《岩石地球化学》PPT课件
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5) 岛弧岩浆活动伴随有同化作用，结晶分异作用，混染作 用等等
h
45
俯冲带结构
h
46
Schematic cross section through a typical island arc after Gill (1981), Orogenic Andesites and Plate
Tectonics. Springer-Verlag. HFU= heat flow unit (4.2 x 10-6 joules/cm2/sec)
陆地壳并与之反应。
h
31
岩浆的起源与部分熔融
•所有的岩浆都起源于地壳或上地幔已有岩石的部分熔融 •实验岩石学资料，固相线和液相线 •部分熔融发生的原因：温度达到了固相线 • 导致部分熔融发生的主要因素：
1 温度升高（外来热源使地温线改变，俯冲） 2 压力降低（地劈上升） 3 流体加入（地幔楔）
什么叫固相线？什么叫液相线？
h
21
大陆地壳的流变学结构
h
22
大陆地壳的成分结构
h
23
大陆上地壳的组成
h
24
大陆下地壳的主元素组成
h
25
典型地壳的稀土元素组成
h
26
问题一
大陆下地壳的主元素、微量元素和同位素组成特征
h
27
第三章 地壳和上地幔的主要构成岩类及其地球化学
3、上地壳主要岩类的地球化学特征
h
28
第四章 地壳和上地幔的主要构成岩类及其地球化学
Papuan-Bismarck-Solomon-New Hebrides arc. SAfter Wilson (1989) Igneous Petrogenesis, Allen Unwin/Kluwer.
不同构造环境岩石组合的差别
Characteristic
Plate Margin
Series
5. 弧后盆地
6. 洋岛玄武岩OIB
7. 各种陆内岩浆活动
金伯利岩，碳酸盐岩，斜 长岩
53
1
6
4
7
2
200 km
400
?
600 km
Continental Crust
Oceanic Crust
Source of Melts
Lithospheric Mantle
?
Sub-lithospheric Mantle
什么情况下熔体能够会聚排出？
洋中脊的岩浆活动
洋中脊的地貌特征
你 知 道 现 在 全 球 的 洋 中 脊 一 共 有 多 长 吗 ？
洋中脊的岩浆活动
洋中脊的岩浆活动
洋中脊的岩浆活动示意图
洋中脊的扩张是主动还是被动？
洋中脊的岩浆活动
上升的熔融体
洋中脊的结构
沉积物 熔岩 岩墙杂岩
辉长岩，正在岩浆房结晶 层状堆晶橄榄岩
2) 不同地点的MORB具有很窄的主元素变化范围，表明许多洋 中脊岩浆的源区和岩浆形成和演化的过程是类似的。
3) 洋中脊玄武岩大部分由亏损地幔部分熔融形成，少部分由富 集地幔部分熔融形成。它们分别 称为NMORB与EMORB。
4) NMORB与EMORB在主元素组成上没有差别，在微量元素的 组成上有差别。EMORB富集不相容元素。
h
51
a. 硅碱图 b. AFM c. FeO*/MgO 对SiO2
~ 30岛弧和大陆弧的1946个 分析数据，主要是火山岩
Data compiled by Terry Plank (Plank
and Sci.
LLeatnt.g, m90u,i3r,4199-38780).Earthh
Planet.
第九章 研究实例3: 大别－苏鲁超高压碰撞造山带的同碰撞和碰撞后岩浆活动
第十章 研究实例4: 中国东部中新生代岩石圈加厚、减薄与转型
h
2
第三章 地壳和上地幔的主要构成岩类及其地球化学
1、上地幔的性质和相关过程
h
3
地球的圈层结构
h
4
地球各主要圈层的体积和质量
•地壳的厚度是地幔的0.59％；体积是地幔的 0.9％；质量是0.6％。
提纲
第一章 绪论 现代全球构造体系中的岩石成因问题 第二章 岩石地球化学研究方法的理论基础 第三章 地壳和上地幔的主要构成岩类及其地球化学
1、上地幔的岩石学组成、结构及地球化学特征，地幔的不均一性和地幔端元；
2、不同构造环境的地壳结构，下地壳的岩石学组成及地球化学特征； 3、上地壳主要岩类的地球化学特征。 第四章 大洋地壳的形成演化与地球化学过程 1、洋中脊、蛇绿岩、大洋地壳的生长机制与地幔对流； 2、洋岛、大洋高原的岩石地球化学特征与地幔柱构造； 3、岛弧及活动大陆边缘主要岩石组合的地球化学特征，俯冲消减带的岩
Magmatism. Blackwell.
