08 板块构造与岩浆活动

(3) 具相对高的Al2O3和Cr含量、以及大离子亲石元素（LIL)，
如Rb、Cs、Sr、Ba、Zr、U、Th； 轻稀土亏损或平坦型稀
土模式区别于大陆和岛弧拉斑玄武岩
（4） Sr87/Sr86低（0.702-0.704）
大洋中脊的侵入岩组合
•
•
大洋中脊的侵入岩组合：辉长岩和橄榄岩。
辉长岩有两类：一类是早期结晶分异形成的 堆晶岩；另一类是由强烈分异后残余熔体形
根据岩浆岩的地球化学指标，可以 将其划分为三个系列：
①碱性系列(A) ②钙碱性系列(CA) ③拉斑玄武岩系列（TH)
其分布受板块构造环境控制。 • La Maite (1989)划分出低K、中K、 高K岩石（红色虚线为界线）
• 分别与Rinwood(1989)划分的低K 拉斑系列、钙碱性系列和高K钙碱性 系列相对应（黄色区域是Rinwood汇 总的界线区域）
玄武岩的划分
按岩石化学成分划分
拉斑玄武岩——SiO2多(49-51%)，碱少(K2O+Na2O为2-4%） 矿物为基性 Pl+Py，可以有Ol，并呈斑晶
广泛分布，产于岛屿，洋中脊，深海盆地和大陆
如：峨嵋山玄武岩 高铝玄武岩——Al2O3高（>16%），SiO2比拉斑低，
矿物成分同上相似，但斑晶中可出现碱性长石
二、板块扩张带（洋中脊）岩浆活动
• 大洋中脊----离散型板块边缘，也是洋 壳产生的地方，表现为大规模的裂隙 式火山喷溢，长6万公里的大洋中脊实 际上是全球最大的火山活动带。 • 据梅纳德（H.W.Menard）估计，每年 从中脊轴部喷出的火山物质约有4立方 公里，大大超过了全球所有其它地区 喷出的火山物质总量。 • 由于洋底深处，静水压力超过岩浆中 水蒸气压力，故熔岩沿裂隙平静的溢 出。
化范围（0.7035-0.7110）。 碱性系列是裂谷初期形成，而TH系列是裂谷期产物。 2）双峰式火山岩（Bimodel Volcanic Complex）：基性岩浆和酸性岩共 生，其间很少有中性岩，反映了基性和酸性岩浆的准同时喷发。
双峰式组合： 拉斑玄武岩—流纹岩组合 碱性玄武岩—粗面岩组合
缺失中性（安山质）岩石
大陆裂谷岩浆活动
•裂谷岩浆活动的基本特征
（1）裂谷带岩浆岩系列：
裂前拱阶段------碱性系列 大陆裂谷阶段-----碱性系列和K略高的大陆拉斑系列
大洋裂谷阶段-----低K的洋脊拉斑玄武系列
随着大陆板块分裂直到形成大洋裂谷，岩浆碱度逐步下降；
（2）岩性类型：喷出或侵入岩均以基性和超基性岩最丰富； （3）拉张构造背景及结晶分异作用控制了裂谷岩浆演化； （4）裂谷岩浆主要是幔源的，含有地幔岩包体，初始Sr比值较低
洋中脊剖面与MORB
洋脊拉斑玄武岩主要特征：
(1) 斑晶为：橄榄石或斜长石; 基质矿物：橄榄石、斜长石、 单斜辉石和铁矿物，常含有玻璃质。 （2）低钾(K2O<0.4%)、高钛(TiO2为0.7-2.3%)、P2O5含量低 (<0.25%), (FeO + Fe2O3 ) / MgO = 0.7-2.2。
份的散失，因而水压很低，不足以产生安山质岩浆。
• Nicholls和Ringwood认为大洋拉斑玄武岩相当于岛弧
拉斑玄武岩的无水等效物。
•洋岛的岩浆活动
• 岩性：橄榄玄武岩、碱性玄武岩、 粗面岩、碱性流纹岩、霞石岩、碧 玄岩等。 • 与洋脊拉斑玄武岩系列相比较，富 碱性（尤其富K），Cr、Ni低；Ba 、Sr、Rb和Zr高。
第八讲 板块构造与岩浆作用
岩浆岩和板块构造研究成果表明，岩浆岩
的形成和分布主要受板块构造控制，即在
不同的板块边界和部位，形成不同的岩浆 岩共生组合。
概述
二十世纪初期，发现不同类型的火成岩具有显著的地域
分布规律。
• 板块产生前构造前：单纯的地理性区域概念尚未明确地涉及构造背景
