岩石形成构造环境地球化学判别如何有效应用-张本仁

1、第二章第二章 岩石形成构造环境岩石形成构造环境地球化学判别如何有效应用地球化学判别如何有效应用张本仁张本仁（中国地质大学地球科学学院）（中国地质大学地球科学学院）20062006年年1111月月一、引言一、引言1 1 研究简况研究简况 上世纪上世纪6060年代中板块构造学说兴起，使地质学家视野年代中板块构造学说兴起，使地质学家视野首次扩大到全球，大大促进了地学及其下属各们学科，首次扩大到全球，大大促进了地学及其下属各们学科，包括地球化学的迅猛发展。包括地球化学的迅猛发展。 上世纪上世纪60706070年代，集中研究近代各类板块构造环境年代，集中研究近代各类板块构造环境中岩石的地球化学特征及形成

2、机制，进而探索构造环中岩石的地球化学特征及形成机制，进而探索构造环境地球化学判别的标志、方法和图解，工作集中于洋境地球化学判别的标志、方法和图解，工作集中于洋域及其周边。域及其周边。 7070年代中以来，研究逐步向大陆区域和造山带发展。年代中以来，研究逐步向大陆区域和造山带发展。通过蛇绿岩、火山岩、花岗岩、沉积岩和变质岩等形通过蛇绿岩、火山岩、花岗岩、沉积岩和变质岩等形成构造环境的地球化学判别，进而探索构造性质、格成构造环境的地球化学判别，进而探索构造性质、格局和演化。这已经成为现今地球化学研究区域和造山局和演化。这已经成为现今地球化学研究区域和造山带构造的常规内容带构造的常规内容2.2.研究

3、和运用中存在的问题研究和运用中存在的问题 虽然这种构造地球化学研究已作出许多重要成果与虽然这种构造地球化学研究已作出许多重要成果与贡献，但由于大陆发展的长期和复杂性，这种研究途贡献，但由于大陆发展的长期和复杂性，这种研究途径的本身和应用上尚有待改进和完善之处，具体为有：径的本身和应用上尚有待改进和完善之处，具体为有： 数据精确度不高；数据精确度不高； 选择判别标志和图解带有盲目性：选择判别标志和图解带有盲目性： 岩石地球化学判别标志本身存在多解性，例如，具有岩石地球化学判别标志本身存在多解性，例如，具有洋脊玄武岩（洋脊玄武岩（MORBMORB）化学特征的玄武岩可以产出于洋）化学特征的玄武岩可以

4、产出于洋脊、弧后盆地及边缘海盆等环境；脊、弧后盆地及边缘海盆等环境； 岩石变质或蚀变的影响等。岩石变质或蚀变的影响等。 这些问题常常导致误判。如何改进，以下几这些问题常常导致误判。如何改进，以下几点值得注意。点值得注意。二、改善应用的建议二、改善应用的建议（一）正确理解构造环境与岩石地球化学特征内在联系（一）正确理解构造环境与岩石地球化学特征内在联系是，是，克服盲目性、是提高岩石构造环境地球化学判别克服盲目性、是提高岩石构造环境地球化学判别效果的首要因素。效果的首要因素。按地质运动中各种基础运动形式的按地质运动中各种基础运动形式的相互依存、相互制约和相互转化的地学哲学观，相互依存、相互制约和相

5、互转化的地学哲学观，对各对各类岩石形成过程来说，构造类岩石形成过程来说，构造( (环境环境) )起着沟通物源、约起着沟通物源、约束过程发生场所和运移途径，以及制约热动力学条件束过程发生场所和运移途径，以及制约热动力学条件的作用。的作用。具体说明如下：具体说明如下：1.不同构造切割壳幔的深度和部位不同不同构造切割壳幔的深度和部位不同 洋脊可沟通地幔的软流圈（亏损地幔源）；洋脊可沟通地幔的软流圈（亏损地幔源）； B B型俯冲可导致俯冲洋壳与地幔的相互作用，即导致壳型俯冲可导致俯冲洋壳与地幔的相互作用，即导致壳 幔幔壳物质的再循环，使某些不相容元素再次富集；壳物质的再循环，使某些不相容元素再次富集；

6、1 1 构造环境与岩石地球化学特征内在联系（续）构造环境与岩石地球化学特征内在联系（续） A A型俯冲可引起仰冲盘陆壳与俯冲盘地壳基底和地幔的型俯冲可引起仰冲盘陆壳与俯冲盘地壳基底和地幔的相互作用、物质交换，等等。相互作用、物质交换，等等。 由于地球各层圈及层圈内不同部分均为化学成分差异由于地球各层圈及层圈内不同部分均为化学成分差异的物质库，所以特定构造和构造环境就沟通着不同物的物质库，所以特定构造和构造环境就沟通着不同物质库（源区）及其组合，使岩石一定程度上继承源区质库（源区）及其组合，使岩石一定程度上继承源区的化学特征的化学特征。 2.2.不同构造限定着岩石形成过程活动场所与运移途径不同构

7、造限定着岩石形成过程活动场所与运移途径的不同，的不同，例如，洋脊构造限定了玄武岩浆沿扩张脊活例如，洋脊构造限定了玄武岩浆沿扩张脊活动，形成的岩石只同海水作用，成分常受海水蚀变的动，形成的岩石只同海水作用，成分常受海水蚀变的影响；影响；B B型俯冲限定岩浆在岛弧区自下而上运移，穿过型俯冲限定岩浆在岛弧区自下而上运移，穿过大洋岩石圈（洋内岛弧）或大陆岩石圈（大陆岛弧），大洋岩石圈（洋内岛弧）或大陆岩石圈（大陆岛弧），因而岩石会受洋或陆壳物质影响而表现出成分差异因而岩石会受洋或陆壳物质影响而表现出成分差异。3.3.不同构造环境显示出不同的热动力学和物理化不同构造环境显示出不同的热动力学和物理化学条件