Oxford.
h
47
• 俯冲板片脱水造成LIL, 10Be, B, 等富集，并形成 富集的Nd, Sr, Pb同位素组成
• 地幔楔造成HFS亏损
h
48
• 钙碱系列的母岩浆是高铝玄武岩, 一种典型地发育在俯 冲带环境的玄武岩
• 一些高Mg (>8wt% MgO) 高Al的玄武岩可能是原始岩 浆结晶产物，包括一些安山岩，但是大多数熔岩具有 高度演化的成分，不可能是元素岩浆结晶产物
•因此，地幔的微小变化会导致地壳的巨大变化
h
5
地幔的形成
地球早期的核幔分离
h
6
h
7
h
8
不同深度地幔的矿物组成和密度
上地幔 过渡带 下地幔
h
9
上地幔的化学和标准矿物组成 - 地幔包体资料
二辉橄榄岩
h
10
上地幔的矿物相关系
h
11
亏损地幔的贡献－大洋地壳的形成
拉斑玄武岩
h
12
h
13
富集地幔的贡献－大洋岛的形成
• 广泛发育的低Mg (< 6 wt. % MgO), 高Al (>17wt% Al2O3) 玄武岩可能是原始拉斑玄武岩岩浆在较深的位 置结晶分异的产物
• 分离结晶作用在不同的深度都有发育
h
49
岛弧岩浆活动
岛弧岩浆活 动综合图示
主元素和岩浆系列
• 拉斑系列Tholeiitic (MORB, OIT) • 碱性系列 (OIA) • 钙碱系列 (~ 限于 SZ)
岩浆的起源与部分熔融
俯冲洋壳温度升高发生部分熔融 洋中脊减压熔融
地壳深部和上地幔为什么会发生部分熔融？
岩浆的起源与部分熔融
底劈上升与减压熔融
为什么会发生底劈上升？ 减压过程为什么会 造成部分熔融？
岩浆的起源与部分熔融
流体加入与部分熔融
流体为什么会引发 部分熔融？
岩浆的起源与部分熔融
部分熔融的发生与岩浆的会聚
碱性玄武岩
h
14
地幔柱构造 Plume Tectonics
h
15
第三章 地壳和上地幔的主要构成岩类及其地球化学
2、不同构造环境的地壳结构， 下地壳的岩石学组成及地球化学特征
h
16
大陆地壳一般结构
地壳结构的类型： 1 速度结构、2 岩石学结构、 3 成分结构、4 流变学结构
上部地壳，Upper crust 中部地壳，Middle crust 上部下地壳，Upper lower crust 最下地壳，lowermost continental crust
h
53
K2O-SiO2 diagram distinguishing high-K, medium-K and low-K series. Large squares = high-K, stars = med.-K, diamonds = low-K series from Table 16-2. Smaller symbols are identified in the caption. Differentiation within a series (presumably dominated by
h
17
大陆地壳的9种结构（Vp速度）类型
h
18
中国不同构造单元地壳的结构（Vp速度）
h
19
中国东部地壳的平均速度结构（Vp）
h
20
大陆地壳的岩石学结构
上部地壳：沉积岩，火山岩 中部地壳：变质沉积岩，混合岩，花岗岩 上部下地壳：中性麻粒岩，斜长角闪岩 最下地壳：基性麻粒岩，辉长岩，辉石岩
实例：Alps, Superior province
undergoes partial melting as
amphibole (A) and
phlogopite (B) dehydrate.
From Tatsumi (1989), J.