•A.哈克提出大西洋和太平洋岩域(Province)的概念 • 沃尔夫根据大陆玄武岩分布，增加了北极岩套(Arctic Suite)的概念 • 1921年尼格里根据含钾岩流，又提出了地中海岩套的概念。 •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；即火成岩组合、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。
概述
• Ringwood(1969)提出了按板块构造环境分类岩 浆的意见，以及岩浆产生与板块构造相互关
系的示意图。
• Condie(1976) 提出：大多数岩浆是在板块边缘 生成的，进一步分为汇聚边缘、离散边缘、 边缘盆地、大洋盆地、裂谷系、克拉通和碰 撞带等不同环境及其相应的岩石构造组合。 • 80年代以来，人们系统地总结了不同的岩浆 系列以及板内、边缘盆地、岛孤等各种构造 环境的岩浆作用、火成岩组合以及岩浆成因 机制，从而使得火成岩大地构造学作为一门 新的地质学科日趋完善。
分布于岛弧，活动大陆边缘，造山带 碱性玄武岩—— SiO2(45-48%) , SiO2不饱和，碱高, K2O更高 矿物成分同上相似，常含有大量Ol ，可以有 碱性长石，似长石 产出环境：大陆，大洋岛屿 如：我国东部很多，海南岛—五大连池以东
二、大陆裂谷岩浆活动
• 岩浆机制：裂谷带之下热地幔上涌和岩石圈伸展变薄 • 初始裂谷作用阶段，岩石圈破裂前拱起阶段，伴随大面积陆相碱性和 次碱性玄武岩喷发。 • 当伸展作用进一步加强，岩石圈下部由于软流圈物质的挤入和岩石圈 的向下陷落而变薄，上部则因铲式断层效应和塑性流动而伸展，于是 地壳表面发生沉降，形成陆内裂谷或大陆裂谷(intracontinental rift)。
拉斑玄武岩系列（TH）
• 岩石类型：包括大量基性（拉斑玄武岩）、少量中性岩（冰岛岩，富Fe, 低K, 低Al）
和及少量的酸性岩（铁质英安岩、流纹岩）
• 矿物成分：主要暗色矿物：辉石、含少量或不含橄榄石，基本不含角闪石、黑云母;
浅色矿物：斜长石（斑晶为钙长石-培长石、基质为拉长石）
• 化学成分：SiO2：48-63%；低钾：K2O<1%；TiO2含量低，Na2O/K2O高达5-40% , Rb、Sr
铝玄武岩（SiO2<53%）、安山岩（SiO2 53-63%）、英安岩（SiO2 63-68%） 及流纹岩（SiO2>68%），其中安山岩最常见，其次是英安岩、流纹岩等。
• 矿物成分：普遍含有角闪石和黑云母
• 化学成分：SiO2弱饱和、K2O、TiO2以及大离子亲石元素含量均较拉斑玄武
岩系列高。如：Rb：10-90ppm；Sr、Ba含量为200-400ppm。Al2O3含量高， 在安山岩为16-18%，富集轻稀土元素。
酸性 增强
SiO2 (wt.%) 岩石大类 <45 45-53 53-66 超基性 基性 中性
典型岩石 橄榄岩-科马提岩 辉长岩-玄武岩 闪长岩-安山岩
>66
玄武岩
酸性
花岗岩-流纹岩
橄榄岩
花岗岩
花岗闪长岩
碱性岩：似长石类矿物
不能与SiO2共存，属于SiO2不饱和矿物 1. 霞石
霞石Na[AlSiO4]——钾霞石K[AlSiO4], 高温时为连续固熔体系列 产于富含Na2O而SiO2不饱和岩浆岩中， 六方短柱，厚板状
1-大陆裂谷的火山岩（喷出岩）
岩石组合：以溢流玄武岩组合或双峰式火山岩为特征（两者同出现或
仅有其中之一）。
1）玄武岩：主要是拉斑系列（TH)和碱性系列(A)的玄武岩， 与洋中脊 TH 相比， 富K2O （平均0.66% ）， 具较高的Ba 、Sr 、Rb 、U 、
Th 和Rb/K 、Rb/Sr、LREE显著富集，Sr87/Sr86较高并具有较大的变
素含量高，Rb 达75-120ppm，Sr、Ba含量分别为700-1000ppm；具富集型稀土 元素分配型式，LREE含量高。
• 构造环境：发育应力作用微弱的地区，如大型海洋盆地和大陆克拉通区。