8、，影响着各类成岩过程的机制和特征学条件，影响着各类成岩过程的机制和特征 例如，洋脊环境受制于地幔高热流，使热通过玄武岩例如，洋脊环境受制于地幔高热流，使热通过玄武岩浆向外逸散，只发生岩浆快速结晶或固结，一般不引浆向外逸散，只发生岩浆快速结晶或固结，一般不引起较大的成分分异。起较大的成分分异。板内裂谷构造同样是地幔软流圈板内裂谷构造同样是地幔软流圈上隆或地幔热柱作用引起岩石圈裂解的结果，幔源岩上隆或地幔热柱作用引起岩石圈裂解的结果，幔源岩浆可以通过结晶分异突变、岩浆不混熔分层等方式形浆可以通过结晶分异突变、岩浆不混熔分层等方式形成双模式岩套（机制未完全搞清），也可由于幔源岩成双模式岩套（机制未完

9、全搞清），也可由于幔源岩浆热的烘烤使下地壳部分熔融形成不同源的双模式岩浆热的烘烤使下地壳部分熔融形成不同源的双模式岩套套，但不引起岩浆中高场强元素（但不引起岩浆中高场强元素（HFSEHFSE）相对于大离）相对于大离子亲石元素（子亲石元素（LILELILE）的分异或亏损。）的分异或亏损。又如，又如，B B型俯冲带中为地幔对流下降处，随俯冲型俯冲带中为地幔对流下降处，随俯冲洋壳下插温度升高和脱水变质，形成富水条件下洋壳下插温度升高和脱水变质，形成富水条件下的部分熔融，必然降低钛酸盐类、金红石、锆石的部分熔融，必然降低钛酸盐类、金红石、锆石等富含高场强元素等富含高场强元素（NbNb、TaTa、ZrZ

10、r、HfHf、TiTi、P P）矿物）矿物熔融和溶解度，使熔融和溶解度，使HFSEsHFSEs更多地留在源区的残余固相更多地留在源区的残余固相中，而大离子亲石元素中，而大离子亲石元素（LILE:KLILE:K、RbRb、BaBa、ThTh、U U、REEREE）（）（多含于一般造岩矿物中，且具有不相容性多含于一般造岩矿物中，且具有不相容性）则倾向富集于形成的岩浆和溶液中，则倾向富集于形成的岩浆和溶液中，因此俯冲消因此俯冲消减带中的火山岩和侵入岩均显示减带中的火山岩和侵入岩均显示HFSE相对于相对于LILE亏损的特征。这种特征被称之为消减带组亏损的特征。这种特征被称之为消减带组分分SZCSZC。

11、总之，上述有关构造性质和构造环境对岩总之，上述有关构造性质和构造环境对岩石地球化学特征约束实质的阐明，虽然只石地球化学特征约束实质的阐明，虽然只是结合岩浆作用讨论的，是结合岩浆作用讨论的，但也适用于沉积但也适用于沉积作用。只是对沉积作用而言，物源应是受作用。只是对沉积作用而言，物源应是受构造环境制约的剥蚀区的物质成分，构造构造环境制约的剥蚀区的物质成分，构造限定的成岩条件则更多是风化剥蚀速率及限定的成岩条件则更多是风化剥蚀速率及水动力学条件。水动力学条件。变质作用物源则是卷入构变质作用物源则是卷入构造运动的岩浆岩或沉积岩，而构造运动则造运动的岩浆岩或沉积岩，而构造运动则限定着热动力学条件。限定

12、着热动力学条件。（二）选择有效判别（二）选择有效判别标志和方法的原则标志和方法的原则1.1.由物源看，由物源看，地壳和地幔的各个结构层均地壳和地幔的各个结构层均可视为化学上不同的物质库，在它们之间可视为化学上不同的物质库，在它们之间元素组成差别最明显的应是强和较强不相元素组成差别最明显的应是强和较强不相容元素，即容元素，即LILE(RbLILE(Rb、ThTh、K K、BaBa、LREELREE等）等）与与HFSE(TiHFSE(Ti、TaTa、NbNb、ZrZr、HfHf、Y Y等），以等），以及强相容元素（及强相容元素（CrCr、NiNi、Co), Co), 它们在岩浆它们在岩浆与残留固相

13、岩石之间具有最强和较强分异与残留固相岩石之间具有最强和较强分异能力，应具有更好的判别意义。能力，应具有更好的判别意义。2.2.由物理化学条件能引起的差异强度看，由物理化学条件能引起的差异强度看，必须重视必须重视 LILELILE与与HFSEHFSE的相对关系。因的相对关系。因LILELILE一般为造岩矿物的组成，这些矿物的稳定一般为造岩矿物的组成，这些矿物的稳定性较小（易熔和易溶），而性较小（易熔和易溶），而HFSEHFSE则主要受则主要受稳定性较大的副矿物（稳定性较大的副矿物（TiTi、NbNb、TaTa复杂氧复杂氧化物化物, , 锆石等）的控制，锆石等）的控制，所以这两类元素所以这两类元素

14、的相对关系能较灵敏地反映物理化学条件的相对关系能较灵敏地反映物理化学条件不同的构造环境。不同的构造环境。3.3.从岩石中元素含量差别程度看从岩石中元素含量差别程度看，微量元，微量元素应优于主量元素。例如，洋脊玄武岩素应优于主量元素。例如，洋脊玄武岩（MORBMORB）与大洋裂谷玄武岩（洋岛玄武岩）与大洋裂谷玄武岩（洋岛玄武岩OIBOIB）和大陆裂谷玄武岩）和大陆裂谷玄武岩(CRB)(CRB)相比，微量相比，微量元素含量有些可相差元素含量有些可相差1212数量级，而主量数量级，而主量元素含量相差甚微。元素含量相差甚微。所以微量元素标志能所以微量元素标志能有更显著的判别效应。有更显著的判别效应。4

15、.4.从元素在岩石变质过程中的稳定性看，从元素在岩石变质过程中的稳定性看，REEREE、HFSEHFSE及及CrCr、NiNi、CoCo也较为惰性，适合也较为惰性，适合于在大陆岩石多受变质的条件下应用；于在大陆岩石多受变质的条件下应用；K K、RbRb、CsCs、U U、SrSr、BaBa和和PbPb等较活动，只能在等较活动，只能在岩石未变质或变质轻微情况下应用岩石未变质或变质轻微情况下应用, , 特别特别须注意避免遭受流体交代的蚀变岩石样品须注意避免遭受流体交代的蚀变岩石样品。5 5 注意区域性地幔不均一性的影响注意区域性地幔不均一性的影响 例如，印度洋区和太平洋区地幔在地球化学例如，印度洋