Geophys. Res., 94, 4697-4707
and Tatsumi and Eggins
(1995). Subduction Zone
岛弧的岩石成因机制
A proposed model for
subduction zone magmatism
with particular reference to
island arcs. Dehydration of
slab crust causes hydration
of the mantle (violet), which
亏损的方辉橄榄岩Fra Baidu bibliotek
这个洋中脊结 构与蛇绿岩套 相同吗？
洋中脊的岩浆活动
典型的洋壳结构
沉积物 熔岩 岩墙杂岩
辉长岩
层状堆晶辉长岩 层状堆晶橄榄岩 上地幔
这个洋壳结构与蛇 绿岩套相同吗？
洋中脊的岩浆活动
洋中脊岩石的特征
1) 典型的洋中脊玄武岩（MORB / OFB）是橄榄拉斑玄武岩， 包括海底熔岩和岩墙群。
Convergent Divergent
Alkaline
yes
Tholeiitic
yes
yes
Calc-alkaline
yes
Within Plate
Oceanic Continental
yes
yes
yes
yes
After Wilson (1989). Igneous Petrogenesis. Unwinh Hyman - Kluwer
??
现代大洋玄武岩可以按照产出的构造环境分为5类
1 MORB (Mid-Ocean Ridge Basalts)，洋壳上部的主体，包括 熔岩和岩墙，并代表大洋辉长岩的初始岩浆。
2 BABB (Back-Arc Basin Basalts)，形成于弧后扩张脊。弧后 盆地宽度60－1000km。
3 OPB (Ocean Plateau Basalts)，发育于大洋板内环境，形成 范围巨大的、厚的海底熔岩堆积。
44
岛弧岩浆活动
岛弧岩浆活动的时空变化
1) 岛弧火山岩存在成分极性，从俯冲带向岛弧方向，依次 出现拉斑玄武岩浆系列、钙碱性岩浆系列和碱性岩浆系列
2) 岛弧岩浆岩的岩石类型多样，主元素有较大的变化范围。
3) 岛弧拉斑玄武岩微量元素以Nb、Zr、Ti的负异常为特征。
4) 岛弧拉斑玄武岩来自富集地幔楔，俯冲的大洋地壳脱水 造成富集地幔楔。
浆发生机制与地球化学特征的联系。
h
1
提纲
第五章 大陆地壳的形成演化与地球化学过程 1、大陆岩石圈地幔的基本组成特征，拆沉作用与富集地幔的形成机制； 2、埃达克岩，科马提岩、片麻岩的成因与太古宙大陆生长机制；
3、大陆碰撞造山带，同碰撞与碰撞后岩浆活动：类型、地球化学及成因机制；
4、大陆裂谷带的岩浆活动类型及地球化学特征 5、大火成岩省的岩石地球化学特征 第六章 新全球构造与地球系统中的圈层相互作用 第七章 研究实例1: 太古宙大陆地壳生长机制 第八章 研究实例2: 花岗岩类成因与大地构造
4 OIB (Ocean Island Basalts)，形成海山、大洋岛、或岛链
5 IAB (Island Arc Basalts)，岛弧或Andean型活动大陆边缘
*6 CTB (Continental Tholeiitic Basalts)，产生于大陆裂谷早期
阶段，或形成溢流玄武岩。这类岩石与MORB相似，但穿过大
52
钙碱系列的细分
• 用K2O 作为指标 3 个亚系列
The three andesite series of Gill (1981) Orogenic Andesites and Plate Tectonics. SpringerVerlag. Contours represent the concentration of 2500 analyses of andesites stored in the large data file RKOC76 (Carnegie Institute of Washington).
