第2章区域和造山带构造地球化学研究

1、第二章第二章 区域和造山带区域和造山带构造地球化学研究构造地球化学研究地球化学进展课程地球化学进展课程20022002年年8 8月月一、本领域研究发展概况一、本领域研究发展概况 上世纪60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，甚至整个太阳系。这带动了地学各学科思维体系的革命，并使地球化学研究全面地向地球、太阳系、宇宙的扩展。大地构造的地球化研究是一个方面得体现，其发展概况如下：1.1.简史：简史： 上世纪上世纪60607070年代，集中研究近代各类板块年代，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机制，构造环境中岩石的地球化学特征及形成机制，探索构造环境地球化学判

2、别的标志、方法和图探索构造环境地球化学判别的标志、方法和图解，工作集中于洋域及其周边。解，工作集中于洋域及其周边。7070年代中以来，年代中以来，研究逐步向大陆区域和造山带发展。通过蛇绿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成岩、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、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格局和演化。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域和造山带构造的常规内容2.2.存在问题存在问题： 虽然这种构造地球化学研究已作出许多重要成虽然这种构造地

3、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，果与贡献，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这种研究途径的本身和应用上尚有待改进和完善；善； 在大陆构造研究方面地球化学的理论和方法的在大陆构造研究方面地球化学的理论和方法的潜力还远未得到发挥，需不断开发和挖掘；潜力还远未得到发挥，需不断开发和挖掘； 要解决地球化学如何通过区域和造山带构造研要解决地球化学如何通过区域和造山带构造研究揭示大陆动力学的问题究揭示大陆动力学的问题。3.3.课程安排课程安排（1 1）本章论述如何改进提高通过岩石）本章论述如何改进提高通过岩石形成构造环境的地球化学判别，

4、进而形成构造环境的地球化学判别，进而探索区域和造山带构造发展问题；探索区域和造山带构造发展问题；（2 2）第三章讨论如何开发地球化学理）第三章讨论如何开发地球化学理论与方法，尤其将研究壳幔组成和演论与方法，尤其将研究壳幔组成和演化的理论和方法用于大地构造研究的化的理论和方法用于大地构造研究的问题（由区域壳幔系统约束区域构问题（由区域壳幔系统约束区域构造）；造）；（3 3）第四章论述化学地球动力学与大）第四章论述化学地球动力学与大陆动力学研究的问题。陆动力学研究的问题。二、岩石构造环境地球化学判别运用二、岩石构造环境地球化学判别运用中出现的问题：中出现的问题： 数据精确度不高；数据精确度不高；

5、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。（一）正确理解构造环境与岩石地球化学（一）正确理解构造环境与岩石地球化学特征的内在联系是，特征的内在联系是，除数据精度基础外，除数据精

6、度基础外，克服盲目性、提高岩石构造环境地球化学判别效果的首要因素。按地质运动中各种基础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运动形式的相互依存、相互制约和相互转化的地学哲学观，学哲学观，对各类岩石形成过程来说，构造对各类岩石形成过程来说，构造( (环环境境) )起着沟通物源、约束过程发生场所和运移途起着沟通物源、约束过程发生场所和运移途径，以及制约热动力学条件的作用。径，以及制约热动力学条件的作用。具体说明如具体说明如下：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，洋脊可沟通地幔的软流圈，B B型俯冲可导型俯冲可导

7、致俯冲洋壳与岩石圈地幔的相互作用，致俯冲洋壳与岩石圈地幔的相互作用，A A型俯冲可引起俯冲陆壳与另一侧地壳深型俯冲可引起俯冲陆壳与另一侧地壳深部和地幔的相互作用，等等。部和地幔的相互作用，等等。由于地球由于地球各层圈及层圈内不同部分均为化学成分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差异的物质库，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的化学合，使岩石一定程度上继承源区的化学特征特征。2.2.不同构造限定着岩石形成过程活动场所不同构造限定着岩石形成过程活动场所与运移途径的不同，与运移途径的不