16、区和太平洋区地幔在地球化学上的长期差异，造成两洋区的上的长期差异，造成两洋区的MORBMORB型玄武岩在型玄武岩在同位素和微量元素组成上的不同同位素和微量元素组成上的不同( (下图）。下图）。在在给定的给定的206206Pb/ Pb/ 204204PbPb的情况下，印度洋区（前身的情况下，印度洋区（前身为特提斯洋区）蛇绿岩中为特提斯洋区）蛇绿岩中MORBsMORBs的的207207Pb/ Pb/ 204204PbPb一般高于太平洋域蛇绿岩中的一般高于太平洋域蛇绿岩中的MORBsMORBs。依据这依据这点可以鉴别古特提斯构造域（点可以鉴别古特提斯构造域（HamelinHamelin等，等，198

17、41984）。据此推测两洋区）。据此推测两洋区MORBsMORBs的微量元素组的微量元素组成也应是有区别的。成也应是有区别的。Figure 5 (a) 207Pb/204Pb versus 206Pb/204Pb for MORB from three major ocean basins and marine sediments.(b) 208Pb/204Pb versus 206Pb/204Pb for MORB from three major ocean basins. Sediments are not plotted because of strong overlap with t

18、he basalt data. For data sources see Figure 4.6.6.多元素综合判别比少数元素构成的判别图解更有效，多元素综合判别比少数元素构成的判别图解更有效，例如，近年发展起来的各种蛛网图例如，近年发展起来的各种蛛网图(spidergram), (spidergram), 即以即以LILELILE、HFSEHFSE等不相容元素为基础，按不相容性减弱趋势等不相容元素为基础，按不相容性减弱趋势排序，以球粒陨石、排序，以球粒陨石、N-MORBN-MORB、ORGORG、原始地幔等标准化，、原始地幔等标准化，编制元素组成模式图，其判别效果就优于少数元素的二编制元素组成

19、模式图，其判别效果就优于少数元素的二元和三元图解。元和三元图解。将世界已知构造环境中岩石数据与待判将世界已知构造环境中岩石数据与待判岩石数据放在一起进行多元判别分析与多元对应分析，岩石数据放在一起进行多元判别分析与多元对应分析，也是值得推荐的方法。也是值得推荐的方法。 数据和编制图解必须注意：（数据和编制图解必须注意：（1 1）数据的测试方法与精）数据的测试方法与精度；（度；（2 2）元素比值参数中的分子和分母元素数据必须是）元素比值参数中的分子和分母元素数据必须是由同种分析方法测定，以避免不同方法造成的误差；（由同种分析方法测定，以避免不同方法造成的误差；（3 3）根据蛛网图确定根据蛛网图确

20、定HFSEHFSE是否具有异常，必须注意两侧应是是否具有异常，必须注意两侧应是稳定的稳定的LILELILE（REE),REE),而不应是而不应是K K、RbRb、BaBa、U U等易活动元素，等易活动元素，并须将元素严格按不相容性减弱的顺序排列，纵坐标采并须将元素严格按不相容性减弱的顺序排列，纵坐标采用适当比例。用适当比例。1 与蛇碌岩有关的玄武岩（与蛇碌岩有关的玄武岩（MORB类型）类型）图图1 勉略蛇绿混杂岩带玄武岩球粒陨石和勉略蛇绿混杂岩带玄武岩球粒陨石和N-MORB标准化微量元素标准化微量元素组成模式组成模式 图96 松树沟蛇绿岩和丹凤群的变拉斑玄武岩主量元素对应分析载荷平面点聚图l-

21、6丹凤群岩石；7-10大洋中脊玄武岩；1l-17岛弧安山玄武岩；18-19大陆玄武岩；20-29松树沟岩石7 7 这里所讨论的构造环境是自大约这里所讨论的构造环境是自大约1.8 Ga1.8 Ga以来板块构造体制下的，不应直接搬用于以来板块构造体制下的，不应直接搬用于地球出现板块构造体制之前，尤其太古宙地球出现板块构造体制之前，尤其太古宙构造。构造。例如，一些太古宙的岩石也显示例如，一些太古宙的岩石也显示SZCSZC的化学特征，但不应说它们就与洋壳俯冲的化学特征，但不应说它们就与洋壳俯冲消减有关，就是产于岛弧环境，因为那时消减有关，就是产于岛弧环境，因为那时如果发生下地壳拆沉也可能造成类似如果发

22、生下地壳拆沉也可能造成类似SZCSZC的的特征。特征。8.8.各类岩石形成机制、条件等的复杂程度各类岩石形成机制、条件等的复杂程度不同，用于板块构造环境判别的研究深度不同，用于板块构造环境判别的研究深度也有差异。也有差异。一般火山岩，尤其玄武岩研究一般火山岩，尤其玄武岩研究最多，应用最广；其次为花岗岩类，研究最多，应用最广；其次为花岗岩类，研究较多，应用也较广；而沉积岩则相对研究较多，应用也较广；而沉积岩则相对研究得弱些，但也有一定的应用。应分别了解得弱些，但也有一定的应用。应分别了解它们在各种构造环境中的地球化学特征和它们在各种构造环境中的地球化学特征和鉴别标志，以便较好地应用。鉴别标志，以

23、便较好地应用。9 9随研究的深入，某些构造环境鉴别已不随研究的深入，某些构造环境鉴别已不能满足于大类确定，还需区分细的类型。能满足于大类确定，还需区分细的类型。例如，岛弧环境需进一步鉴别出洋内岛弧、例如，岛弧环境需进一步鉴别出洋内岛弧、大陆岛弧和陆缘弧；在洋脊玄武岩中需区大陆岛弧和陆缘弧；在洋脊玄武岩中需区分正常型洋脊玄武岩分正常型洋脊玄武岩(N-MORB)(N-MORB)、过渡型洋、过渡型洋脊玄武岩脊玄武岩(T-MORB)(T-MORB)和异常型洋脊玄武岩和异常型洋脊玄武岩(E-(E-MORB)MORB)；板内构造环境需要区分大洋裂谷与；板内构造环境需要区分大洋裂谷与大陆裂谷，等等。详细区分