洋－洋 岛弧 (IA) 洋－陆 大陆弧或活动大陆边缘 (ACM)
h
43
Principal subduction zones associated with orogenic volcanism and plutonism. Triangles are on the overriding plate. PBS =
1、洋中脊、蛇绿岩、大洋地壳的生长机制与地幔对流； 2、洋岛、大洋高原的岩石地球化学特征与地幔柱构造； 3、岛弧的成因：俯冲消减带的岩浆发生机制
岛弧及活动大陆边缘主要岩石组合类型及其地球化学特征
h
29
板块构造与火成岩成因
1. 洋中脊玄武岩MORB 2. 陆内裂谷 3. 岛弧火山岩IAV、IAB 4. 活动大陆边缘
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俯冲带结构
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Schematic cross section through a typical island arc after Gill (1981), Orogenic Andesites and Plate
Tectonics. Springer-Verlag. HFU= heat flow unit (4.2 x 10-6 joules/cm2/sec)
陆地壳并与之反应。
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岩浆的起源与部分熔融
•所有的岩浆都起源于地壳或上地幔已有岩石的部分熔融 •实验岩石学资料，固相线和液相线 •部分熔融发生的原因：温度达到了固相线 • 导致部分熔融发生的主要因素：
1 温度升高（外来热源使地温线改变，俯冲） 2 压力降低（地劈上升） 3 流体加入（地幔楔）
什么叫固相线？什么叫液相线？
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大陆地壳的流变学结构
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大陆地壳的成分结构
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大陆上地壳的组成
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大陆下地壳的主元素组成
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典型地壳的稀土元素组成
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问题一
大陆下地壳的主元素、微量元素和同位素组成特征
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第三章 地壳和上地幔的主要构成岩类及其地球化学
3、上地壳主要岩类的地球化学特征
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第四章 地壳和上地幔的主要构成岩类及其地球化学
Papuan-Bismarck-Solomon-New Hebrides arc. SAfter Wilson (1989) Igneous Petrogenesis, Allen Unwin/Kluwer.
不同构造环境岩石组合的差别
Characteristic
Plate Margin
Series
5. 弧后盆地
6. 洋岛玄武岩OIB
7. 各种陆内岩浆活动
金伯利岩，碳酸盐岩，斜 长岩
53
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200 km
400
?
600 km
Continental Crust
Oceanic Crust
Source of Melts
Lithospheric Mantle
?
Sub-lithospheric Mantle
什么情况下熔体能够会聚排出？
洋中脊的岩浆活动
洋中脊的地貌特征
你 知 道 现 在 全 球 的 洋 中 脊 一 共 有 多 长 吗 ？
洋中脊的岩浆活动
洋中脊的岩浆活动
洋中脊的岩浆活动示意图
洋中脊的扩张是主动还是被动？
洋中脊的岩浆活动
上升的熔融体
洋中脊的结构
沉积物 熔岩 岩墙杂岩
辉长岩，正在岩浆房结晶 层状堆晶橄榄岩
2) 不同地点的MORB具有很窄的主元素变化范围，表明许多洋 中脊岩浆的源区和岩浆形成和演化的过程是类似的。
3) 洋中脊玄武岩大部分由亏损地幔部分熔融形成，少部分由富 集地幔部分熔融形成。它们分别 称为NMORB与EMORB。
4) NMORB与EMORB在主元素组成上没有差别，在微量元素的 组成上有差别。EMORB富集不相容元素。
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a. 硅碱图 b. AFM c. FeO*/MgO 对SiO2
~ 30岛弧和大陆弧的1946个 分析数据，主要是火山岩
Data compiled by Terry Plank (Plank
and Sci.
LLeatnt.g, m90u,i3r,4199-38780).Earthh
Planet.
第九章 研究实例3: 大别－苏鲁超高压碰撞造山带的同碰撞和碰撞后岩浆活动
第十章 研究实例4: 中国东部中新生代岩石圈加厚、减薄与转型
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第三章 地壳和上地幔的主要构成岩类及其地球化学
1、上地幔的性质和相关过程
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地球的圈层结构
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地球各主要圈层的体积和质量
•地壳的厚度是地幔的0.59％；体积是地幔的 0.9％；质量是0.6％。
提纲
第一章 绪论 现代全球构造体系中的岩石成因问题 第二章 岩石地球化学研究方法的理论基础 第三章 地壳和上地幔的主要构成岩类及其地球化学
1、上地幔的岩石学组成、结构及地球化学特征，地幔的不均一性和地幔端元；
2、不同构造环境的地壳结构，下地壳的岩石学组成及地球化学特征； 3、上地壳主要岩类的地球化学特征。 第四章 大洋地壳的形成演化与地球化学过程 1、洋中脊、蛇绿岩、大洋地壳的生长机制与地幔对流； 2、洋岛、大洋高原的岩石地球化学特征与地幔柱构造； 3、岛弧及活动大陆边缘主要岩石组合的地球化学特征，俯冲消减带的岩
Magmatism. Blackwell.