8、同，例如，洋脊构造限定例如，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影响；同海水作用，成分常受海水蚀变的影响；B B型俯冲限定岩浆在岛弧区自下而上运移，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）或大陆岩石穿过大洋岩石圈（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不同构造环境显示出不同的热动力学和物理化学条件，影响着各类成岩过程的机物理化学条件，影响着各类成岩过程

9、的机制和特征制和特征。 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，一般不引起浆向外逸散，只发生岩浆快速结晶或固结，一般不引起较大的成分分异。较大的成分分异。板内裂谷构造同样是地幔软流圈上隆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，幔源岩浆可以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成双模式通过结晶分异突变、岩浆不混熔分层等方式形成双模式岩套（机制未完全搞清），也可由于幔源岩浆热的烘烤岩套（机制未完全搞清），也可由于幔源岩浆热的烘烤使下

10、地壳部分熔融形成不同源的双模式岩套使下地壳部分熔融形成不同源的双模式岩套，但不引起但不引起岩浆中高场强元素（岩浆中高场强元素（HFSEHFSE）相对于大离子亲石元素）相对于大离子亲石元素（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，必然造成富含于难熔（溶）矿物的部分熔融，必然造成富含于难熔（溶）矿物（钛酸盐类、金红石、锆石等）中的高场强元素（钛酸盐类、金红石、锆石等）中的高场强元素（NbNb、TaTa、ZrZr

11、、HfHf、TiTi、P P）更多地留在源区的）更多地留在源区的残余固相中，而大离子亲石元素（残余固相中，而大离子亲石元素（K K、RbRb、BaBa、ThTh、U U、REEREE）（多含于一般造岩矿物中，且具有）（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，不相容性）则倾向富集于形成的岩浆和溶液中，因此俯冲消减带中的火山岩和侵入岩均显示因此俯冲消减带中的火山岩和侵入岩均显示HFSEHFSE相对于相对于LILELILE亏损的特征。这种特征被称之为消减亏损的特征。这种特征被称之为消减带组分带组分SZCSZC。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

12、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，但也适用于沉积是结合岩浆作用讨论的，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。变质作用物源则是卷入构水动力学条件。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

13、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可视为物质库，在它们之间元素组成差别最明显的应是强和较强不相容元素，即强和较强不相容元素，即LILE(Rb、Th、K、Ba、LREE等）与等）与HFSE(Ti、Ta、Nb、Zr、Hf、Y等），以等），以及强相容元素（及强相容元素（Cr、Ni、Co), 它们在岩浆它们在岩浆与固相源岩之间有最强和较强分异能力，与固相源岩之间有最强和较强分异能力，应具有更好的判别意义。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 LILE与与HFSE的相对关系。的相对关系。因LIL

14、E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HFSE则主要受稳定性较大的副矿物（Ti、Nb、Ta复杂氧化物, 锆石等）的控制，所以这两类元所以这两类元素的相对关系能较灵敏地反映物理化学条素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。件不同的构造环境。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。素应优于主量元素。例如，洋脊玄武岩（MORB）与大洋裂谷玄武岩（洋岛玄武岩OIB）和大陆裂谷玄武岩(CRB)相比，微量元素含量有些可相差12数量级，而主量元素含量相差甚微。所以微量元素标志所以微量元素标志能有更显著的判别效应。能有

15、更显著的判别效应。4.4.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，REE、HFSE及及Cr、Ni、Co也较为惰性也较为惰性，适合于在大陆岩石多受变质的条件下应用；K、Rb、Cs、U、Sr、Ba和Pb等较活动，只能在岩石未变质或变质轻微情况下应用, 特别须注意避免遭受流体交代的蚀变岩石特别须注意避免遭受流体交代的蚀变岩石样品样品。5.5.多元素综合判别比少数元素构成的判别多元素综合判别比少数元素构成的判别图解更有效，图解更有效，例如，近年发展起来的各种蛛网图(spidergram), 即以LILE、HFSE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、N-M