24、的原理与标志大陆裂谷，等等。详细区分的原理与标志说明如下。说明如下。（1 1）洋内岛弧（如阿留申）、大陆岛弧（如巽）洋内岛弧（如阿留申）、大陆岛弧（如巽他）和陆缘弧（安第斯型）的地球化学区别。他）和陆缘弧（安第斯型）的地球化学区别。根根据：按上列顺序，岛弧玄武岩的地幔源区中陆源据：按上列顺序，岛弧玄武岩的地幔源区中陆源沉积物的影响依次增强（洋壳俯冲带入）。标志沉积物的影响依次增强（洋壳俯冲带入）。标志为：虽共同具有亏损为：虽共同具有亏损HFSEHFSE的特征，但洋内岛弧基的特征，但洋内岛弧基本无大陆物质影响，大陆岛弧至陆缘弧大陆物质本无大陆物质影响，大陆岛弧至陆缘弧大陆物质影响逐渐增大。具体表

25、现：影响逐渐增大。具体表现：相对洋内岛弧，不相相对洋内岛弧，不相容元素（含容元素（含REEREE）增富，）增富，(La/Yb)(La/Yb)N N增大，增大，La/NbLa/Nb、Ba/NbBa/Nb、Th/NbTh/Nb等增高。等增高。（2 2）N-N-型、型、T-T-型和型和E-E-型型MORBMORB的地球化学区的地球化学区别。别。三种三种MORBMORB均产于洋脊，在大陆上均与均产于洋脊，在大陆上均与蛇绿岩有关。蛇绿岩有关。NMORBNMORB来源于亏损地幔来源于亏损地幔（DMDM），）， E-MORBE-MORB岩浆源自地幔深部地幔柱岩浆源自地幔深部地幔柱源区，而源区，而T-MORB

26、T-MORB为上述两种地幔源岩浆的为上述两种地幔源岩浆的混合产物。混合产物。相对于相对于DM,DM,地幔柱源岩浆明显富地幔柱源岩浆明显富集不相容元素（含集不相容元素（含REEREE）, (La/Yb), (La/Yb)N N (6.6 13.6), TiTa; Th/Yb(6.6 13.6), TiTa; Th/Yb、Ta/YbTa/Yb、Ba/NbBa/Nb、Ba/ThBa/Th、Ba/LaBa/La等偏高，等偏高，Zr/NbZr/Nb偏低。偏低。（3 3）大洋裂谷）大洋裂谷OIBOIB和大陆裂谷和大陆裂谷CRBCRB的区分。的区分。两种裂谷环境中产出的玄武岩均多为地幔两种裂谷环境中产出的玄

27、武岩均多为地幔柱源岩浆形成，一致显示上述地幔柱源岩柱源岩浆形成，一致显示上述地幔柱源岩浆的地球化学特征，并且常与长英质岩石浆的地球化学特征，并且常与长英质岩石组成碱性双峰岩套，一般不易区别，只是组成碱性双峰岩套，一般不易区别，只是OIBOIB有时更富集有时更富集Nb-Ta(Nb-Ta(在蛛网图中显示正异在蛛网图中显示正异常常) )，CRBCRB常显示陆壳污染特征。区分时，常显示陆壳污染特征。区分时，应注意反映洋和陆的其他标志，如共生沉应注意反映洋和陆的其他标志，如共生沉积岩海相和陆相的特征、有无蛇绿岩相伴积岩海相和陆相的特征、有无蛇绿岩相伴等。等。（三）各类板块构造环境中岩浆岩的化学（三）各类

28、板块构造环境中岩浆岩的化学特征及其应用的实例特征及其应用的实例 下面将以不同构造环境中产出的玄武岩下面将以不同构造环境中产出的玄武岩类（含长英质火山岩）花岗岩类的地球类（含长英质火山岩）花岗岩类的地球化学特征、鉴别标志及其用于判别的情化学特征、鉴别标志及其用于判别的情况，以图表方式说明之，以期能够加深况，以图表方式说明之，以期能够加深对上述原理和原则的理解，改善在研究对上述原理和原则的理解，改善在研究中的应用。中的应用。 I 玄武岩类构造环境地球化学判别玄武岩类构造环境地球化学判别1 与蛇碌岩有关的玄武岩（与蛇碌岩有关的玄武岩（MORB类型）类型）图图1 勉略蛇绿混杂岩带玄武岩球粒陨石和勉略蛇

29、绿混杂岩带玄武岩球粒陨石和N-MORB标准化微量元素标准化微量元素组成模式组成模式图图3 大洋中脊玄武岩大洋中脊玄武岩 N-MORB标准化不相容元素组成模式（引自标准化不相容元素组成模式（引自Condie,1989)图图4 松树沟变拉斑玄武岩松树沟变拉斑玄武岩Nb/Th-Nb(a)和和NbN-ThN-LaN(b)图解图解(据据Jochum et al., 1991)(引自周鼎武等引自周鼎武等, 1995a)MORB: 大洋中脊玄武岩大洋中脊玄武岩(注注: N- MORB), OIB: 洋岛玄武岩洋岛玄武岩, PM: 原始原始地幔地幔, CC: 大陆地幔大陆地幔. 倒三角为第一组岩石倒三角为第一

30、组岩石; 正三角为第二组岩石正三角为第二组岩石; 空空心方块为第三组岩石心方块为第三组岩石. 图图5 松树沟变拉斑玄武岩松树沟变拉斑玄武岩Th/Yb-Ta/Yb(a)和和Ta-Th-Hf(b)图解图解(引自周鼎武等引自周鼎武等, 1995a)a: MORB(注注N-MORB)、OIB、SHO、CAB、IAT和和DM分别为正常分别为正常洋脊玄武岩、洋岛玄武岩、钾玄岩、钙碱性玄武岩、岛弧拉斑玄武岩洋脊玄武岩、洋岛玄武岩、钾玄岩、钙碱性玄武岩、岛弧拉斑玄武岩和亏损地幔和亏损地幔(数据根据数据根据Pearce, 1983); b:N-MORB-正常型洋脊玄武岩正常型洋脊玄武岩, E-MORB-异常型洋