Oxford.
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• 俯冲板片脱水造成LIL, 10Be, B, 等富集，并形成 富集的Nd, Sr, Pb同位素组成
• 地幔楔造成HFS亏损
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• 钙碱系列的母岩浆是高铝玄武岩, 一种典型地发育在俯 冲带环境的玄武岩
• 一些高Mg (>8wt% MgO) 高Al的玄武岩可能是原始岩 浆结晶产物，包括一些安山岩，但是大多数熔岩具有 高度演化的成分，不可能是元素岩浆结晶产物
•因此，地幔的微小变化会导致地壳的巨大变化
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地幔的形成
地球早期的核幔分离
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不同深度地幔的矿物组成和密度
上地幔 过渡带 下地幔
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上地幔的化学和标准矿物组成 - 地幔包体资料
二辉橄榄岩
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上地幔的矿物相关系
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亏损地幔的贡献－大洋地壳的形成
拉斑玄武岩
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富集地幔的贡献－大洋岛的形成
• 广泛发育的低Mg (< 6 wt. % MgO), 高Al (>17wt% Al2O3) 玄武岩可能是原始拉斑玄武岩岩浆在较深的位 置结晶分异的产物
• 分离结晶作用在不同的深度都有发育
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岛弧岩浆活动
岛弧岩浆活 动综合图示
主元素和岩浆系列
• 拉斑系列Tholeiitic (MORB, OIT) • 碱性系列 (OIA) • 钙碱系列 (~ 限于 SZ)
岩浆的起源与部分熔融
俯冲洋壳温度升高发生部分熔融 洋中脊减压熔融
地壳深部和上地幔为什么会发生部分熔融？
岩浆的起源与部分熔融
底劈上升与减压熔融
为什么会发生底劈上升？ 减压过程为什么会 造成部分熔融？
岩浆的起源与部分熔融
流体加入与部分熔融
流体为什么会引发 部分熔融？
岩浆的起源与部分熔融
部分熔融的发生与岩浆的会聚
碱性玄武岩
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地幔柱构造 Plume Tectonics
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第三章 地壳和上地幔的主要构成岩类及其地球化学
2、不同构造环境的地壳结构， 下地壳的岩石学组成及地球化学特征
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大陆地壳一般结构
地壳结构的类型： 1 速度结构、2 岩石学结构、 3 成分结构、4 流变学结构
上部地壳，Upper crust 中部地壳，Middle crust 上部下地壳，Upper lower crust 最下地壳，lowermost continental crust
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K2O-SiO2 diagram distinguishing high-K, medium-K and low-K series. Large squares = high-K, stars = med.-K, diamonds = low-K series from Table 16-2. Smaller symbols are identified in the caption. Differentiation within a series (presumably dominated by
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大陆地壳的9种结构（Vp速度）类型
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中国不同构造单元地壳的结构（Vp速度）
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中国东部地壳的平均速度结构（Vp）
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大陆地壳的岩石学结构
上部地壳：沉积岩，火山岩 中部地壳：变质沉积岩，混合岩，花岗岩 上部下地壳：中性麻粒岩，斜长角闪岩 最下地壳：基性麻粒岩，辉长岩，辉石岩
实例：Alps, Superior province
undergoes partial melting as
amphibole (A) and
phlogopite (B) dehydrate.
From Tatsumi (1989), J.