16、ORB、ORG、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元和三元图解。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，也是值得推荐的方法。6.6.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 1.8 GaGa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，地球出现板块构造体制之前，尤其太古宙尤其太古宙构造。构造。例如，一些太古宙的岩石也显示SZC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，因为那时如果发生下地壳拆沉也可能造成类似SZC的特征。7.7

17、.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鉴别标志，以便较好地应用。8 8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、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(N

18、-MORB)、过渡型洋脊玄武岩(T-MORB)和异常型洋脊玄武岩(E-MORB)；板内构造环境需要区分大洋裂谷与大陆裂谷，等等。详细区分的原理与标志说明如下。（1 1）洋内岛弧（如阿留申）、大陆岛弧）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（如巽他）和陆缘弧（安第斯型）的地球化学区别。化学区别。根据：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）。标志为：虽共同具有亏损HFSE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影响逐渐增大。具体表现：相对洋内岛弧，相对洋内岛弧，不相容元素（含不相容元素（含REEREE）增富，）增

19、富，( (La/YbLa/Yb) )N N增大，增大，La/NbLa/Nb、Ba/NbBa/Nb、Th/NbTh/Nb等增高。等增高。（2）N型、型、T-型和型和E型型MORB的地球化学的地球化学区别。区别。三种MORB均产于洋脊，在大陆上均与蛇绿岩有关。NMORB来源于亏损地幔（DM）， E-MORB岩浆源自地幔深部地幔柱源区，而T-MORB为上述两种地幔源岩浆的混合产物。相对于相对于DM, ,地幔柱源地幔柱源岩浆明显富集不相容元素（含岩浆明显富集不相容元素（含REEREE）, , (La/Yb(La/Yb) )N N1(1(6.613.6), TiTa; Th/Yb、Ta/Yb、Ba/Nb

20、、Ba/Th、Ba/La等偏高，等偏高，Zr/Nb偏低。偏低。（3）大洋裂谷）大洋裂谷OIB和大陆裂谷和大陆裂谷CRB的区分。的区分。两种裂谷环境中产出的玄武岩均多为地幔柱源岩浆形成，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组成碱性双峰岩套，一般不易区别，只是OIB有时更富集Nb-Ta(在蛛网图中显示正异常)，CRB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，如共生沉积岩海相和陆相的特征、有无蛇绿岩相伴等。9 9同位素和微量元素联合判别能提高效果同位素和微量元素联合判别能提高效果。例如，N-MORB来源自亏损地幔（DM），其现今Nd(0)介于+8 +12；OIB和

21、和E-MORB来自地幔柱源，其现今Nd(0)介于+10 - 2； 而岛弧玄武岩的Nd(0)介于+8 - 2。如将Nd同位素标志与微量元素标志联合应用，则可明显提高岩石构造环境的分辨率。在此应注意有些情况下同位素和在此应注意有些情况下同位素和微量元素是解耦的，如地幔柱源岩浆在不微量元素是解耦的，如地幔柱源岩浆在不相容微量元素上是富集的相容微量元素上是富集的，但在但在NdNd同位素同位素方面则多数显示亏损特征方面则多数显示亏损特征。（三）各类板块构造环境中岩浆岩的化学（三）各类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对不同构造环境中产出的玄武岩类（含长英质火山岩）和花岗

22、岩类的地球化学特征、鉴别标志及其用于判别的情况，以图表方式说明之，以期能够加深对上述原理和原则的理解，改善在研究中的应用。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标准化微量元素组成模标准化微量元素组成模式式图图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-陆缘弧钙碱性玄武岩；陆缘弧钙碱性玄武岩；WPB-板内玄武