31、脊玄武岩异常型洋脊玄武岩, WPB-板内玄武岩板内玄武岩(数据根据数据根据Wood, 1980). 图例同图图例同图3.图图6 板内玄武岩板内玄武岩N-MORB标准化不相容元素组成模式标准化不相容元素组成模式CRB-大陆裂谷玄武岩；OIB-洋岛玄武岩。（引自引自Condie,1989)。2 板内玄武岩类板内玄武岩类3. 与俯冲消减带有关的火山岩与俯冲消减带有关的火山岩（1）岛弧构造环境）岛弧构造环境 产出部位：板块会聚带产出部位：板块会聚带, 随部位不同分洋内岛随部位不同分洋内岛弧、大陆岛弧和陆缘弧。弧、大陆岛弧和陆缘弧。 物质来源：洋内岛弧包括俯冲洋壳、远洋沉积物质来源：洋内岛弧包括俯冲洋壳

32、、远洋沉积物和大洋岩石圈地幔；大陆岛弧包括俯冲洋壳、物和大洋岩石圈地幔；大陆岛弧包括俯冲洋壳、陆源沉积物与洋或陆岩石圈地幔；陆缘弧包括俯陆源沉积物与洋或陆岩石圈地幔；陆缘弧包括俯冲洋壳、陆源沉积物与大陆岩石圈地幔。冲洋壳、陆源沉积物与大陆岩石圈地幔。 共同特征：亏损（相对于共同特征：亏损（相对于LILE) Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、P等高场强元素。等高场强元素。 图图2 各类玄武岩各类玄武岩N-MORB标准化微量元素组成模式标准化微量元素组成模式N-MORB-正常洋脊玄武岩；正常洋脊玄武岩； IAB-岛弧拉斑玄武岩；岛弧拉斑玄武岩； CABI-岛弧钙碱性玄岛弧钙碱性玄武岩；武岩； CABM

33、-陆缘弧钙碱性玄武岩；陆缘弧钙碱性玄武岩；WPB-板内玄武岩。据板内玄武岩。据BVTP(1981)数数据。据。图图7 丹凤群变玄武岩的丹凤群变玄武岩的Th/Yb-Ta/Yb图解（图解（Pearce,1983) (引自张旗等，引自张旗等，1995）DM: 亏损地幔；亏损地幔；MORB：洋脊玄武岩（：洋脊玄武岩（N型）；型）；OIB：洋岛玄武岩；：洋岛玄武岩； TH：拉斑玄武岩；：拉斑玄武岩； CAB：钙碱性玄武岩；：钙碱性玄武岩；SHO：钾玄岩。空圈为：钾玄岩。空圈为三十里铺玄武岩；黑圆点为郭家沟玄武岩；三十里铺玄武岩；黑圆点为郭家沟玄武岩；：LREE亏损型玄武亏损型玄武岩岩.图图8 丹凤群玄武

34、丹凤群玄武岩岩Nd-Nb/Th、Nd-La/Nb和和Nd-Ba/Nb图解图解(据李曙光, 1994)基础数据引自张旗等(1995).图图9 垃圾庙苏长垃圾庙苏长-辉长岩辉长岩Nd-Nb/Th、Nd-La/Nb和和Nd-Ba/Nb图解图解(引自李曙光, 1997)(2)弧后盆地构造环境弧后盆地构造环境 产出部位：岛弧后近大陆一侧，拉张环境。产出部位：岛弧后近大陆一侧，拉张环境。物质来源：复杂，早阶段有俯冲消减物质，物质来源：复杂，早阶段有俯冲消减物质， 甚至地幔柱物质加入，晚期主要来自亏损甚至地幔柱物质加入，晚期主要来自亏损地幔。地幔。 玄武岩的化学特征玄武岩的化学特征：早期的类似岛弧玄武早期的

35、类似岛弧玄武岩，晚期的与岩，晚期的与N-MORB相同。相同。 图图10 二郎坪群变玄武岩二郎坪群变玄武岩Zr-Ti-Sr图解图解(据据Pearce & Cann., 1973)和和Zr/Y-Zr图解图解(据据Pearce, 1982)(引自邱家骧和张珠福, 1994)MORB：洋脊玄武岩；：洋脊玄武岩；LKT：岛弧低钾玄武岩；：岛弧低钾玄武岩；CAB：岛弧钙碱：岛弧钙碱性玄武岩；性玄武岩；WPB：板内玄武岩；：板内玄武岩；16：样品所属的地层组。：样品所属的地层组。II、花岗岩类、花岗岩类1 花岗岩类型与构造环境花岗岩类型与构造环境 （1） M型花岗岩型花岗岩：岩石为斜长花岗岩，一般产

36、于弧后盆岩石为斜长花岗岩，一般产于弧后盆地或不成熟的洋内岛弧，为幔源玄武岩浆分异结晶产物，常地或不成熟的洋内岛弧，为幔源玄武岩浆分异结晶产物，常与蛇绿岩共生；与蛇绿岩共生；Al2O3/(Na2O+K2O+CaO)介于介于 1.1O+CaO) 1.1， 1818O 10O 10；主要为变沉积岩部分熔融产物，产出于碰撞造山带中同构造到后构造期。主要为变沉积岩部分熔融产物，产出于碰撞造山带中同构造到后构造期。（5 5）近年又提出埃达克岩（）近年又提出埃达克岩（adakiteadakite）型花岗岩，其化学特征为：高）型花岗岩，其化学特征为：高ALAL2 2O O3 3(15%)(15%)、Mg#(M

37、g/Mg+FeMg#(Mg/Mg+Fe原子比值原子比值 40)40)、SrSr和高和高Sr/YSr/Y比值（比值（ 20 20 40)40)；富集；富集LREE,LREE,贫于贫于HREE(Yb 1-1.5 X 10HREE(Yb 1-1.5 X 10-6-6) ) 和和Y Y（15-18 X 1015-18 X 10-6-6) )，La/Yb 20.La/Yb 20.在原始地幔标准化不相容元素组成模式图上显示在原始地幔标准化不相容元素组成模式图上显示Nb-TaNb-Ta的负的负异常和异常和SrSr的正异常。一般认为此类花岗岩的形成与洋壳俯冲消减有关，的正异常。一般认为此类花岗岩的形成与洋壳俯

