岩石形成构造环境地球化学判别如何有效应用张本仁PPT学习教案

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(2)N-型、T-型和E-型MORB的地球化学 区别。三种MORB均产于洋脊,在大陆上均 与蛇绿岩有关。N–MORB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DM,地幔柱源岩浆明 显富集不相容元素(含REE), (La/Yb)N >> (6.6 — 13.6), Ti≈Ta; Th/Yb、 Ta/Yb、Ba/Nb、Ba/Th、Ba/La等偏高, Zr/Nb偏低。
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3.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 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。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 浆热的烘烤使下地壳部分熔融形成不同源的双模式岩 套,但不引起岩浆中高场强元素(HFSE)相对于大离 子亲石元素(LILE)的分异或亏损。
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(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
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 究学判别如何有 效应用张本仁
会计学
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一、引言
1 研究简况
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,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。
上世纪60—70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,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 域及其周边。
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图6.26 南秦岭晚古生代花岗岩类和世界典型造山带花岗岩Q型对应分析F1-F2因子载荷平面 图
1、2和13. 岛弧花岗岩;3-6. 板内花岗岩;7-12和14-20. 同碰撞型花岗岩;21-23. 光头山花 岗35岩-3;6.东24江-2口6.花华岗阳岩花。岗样岩品;12-71-82数8.据胭引脂自第坝P1花e8a岗页rc岩/e共和;7H62页a9r-r3is1等. 五(1龙98花4)岗;岩19;-2302引-3自4.N老e城iva花等岗岩; (1987)。
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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 the basalt data. For data sources see Figure 4.
9.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。 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-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。
8.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 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。
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7 这里所讨论的构造环境是自大约1.8 Ga 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 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。
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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 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 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 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 限定着热动力学条件。
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(二)选择有效判别 标志和方法的原则
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1.由物源看,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 元素组成差别最明显的应是强和较强不相 容元素,即LILE(Rb、Th、K、Ba、LREE等) 与HFSE(Ti、Ta、Nb、Zr、Hf、Y等),以 及强相容元素(Cr、Ni、Co), 它们在岩 浆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。
70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 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 带构造的常规内容
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2.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 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: 数据精确度不高; 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 洋脊玄武岩(MORB)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; 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 几点值得注意。
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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 是,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。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,对各 类岩石形成过程来说,构造(环境)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。具体说明如下:
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(1)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。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,不相 容元素(含REE)增富,(La/Yb)N增大,La/Nb、 Ba/Nb、Th/Nb等增高。
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 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。
2.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,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 影响;B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),因而岩石会受洋或陆壳物质影响而表现出成分 差异。
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(3)大洋裂谷OIB和大陆裂谷CRB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。
4.从元素在岩石变质过程中的稳定性看, REE、HFSE及Cr、Ni、Co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 样品。
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5 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上的长期差异,造 成两洋区的MORB型玄武岩在同位素和微量元素组成上的不同(下 图)。在给定的206Pb/ 204Pb的情况下,印度洋区(前身为特提斯 洋区)蛇绿岩中MORBs的207Pb/ 204Pb一般高于太平洋域蛇绿岩中的 MORBs。依据这点可以鉴别古特提斯构造域(Hamelin等,1984)。 据此推测两洋区MORBs的微量元素组成也应是有区别的。
1.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); B型俯冲可导致俯冲洋壳与地幔的相互作用,即导致
壳→ 幔→壳物质的再循环,使某些不相容元素再次 富集;
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1 构造环境与岩石地球化学特征内在联系(续)
A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。
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3.从岩石中元素含量差别程度看,微量元 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1—2数量级,而主量 元素含量相差甚微。所以微量元素标志能 有更显著的判别效应。
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6.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(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-MORB、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。
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1 与蛇碌岩有关的玄武岩(MORB类型)
图1 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 组成模式
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图9.6 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-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
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2.由物理化学条件能引起的差异强度看, 必 须 重 视 LILE 与 HFSE 的 相 对 关 系 。 因 LILE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。
数据和编制图解必须注意:(1)数据的测试方法与精 度;(2)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;(3) 根据蛛网图确定HFSE是否具有异常,必须注意两侧应是 稳定的LILE(REE),而不应是K、Rb、Ba、U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 标采用适当比例。
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又如,B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 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(Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、P)矿物 熔融和溶解度,使HFSEs更多地留在源区的残余固相 中,而大离子亲石元素(LILE:K、Rb、Ba、Th、U、 REE)(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,因此俯冲消 减 带 中 的 火 山 岩 和 侵 入 岩 均 显 示 HFSE相 对 于 LILE亏损的特征。这种特征被称之为消减带组 分——SZC。
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