23、岩。据板内玄武岩。据BVTP(1981)数数据。据。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标准化不相容元素组成模式图图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(注: N- MORB), OIB: 洋岛玄武岩, PM: 原始地幔, CC: 大陆地幔. 倒三角为第一组岩石; 正三角为第二组岩石; 空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)

24、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)、IOB、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

25、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。据BVTP(1981)数据。2. 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、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

26、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；MORB：洋脊玄武岩（N型）；OIB：洋岛玄武岩； TH：拉斑玄武岩； CAB：钙碱性玄武岩；SHO：钾玄岩。空圈为三十里铺玄武岩；黑圆点为郭家沟玄武岩；：LREE亏损型玄武岩.图图8 丹凤群玄武丹凤群玄武岩岩Nd-Nb/Th、Nd-La/Nb和和Nd-Ba/Nb图解图解(据李

27、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

28、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. M型花岗岩型花岗岩：岩石为斜长花岗岩，一般产于弧后盆地或岩石为斜长花岗岩，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，常与蛇不成熟的洋内岛弧，为幔源玄武

29、岩浆分异结晶产物，常与蛇绿岩共生；绿岩共生；Al2O3/(Na2O+K2O+CaO) 1.1， 18O 10；主要；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。 由于由于I和和S型花岗岩类可产出于多种构造环境，必需进一步鉴别它们形型花岗岩类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与方法是较有效的：成的具体环境，下列地球化学判别标志与方法是较有效的：（1）花岗岩类洋脊花岗岩（）花岗岩类洋脊花岗岩（M型花岗岩型花岗岩)标准化不相容元素标准化不相容元素组成模式（组成模式（Pearce e

30、t al., 1984)基本可以区分两类花岗岩基本可以区分两类花岗岩 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; 2.五龙; 3.胭脂坝; 4.西南欧洲海西褶皱带碰撞型花岗岩; 5.沙河湾; 6. 东江口; 7.老城; 8.阿尔卑斯带碰撞型花岗岩.（2）Rb-Y+Nb和和

31、 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., 1984)Syn-COLG-同碰撞型花岗岩; VAG-岛弧型花岗岩; WPG-板内型花岗岩; ORG-洋脊型花岗岩. 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-陆碰撞有关的S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

32、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)1.地幔斜长花岗岩；2破坏性活动板块边缘（碰撞前）；3碰撞后隆起区；4造山晚期区；5非造山区；6同碰撞区。a中的岩体代号：宝鸡；宽坪；翠华山、蟒岭、高山寺和铁峪铺。b中的岩体代号：曹坪和沙河湾；光头山、西坝、老城和东江口；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/N

33、a2O 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 24 238 172 5.4 73 304 11.11 0.7185 -5.50 主要组分含量单位: 重量

34、%; 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

35、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富集，加之水动力弱分选强，因而沉积物以因而沉积物以高高SiO2含量与高含量与高K2O/Na2O比值为特征

36、。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（Roser 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/Na

37、2O -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

38、, 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

39、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）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：

40、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

41、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 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

42、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 7.71.7 0.790.13 33 73 25 186 1.33 8.5 9.1 0.60 34 72 29 2

43、10 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

44、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

45、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 & McLennan,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

46、+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

47、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，根据秦岭群杂判断沉积盆地所处的构造环境：例如，根据秦岭群杂砂岩属于由双模式碱性岩套两端元岩石提供

48、碎屑物质砂岩属于由双模式碱性岩套两端元岩石提供碎屑物质混合形成的证明，可判断该沉积盆地处于裂谷型构造混合形成的证明，可判断该沉积盆地处于裂谷型构造环境，环境， 判断陆块的相对运动和位置、揭示盆地的性质及陆块判断陆块的相对运动和位置、揭示盆地的性质及陆块的开、合与其时限：例如，通过二郎坪群杂砂岩源区的开、合与其时限：例如，通过二郎坪群杂砂岩源区判别，证明岩石是南侧秦岭群和北侧华北克拉通高地判别，证明岩石是南侧秦岭群和北侧华北克拉通高地物质的二元混合产物，表明该盆地不可能为开阔洋盆；物质的二元混合产物，表明该盆地不可能为开阔洋盆；又如南秦岭细粒碎屑岩物源研究征明，志留又如南秦岭细粒碎屑岩物源研究征