38、冲消减有关，由洋壳部分熔融形成岩浆与岩石圈地幔楔橄榄岩相互作用的结果，因此由洋壳部分熔融形成岩浆与岩石圈地幔楔橄榄岩相互作用的结果，因此将此类岩石作为俯冲消减带或岛弧构造环境的典型标志（图）。将此类岩石作为俯冲消减带或岛弧构造环境的典型标志（图）。La Ce Pr NdSmEuGdTb DyHo ErTmYbLu1101001000Sample/ChondriteGS-1GS-2GS-3GS-4La Ce Pr NdSmEuGdTb DyHo ErTmYbLu1101001000Sample/ChondriteYGD-1YGD-2YGD-3La Ce Pr NdSmEuGdTb DyHo Er

39、TmYbLu1101001000Sample/ChondriteCCP-1CCP-2CCP-3CCP-4(a)(b)(c)RbBaThUKNbTaLaCePrSrPNdSmZrHfEuTiYYb110100100010000Sample/Premative mantleYGD-1YGD-2YGD-3RbBaThUKNbTaLaCePrSrPNdSmZrHfEuTiYYb0.1110100100010000Sample/Premative mantleGS-1GS-2GS-3GS-4RbBaThUKNbTaLaCePrSrPNdSmZrHfEuTiYYb0.1110100100010000Sam

40、ple/Premative mantleCCP-1CCP-2CCP-3CCP-4(a)(b)(c)0510152025YbN050100150(La/Yb) NCCP graniteGS graniteEclogite25% garnet amphibolite10% garnet amphiboliteAmphiboliteMORBAdakite or High Al TTDLower-Al TTD01020304050Y (ppm)050100150200Sr/YCCP graniteGS graniteAdakiteArc magmatic rocks2.2.花岗岩类构造环境的地球化学判

41、别花岗岩类构造环境的地球化学判别 由于同一类型花岗岩类。如，由于同一类型花岗岩类。如，I I和和S S型花岗岩型花岗岩类均可产出于多种构造环境，必需进一步鉴别类均可产出于多种构造环境，必需进一步鉴别它们形成的具体环境，下列地球化学判别标志它们形成的具体环境，下列地球化学判别标志与方法是比较有效的：与方法是比较有效的：（1）花岗岩类洋脊花岗岩（花岗岩类洋脊花岗岩（M M型花岗岩型花岗岩) )标准化不相容元标准化不相容元素组成模式（素组成模式（Pearce et al., 1984)Pearce et al., 1984)基本可以区分与基本可以区分与洋壳俯冲消减有关及与碰撞造山有关的两类花岗岩。洋

42、壳俯冲消减有关及与碰撞造山有关的两类花岗岩。 （2）LILE vs HFSELILE vs HFSE图解，例如，图解，例如， Rb vs Y+NbRb vs Y+Nb和和 Rb vs Rb vs Yb+TaYb+Ta图解可区别火山弧型与同碰撞型或板内型花岗图解可区别火山弧型与同碰撞型或板内型花岗岩。岩。：图图11 北秦岭早古生代花岗岩类洋脊花岗岩标准化元素组成模式北秦岭早古生代花岗岩类洋脊花岗岩标准化元素组成模式 (据据Pearce, et al., 1984)智利和牙买加花岗岩均产于岛弧构造环境智利和牙买加花岗岩均产于岛弧构造环境图图12 南秦岭印支期碰撞型花岗岩类洋脊花岗岩标准化元素组成模

43、式南秦岭印支期碰撞型花岗岩类洋脊花岗岩标准化元素组成模式(据据Pearce et al., 1984)1.华阳华阳; 2.五龙五龙; 3.胭脂坝胭脂坝; 4.西南欧洲海西褶皱带碰撞型花岗岩西南欧洲海西褶皱带碰撞型花岗岩; 5.沙河湾沙河湾; 6. 东江口东江口; 7.老城老城; 8.阿尔卑斯带碰撞型花岗岩阿尔卑斯带碰撞型花岗岩.（2）Rb-Y+Nb和和 Rb-Yb+Ta可区别火山弧型、同碰撞型和板可区别火山弧型、同碰撞型和板内型花岗岩内型花岗岩（图13）：图图13 北秦岭早古生代花岗岩类北秦岭早古生代花岗岩类Rb-(Y+Nb)和和Rb-(Yb+Ta)图解图解(据据Pearce, et al.,

44、 1984)Syn-COLG-同碰撞型花岗岩同碰撞型花岗岩; VAG-岛弧型花岗岩岛弧型花岗岩; WPG-板内型花岗岩板内型花岗岩; ORG-洋洋脊型花岗岩脊型花岗岩. 丹凤区小岩体包括枣园、许庄和石门岩体丹凤区小岩体包括枣园、许庄和石门岩体; 漂池花岗岩为与弧漂池花岗岩为与弧-陆碰陆碰撞有关的撞有关的S型花岗岩型花岗岩.（3）花岗岩多阳离子判别图解能大致区分同碰撞型和晚碰）花岗岩多阳离子判别图解能大致区分同碰撞型和晚碰撞型花岗岩撞型花岗岩图图14 北秦岭北秦岭(a)和南秦岭和南秦岭(b)晚海西晚海西-支期花岗岩多阳离子判别图解支期花岗岩多阳离子判别图解( de la Roche., 1977

45、)1.地幔斜长花岗岩；地幔斜长花岗岩；2破坏性活动板块边缘（碰撞前）；破坏性活动板块边缘（碰撞前）；3碰撞后隆起区；碰撞后隆起区；4造山晚造山晚期区；期区；5非造山区；非造山区；6同碰撞区。同碰撞区。a中的岩体代号：中的岩体代号：宝鸡；宝鸡；宽坪；翠华山、蟒宽坪；翠华山、蟒岭、高山寺和铁峪铺。岭、高山寺和铁峪铺。b中的岩体代号：中的岩体代号：曹坪和沙河湾；曹坪和沙河湾；光头山、西坝、老城光头山、西坝、老城和东江口；华阳、五龙、胭脂坝和柞水和东江口；华阳、五龙、胭脂坝和柞水.（4）与消减作用有关的花岗岩常显示成分穿弧极性）与消减作用有关的花岗岩常显示成分穿弧极性空间分带南 带中 带北 带岩体名称

