英榴辉岩，水进入地幔楔引起带水的部分熔融，产生含水橄榄拉斑玄武岩浆，它在上升过程部分熔融，产生含水橄榄拉斑玄武岩浆，它在上升过程中分异出橄榄石、铬尖晶石，结果派生出岛弧拉斑系列中分异出橄榄石、铬尖晶石，结果派生出岛弧拉斑系列的的主要岩石类型玄武安山岩主要岩石类型玄武安山岩(SiO(SiO2 2为为53%)53%)。3 3、花岗质杂岩（、花岗质杂岩（granite complexgranite complex）在大陆边缘造山带中的钙碱性岩套内，不仅有火山岩，在大陆边缘造山带中的钙碱性岩套内，不仅有火山岩，还有辉长石英闪长岩还有辉长石英闪长岩- -花岗闪长岩花岗闪长岩- -花岗岩的深成岩系。花岗岩的深成岩系。我国东南沿海一带和北美沿海加利福尼亚地区与澳大利我国东南沿海一带和北美沿海加利福尼亚地区与澳大利亚东南部拉克兰活动带都有广泛发育。亚东南部拉克兰活动带都有广泛发育。 南京大学地质系把我国东南沿海的花岗岩划分为改南京大学地质系把我国东南沿海的花岗岩划分为改造型、同熔型和幔源型造型、同熔型和幔源型(1973，1979)三类三类。 改造型改造型是指地糟沉积物质经花岗岩化改造而成的；是指地糟沉积物质经花岗岩化改造而成的；锶同位素初始值大于