49、明，志留-泥盆纪之泥盆纪之前碎屑物质来自扬子单一来源，此后转变为南北秦岭前碎屑物质来自扬子单一来源，此后转变为南北秦岭物质混合来源，从而证明南北秦岭之间的洋盆应于志物质混合来源，从而证明南北秦岭之间的洋盆应于志留泥盆纪期间基本闭合留泥盆纪期间基本闭合,以及此时南、北秦岭块体应基以及此时南、北秦岭块体应基本对接本对接。2 海相内源海相内源(生源生源)沉积岩化学特征的指示意义沉积岩化学特征的指示意义 根据的原理：海相内源化学或生物化学沉积物（主要纯碳根据的原理：海相内源化学或生物化学沉积物（主要纯碳酸盐岩、硅质岩酸盐岩、硅质岩-燧石）沉积时与海水是平衡的，因此此类燧石）沉积时与海水是平衡的，因此此

50、类沉积岩的化学特征能反映沉积条件和沉积水体的化学特征，沉积岩的化学特征能反映沉积条件和沉积水体的化学特征，尤其尤其REE等稳定元素更适于作为指示剂等稳定元素更适于作为指示剂。（1）硅质岩地球化学特征与沉积环境：）硅质岩地球化学特征与沉积环境： Satoshi Yamamoto（1986）研究揭示：深海燧石富集重金）研究揭示：深海燧石富集重金属元素，属元素，Mg和和Fe具有很高的相关性，而浅海生物成因的燧具有很高的相关性，而浅海生物成因的燧石则仅富集石则仅富集Mn。 Martin,J.M.,1976及及Shimizu & Masuda（1977）等研究证）等研究证明，明， 深海硅质岩显示

51、负深海硅质岩显示负Ce异常、较高的异常、较高的REE,而形成于广阔而形成于广阔陆架的硅质岩（燧石）无明显的负陆架的硅质岩（燧石）无明显的负Ce异常、异常、 REE含量较低含量较低. N i C u Z n Y Z r B a M n P U REE L/H C e/C e* A(7) 23 71 257 17.7 39 1239 84 675 1141 37.0 2.19 0.71 B(2) 4 3 11 0.6 1.6 14 148 60 5.9 2.45 8.89 1.09 表表4 南秦岭古生代硅质岩化学组成特征南秦岭古生代硅质岩化学组成特征 A-紫阳地区寒武-奥陶纪块状硅质岩; B-镇安

52、小木岭结核状硅质岩. L/H-LREE/HREE. 括弧中数字为样品数.规律：浅海相无Ce负异常，低REE和重金属元素，高Mn 深海相具Ce负异常，高REE和重金属元素，低MnMurray,R.W. et al.,(1990)研究加州沿海地区侏罗研究加州沿海地区侏罗-白垩纪燧石白垩纪燧石 和页岩，发现岩石的和页岩，发现岩石的Ce/Ce*能区分三类构造环境：能区分三类构造环境： 燧石燧石 页岩页岩 Ce/Ce* REE Ce/Ce* REE洋脊附近洋脊附近 0.29 11.77 0.28 -洋盆底部洋盆底部 0.55 - 0.56 -大陆边缘大陆边缘 0.931.08 6.714.9 0.840