46、枣园许庄石门岩石类型黑云母花岗岩黑云母花岗岩黑云母花岗岩 SiO2 K2O K2O+Na2O K2O/Na2O K2O/SiO2 MgO CaO Th Rb Zr Hf La REE 18O (87Sr/86Sr)i Nd(t) 70.13 3.94 7.61 1.07 0.056 0.97 1.88 8 177 145 9.4 29 134 10.34 0.7076 -2.97 71.28 4.76 8.81 1.18 0.067 0.85 1.68 14 140 153 7.5 35 130 11.02 -3.42 70.81 5.23 8.93 1.41 0.74 0.76 1.77 2

47、4 238 172 5.4 73 304 11.11 0.7185 -5.50 主要组分含量单位: 重量%; 微量元素含量单位: n10-6.表表2 丹凤地区早古生代小岩体花岗岩类成分空间分带丹凤地区早古生代小岩体花岗岩类成分空间分带（四）沉积岩类的地球化学特征与构造环境（四）沉积岩类的地球化学特征与构造环境1. 细粒碎屑沉积岩的地球化学特征与构造环境细粒碎屑沉积岩的地球化学特征与构造环境 实质是：构造环境控制着物源区的岩石和化学组成、实质是：构造环境控制着物源区的岩石和化学组成、地壳的成熟度，物源区的岩层风化剥蚀程度，以及剥地壳的成熟度，物源区的岩层风化剥蚀程度，以及剥蚀区和沉积区的水动力条

48、件与物质分选程度。此外，蚀区和沉积区的水动力条件与物质分选程度。此外，尚需考虑元素在沉积作用中化学行为的不同。例如，尚需考虑元素在沉积作用中化学行为的不同。例如，洋内岛弧区盆地源区主要由玄武岩组成，成熟度低，洋内岛弧区盆地源区主要由玄武岩组成，成熟度低，SiO2含量低，水动力强分选差。而以被动大陆边缘或含量低，水动力强分选差。而以被动大陆边缘或由克拉通高地为源的沉积作用，因剥蚀区为多次沉积由克拉通高地为源的沉积作用，因剥蚀区为多次沉积再循环的成熟地壳、由于再循环的成熟地壳、由于K易被吸附，易被吸附，Na易被淋滤，易被淋滤， SiO2因石英耐风化而相对富集，加之水动力弱分选强，因石英耐风化而相对

49、富集，加之水动力弱分选强，因而沉积物以高因而沉积物以高SiO2含量与高含量与高K2O/Na2O比值为特征。比值为特征。图图15二郎坪群和丹凤群变杂二郎坪群和丹凤群变杂砂岩砂岩K2O/Na2O-SiO2图解图解(据据Roser and Korsh, 1986)ARC-大洋岛弧区大洋岛弧区; ACM活活动大陆边缘区动大陆边缘区; PM-被动大被动大陆边缘区陆边缘区. 二郎坪群，弧二郎坪群，弧后盆地沉积，由南侧岛弧区后盆地沉积，由南侧岛弧区和北侧华北克拉通提供碎屑；和北侧华北克拉通提供碎屑； 丹凤群，产于陆缘弧区丹凤群，产于陆缘弧区盆地。盆地。（(1) K2O/Na2/O-SiO2图解（图解（Ros

50、er and Korsh, 1986)图图16 秦岭与邻区各秦岭与邻区各时代碎屑岩时代碎屑岩K2O/Na2O -SiO2图解图解(据据Roser and Korsch, 1986)PM-被动大陆边缘区被动大陆边缘区; ACM-活动大陆边缘区活动大陆边缘区; ARC-大洋岛弧区大洋岛弧区. 年代代号年代代号: Pt-元古宙元古宙; C-寒武纪寒武纪; O-奥奥陶纪陶纪; S-志留纪志留纪; D-泥盆纪泥盆纪; C-P-石炭石炭-二叠纪二叠纪.。构造单。构造单元与地层小区元与地层小区: NC-华北陆华北陆块南缘块南缘, YC- 扬子陆块北缘扬子陆块北缘, NQ-北秦岭北秦岭; LY和和BZ:南秦南

51、秦岭留坝岭留坝-郧县和白云郧县和白云-柞水小柞水小区区, ZZ: 南秦岭紫阳南秦岭紫阳-竹溪小竹溪小区区, WXC: 南秦岭淅川小区南秦岭淅川小区西部西部, EXC: 南秦岭淅川小南秦岭淅川小区东部。区东部。应用结果的讨论应用结果的讨论 K2O/Na2/O-SiO2图解反映的更主要是剥蚀源区图解反映的更主要是剥蚀源区岩石的成分，然而，仍可起判别沉积盆地构造岩石的成分，然而，仍可起判别沉积盆地构造环境的作用，例如，区别火山弧区的丹凤群及环境的作用，例如，区别火山弧区的丹凤群及弧后盆地二郎坪群杂砂岩；弧后盆地二郎坪群杂砂岩； K2O/Na2/O-SiO2图解判别结果存在着相对于实图解判别结果存在着

52、相对于实际构造发展的某种程度的滞后，例如，南秦岭际构造发展的某种程度的滞后，例如，南秦岭于震旦纪已进入被动陆缘发展期，但是还有相于震旦纪已进入被动陆缘发展期，但是还有相当多寒武纪甚至奥陶纪的样品点落于活动大陆当多寒武纪甚至奥陶纪的样品点落于活动大陆边缘构造环境区。这点需在应用时注意，并结边缘构造环境区。这点需在应用时注意，并结合实际地质构造发展加以合理的解释。合实际地质构造发展加以合理的解释。( 2) 稀土元素判别准则稀土元素判别准则（Bhatia, 1985) 应用细粒碎屑沉积岩稀土元素组成特征能区别大洋岛弧、应用细粒碎屑沉积岩稀土元素组成特征能区别大洋岛弧、大陆岛弧、活动大陆边缘（安第斯型

53、）与被动大陆边缘构造大陆岛弧、活动大陆边缘（安第斯型）与被动大陆边缘构造环境。其规律为：环境。其规律为：自大洋岛弧自大洋岛弧大陆岛弧大陆岛弧活动陆缘活动陆缘被动陆缘被动陆缘, La、Ce、Nd等轻稀土含量和等轻稀土含量和REEREE逐步增逐步增高，高，LaN/YbNLaN/YbN与与LREE/HREELREE/HREE渐次增大（轻重稀土分馏渐次增大（轻重稀土分馏增强），增强），Eu/EuEu/Eu* *依次减小（依次减小（EuEu亏损增大）。亏损增大）。 此规律是此规律是Bhatia研究澳大利亚不同构造环境中产出研究澳大利亚不同构造环境中产出的碎屑岩得出的结果。见下表：的碎屑岩得出的结果。见下