Geophys. Res., 94, 4697-4707
and Tatsumi and Eggins
(1995). Subduction Zone
岛弧的岩石成因机制
A proposed model for
subduction zone magmatism
with particular reference to
island arcs. Dehydration of
slab crust causes hydration
of the mantle (violet), which
亏损的方辉橄榄岩Fra Baidu bibliotek
这个洋中脊结 构与蛇绿岩套 相同吗？
洋中脊的岩浆活动
典型的洋壳结构
沉积物 熔岩 岩墙杂岩
辉长岩
层状堆晶辉长岩 层状堆晶橄榄岩 上地幔
这个洋壳结构与蛇 绿岩套相同吗？
洋中脊的岩浆活动
洋中脊岩石的特征
1) 典型的洋中脊玄武岩（MORB / OFB）是橄榄拉斑玄武岩， 包括海底熔岩和岩墙群。
Convergent Divergent
Alkaline
yes
Tholeiitic
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Calc-alkaline
yes
Within Plate
Oceanic Continental
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After Wilson (1989). Igneous Petrogenesis. Unwinh Hyman - Kluwer
??
现代大洋玄武岩可以按照产出的构造环境分为5类
1 MORB (Mid-Ocean Ridge Basalts)，洋壳上部的主体，包括 熔岩和岩墙，并代表大洋辉长岩的初始岩浆。
2 BABB (Back-Arc Basin Basalts)，形成于弧后扩张脊。弧后 盆地宽度60－1000km。
3 OPB (Ocean Plateau Basalts)，发育于大洋板内环境，形成 范围巨大的、厚的海底熔岩堆积。
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岛弧岩浆活动
岛弧岩浆活动的时空变化
1) 岛弧火山岩存在成分极性，从俯冲带向岛弧方向，依次 出现拉斑玄武岩浆系列、钙碱性岩浆系列和碱性岩浆系列
2) 岛弧岩浆岩的岩石类型多样，主元素有较大的变化范围。
3) 岛弧拉斑玄武岩微量元素以Nb、Zr、Ti的负异常为特征。
4) 岛弧拉斑玄武岩来自富集地幔楔，俯冲的大洋地壳脱水 造成富集地幔楔。
浆发生机制与地球化学特征的联系。
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提纲
第五章 大陆地壳的形成演化与地球化学过程 1、大陆岩石圈地幔的基本组成特征，拆沉作用与富集地幔的形成机制； 2、埃达克岩，科马提岩、片麻岩的成因与太古宙大陆生长机制；
3、大陆碰撞造山带，同碰撞与碰撞后岩浆活动：类型、地球化学及成因机制；
4、大陆裂谷带的岩浆活动类型及地球化学特征 5、大火成岩省的岩石地球化学特征 第六章 新全球构造与地球系统中的圈层相互作用 第七章 研究实例1: 太古宙大陆地壳生长机制 第八章 研究实例2: 花岗岩类成因与大地构造
4 OIB (Ocean Island Basalts)，形成海山、大洋岛、或岛链
5 IAB (Island Arc Basalts)，岛弧或Andean型活动大陆边缘
*6 CTB (Continental Tholeiitic Basalts)，产生于大陆裂谷早期
阶段，或形成溢流玄武岩。这类岩石与MORB相似，但穿过大
52
钙碱系列的细分
• 用K2O 作为指标 3 个亚系列
The three andesite series of Gill (1981) Orogenic Andesites and Plate Tectonics. SpringerVerlag. Contours represent the concentration of 2500 analyses of andesites stored in the large data file RKOC76 (Carnegie Institute of Washington).
洋－洋 岛弧 (IA) 洋－陆 大陆弧或活动大陆边缘 (ACM)
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Principal subduction zones associated with orogenic volcanism and plutonism. Triangles are on the overriding plate. PBS =
1、洋中脊、蛇绿岩、大洋地壳的生长机制与地幔对流； 2、洋岛、大洋高原的岩石地球化学特征与地幔柱构造； 3、岛弧的成因：俯冲消减带的岩浆发生机制
岛弧及活动大陆边缘主要岩石组合类型及其地球化学特征
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板块构造与火成岩成因
1. 洋中脊玄武岩MORB 2. 陆内裂谷 3. 岛弧火山岩IAV、IAB 4. 活动大陆边缘