53、.93 56 29.2 解释：河流是海洋解释：河流是海洋REE的主要来源。河流中的主要来源。河流中REE组成特征为组成特征为Ce不同其他不同其他REE明显分离，所以大陆架上的海水不显示负明显分离，所以大陆架上的海水不显示负Ce异常。大洋中部氧饱和的水中，异常。大洋中部氧饱和的水中， Ce3+被氧化为相对难溶解的被氧化为相对难溶解的Ce4+，使，使Ce优先随氧化锰自海水析出，从而深洋水具有明显优先随氧化锰自海水析出，从而深洋水具有明显负负Ce异常和贫于异常和贫于Mn，锰结核则显示明显正，锰结核则显示明显正Ce异常。洋脊附异常。洋脊附近，常受富重金属的热液影响，尤其其中的近，常受富重金属的热液影响

54、，尤其其中的Fe和和Mn可将更多可将更多的的Ce清除出海水，使之负清除出海水，使之负Ce异常更为明显。异常更为明显。（2）纯碳酸盐岩）纯碳酸盐岩 反映沉积水体化学特征和环境的原理，与硅质岩类似。反映沉积水体化学特征和环境的原理，与硅质岩类似。但必须清除样品中陆源碎屑、黏土物质等对碳酸盐岩但必须清除样品中陆源碎屑、黏土物质等对碳酸盐岩中微量元素含量的严重影响。办法是：限制碳酸盐岩中微量元素含量的严重影响。办法是：限制碳酸盐岩中中SiO25%, Al2O3 95%。这种。这种样品就可近似地作为纯碳酸盐岩。样品就可近似地作为纯碳酸盐岩。 例如：例如： La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb

55、Dy Ho Er I 2.1 5.5 0.06 2.4 0.39 0.06 0.26 0.05 0.2 0.04 0.11 II 2.0 3.5 0.40 1.3 0.23 0.04 0.14 0.03 0.11 0.02 0.06 Tm Yb Lu REE Ce/Ce* Eu/Eu* La/Yb I 0.05 0.14 0.03 11.32 1.91 0.54 14.64 II 0.01 0.04 0.005 7.83 0.89 0.67 48.78说明：说明： I是华北克拉通南缘洛南县寒武系三川组碳酸盐岩平均是华北克拉通南缘洛南县寒武系三川组碳酸盐岩平均成分，显示出较高的成分，显示出较高的

56、REE 、较低的、较低的La/Yb比值、及比值、及明显的正明显的正Ce异常（异常（Ce/Ce*=1.91)和中等强度的负和中等强度的负Eu 异异常常(Eu/Eu*=0.54）。）。 II是南秦岭紫阳地区寒武系箭竹坝组碳酸盐岩，产于是南秦岭紫阳地区寒武系箭竹坝组碳酸盐岩，产于裂陷深海槽中，岩石平均成分显示出较低的裂陷深海槽中，岩石平均成分显示出较低的REE（可能由于共生的黑色岩系沉积时将大量（可能由于共生的黑色岩系沉积时将大量REE夹带出夹带出海水）海水） 、明显高的、明显高的La/Yb比值、以及清楚的负比值、以及清楚的负Ce异常异常（Ce/Ce* =0.89)和中等偏弱的负和中等偏弱的负Eu 异常异常(Eu/Eu*=0.67）。）。 对比表明：两地寒武系盆地水体具有不同的化学特征，对比表明：两地寒武系盆地水体具有不同的化学特征，应产于不同的海盆；三川组岩石缺少负应产于不同的海盆；三川组岩石缺少负Ce异常，与其异常，与其陆表海沉积环境相符；箭竹坝组岩石显示清楚的负陆表海沉积环境相符；箭竹坝组岩石显示清楚的负Ce异常与其产出于裂陷深海槽中的环境吻合。异常与其产出于裂陷深海槽中的环境吻合。三、岩类和岩套配套综合判别三、岩类和岩套配套综合判别 为了克服单岩类研究存在的多解性与模糊性，我们为了克服单岩类研究存在的多解性与模糊性，我们认为：应采取岩套内岩类配套及同构造