54、表：表表3 南秦岭及扬子陆块北缘砂质和泥质沉积岩稀土元素组成特征南秦岭及扬子陆块北缘砂质和泥质沉积岩稀土元素组成特征澳大利亚各种构造环境中岩石的数据引自Bhatia,1985.地区时 代 样品数 La Ce Nd REE La/Yb LaN/YbN LREE/HREE Eu/Eu*南秦岭震旦纪寒武纪奥陶纪志留纪泥盆纪 1 2 8 5 18 23 47 25 146.7 0.99 5.9 6.6 0.79 41 76 38 208.2 1.67 9.4 9.7 0.62 43 83 35 197.0 1.65 10.8 10.1 0.63 38 76 32 180.4 1.53 9.9 10.5

55、 0.66 35 67 28 162.4 1.51 9.7 9.0 0.69扬子北缘震旦纪寒武纪奥陶纪志留纪 6 2 2 2 28 52 25 135.0 1.13 7.0 7.1 0.75 41 80 41 215.0 0.97 8.1 6.4 0.68 42 87 31 193.0 1.53 8.8 9.6 0.60 41 80 37 197.0 1.38 8.7 8.6 0.65奥*大利亚 大洋岛弧 大陆岛弧 活动大陆边缘 被动大陆边缘8 22.5 11.4 5810 0.48 2.80.9 3.80.9 1.040.11 24 51 21 14620 1.02 7.52.5 7.71.

56、7 0.790.13 33 73 25 186 1.33 8.5 9.1 0.60 34 72 29 210 1.31 10.8 8.5 0.56结果讨论结果讨论 震旦纪开始，扬子已克拉通化，南秦岭已近入被动大震旦纪开始，扬子已克拉通化，南秦岭已近入被动大陆边缘发展时期，陆边缘发展时期，然而扬子和南秦岭震旦纪细粒碎屑然而扬子和南秦岭震旦纪细粒碎屑岩均显示出介于大陆岛弧和活动大陆边缘碎屑岩之间岩均显示出介于大陆岛弧和活动大陆边缘碎屑岩之间的的REE组成特征。组成特征。寒武和奥陶纪细粒碎屑岩，在扬子寒武和奥陶纪细粒碎屑岩，在扬子区和南秦岭均显克拉通区或被动大陆边缘特征。区和南秦岭均显克拉通区或被动

57、大陆边缘特征。此后，此后，南秦岭的志留纪和泥盆纪细粒碎屑岩又复显近似活动南秦岭的志留纪和泥盆纪细粒碎屑岩又复显近似活动大陆边缘的特征，而扬子同时代的细粒碎屑岩则仍显大陆边缘的特征，而扬子同时代的细粒碎屑岩则仍显示克拉通区成熟地壳的特征。示克拉通区成熟地壳的特征。表明：（表明：（1）细粒碎屑岩）细粒碎屑岩REE组成特征基本是继承剥蚀区的岩石化学成分组成特征基本是继承剥蚀区的岩石化学成分；（；（2）判别结果也存在较构造发展滞后一个节拍的现象判别结果也存在较构造发展滞后一个节拍的现象；（；（3）南秦岭志留南秦岭志留-泥盆纪细粒碎屑岩复显活动大陆边缘特征，泥盆纪细粒碎屑岩复显活动大陆边缘特征，暗示与南

58、北物质混合沉积有关，反映被动和活动大陆暗示与南北物质混合沉积有关，反映被动和活动大陆边缘之间的洋盆已趋近封闭（见后）。边缘之间的洋盆已趋近封闭（见后）。（3）细粒碎屑沉积岩陆源碎屑物质源区的判别）细粒碎屑沉积岩陆源碎屑物质源区的判别原理：原理： Th、 Sc、 Co、 REE、 Nb、 Ta等在岩石风化、剥蚀、等在岩石风化、剥蚀、搬运、沉积、成岩和变质过程中为较稳定的元素，细粒碎搬运、沉积、成岩和变质过程中为较稳定的元素，细粒碎屑沉积岩的这些元素含量和比值能近似定量代表源区各该屑沉积岩的这些元素含量和比值能近似定量代表源区各该元素的含量和比值（元素的含量和比值（Taylor & McL

59、ennan,1955)。 二元混合的一般方程为双曲线函数：二元混合的一般方程为双曲线函数： Ax+Bxy+Cy+D=0 据此式进行推导，当以细粒碎屑岩稳定元素比值据此式进行推导，当以细粒碎屑岩稳定元素比值-比值作比值作 图判别时，二源混合沉积方式成立的条件为：图判别时，二源混合沉积方式成立的条件为： A.当两元素对比值的分母元素相同时，图上投点应呈一当两元素对比值的分母元素相同时，图上投点应呈一直线分布；直线分布； B.当两元素对比值的分母元素不同时，图上投点呈双曲当两元素对比值的分母元素不同时，图上投点呈双曲线的一支分布；线的一支分布； C. 曲线上下端点岩石的成分可分别近似代表岩石两个曲线

60、上下端点岩石的成分可分别近似代表岩石两个源区的平均成分源区的平均成分。图图17 秦岭群秦岭群(左左)及宽坪群和二郎坪群及宽坪群和二郎坪群(右右)变杂砂岩的变杂砂岩的La/Co-Sc/Th和和LA/Co-Th/Co联合图解联合图解右图右图: 1-二郎坪群二郎坪群, 2-宽坪群宽坪群, 3-秦岭群平均成分秦岭群平均成分, 4-太华群平均成分。太华群平均成分。 混合曲线两混合曲线两端的元素浓度分别相当两端元岩石各该元素最小含量的极限端的元素浓度分别相当两端元岩石各该元素最小含量的极限, 并以之作为两端点样并以之作为两端点样品的平均成分。品的平均成分。碎屑岩物源区研究的意义 判断沉积盆地所处的构造环境：例如，根据秦岭群杂判