• 3种岩浆岩系列的分布与板块构造密切相关
• 据K.C.Condie(1982)研究它们与板块构造关系如表所示。
霞石
2. 白榴石，K[AlSi2O6]
正方晶系（假等轴晶系） 自形晶，四角三八面体
西藏白榴石斑岩（赵 志丹，2010）
霞石----似长石类矿物
Na3K(SiAlO4)4
六方短柱，厚板状
霞石
霞石
SiO2饱和度与矿物组合
Al2O3饱和度与矿物组合
分类 过铝质 岩石 偏铝质 岩石 比值特征 Al2O3/(K2O+Na2O+CaO)>1 特征矿物 白云母、黄玉、电气石 、刚玉、矽线石、红柱 石 铝硅酸盐矿物：黑云母 、角闪石、黄长石等 长石类、似长石 碱性镁铁质矿物类：霓 辉石、霓石、钠闪石、 碱锰闪石等
• 环境：挤压应力为主的地区
岛弧区板块俯冲带及碰撞带 为岛弧的标志性岩石。
碱性系列（A）
• 岩石类型：碱性玄武岩、霞石岩、粗面岩、安粗岩、响岩
（夏威夷岩：含碱性长石的中性岩类）等。
• 矿物成分： 斜长石以中长石常见，含碱性长石和似长石。 • 化学成分： SiO2不饱和，富碱质≥5-7%，富钾K2O，为2-4%；大离子亲石元
2-大陆裂谷侵入岩
岩性包括：辉绿岩岩床和岩墙群、层状基性侵入体、金伯利岩、碳酸
岩及镁铁质碱性岩
1）辉绿岩岩床和岩墙群：在裂谷带的溢流玄武岩区域或其外围，成分 可以是拉斑玄武岩质，也可以是碱性橄榄玄武岩质，与溢流玄武岩的 岩浆同源。 2）层状基性侵入体：成分相当于辉长岩的侵入岩是大陆裂谷带的典型 岩浆岩组合之一，岩体规模变化很大，小至一个岩株，大者为岩基。
、Ba、Th、U等离子亲石元素含量很低（Rb=1-30ppm）,Sr=100-300ppm，Ba=10-100ppm
• 环境：拉张和弱挤压应力状态下，分布极广，按形成环境不同分为：
（1）大洋中脊拉斑玄武岩
（2）岛弧拉斑玄武岩 （3）洋岛拉斑玄武岩
（4）大陆（裂谷）拉斑玄武岩
钙碱性系列（CA）
• 岩石类型：喷出岩以安山岩为主，侵入岩以花岗闪长岩为主，本系列包括高
洋中脊岩浆活动
• 中脊岩浆源：来源于软流圈，由 于拉张作用、压力降低，熔点降
低，软流圈物质(橄榄岩) 分熔出玄
武岩浆( 主要TH)。 • 喷出岩：TH岩浆乘隙上涌，溢出 海底，形成枕状熔岩，构成洋壳 第二层的上部 • 侵入岩：辉绿岩岩墙形式，构成 洋壳第三层的上部，或冷凝成辉 长岩成为洋壳第三层的组成部分
成的辉长岩。
• 橄榄岩也有两类：一类是地幔岩部分熔融后 残留下的；另一类是结晶分异作用的产物。
•
洋脊拉斑玄武岩成因：在小于30km深度内，
由部分亏损地幔橄榄岩经20—30%的部分熔 融形成的。
•
辉长岩和橄榄岩：原始熔体的分离结晶有关
洋中脊缺乏安山岩的原因-----缺水
(1) 没有俯冲作用发生，因此也没有水份带入上地幔。 (2) 由于地壳较薄，沿中脊的一些扩张裂隙不能阻止水
ຫໍສະໝຸດ Baidu2-大陆裂谷侵入岩
3）金伯利岩、碳酸岩及镁铁质碱性岩：
金伯利岩-- 富Mg 、 富K的超基性岩， SiO2 =20-38% ；K2O/Na2O=2-5；
MgO/K2O很高20-70，以岩颈和岩脉的形式，产在前∈地盾区内的大陆裂 谷带。新鲜金伯利岩的Sr初始值为0.7037-0.7046。 碳酸岩-由碳酸盐矿物组成的火山岩，SiO2<20%，主要矿物是方解石、 白云石、铁白云石及Fe、Mn、Na的碳酸盐，呈圆形、椭圆形的岩颈、锥 形岩席产出，有的则是喷出的碳酸质熔岩。 镁铁质碱性岩（霓霞岩类）：SiO2=38-45%，K2O+Na2O=5-10%， K2O/MgO为3-10，常以小岩株，特别是以环状中心侵入体产出。
Al2O3/(K2O+Na2O+CaO)<1
亚铝质 (K2O+Na2O)<Al2O3<(K2O+Na2O+CaO) 岩石 过碱质 岩石 (K2O+Na2O)>Al2O3
火山岩的TAS图解 (Total Alkalis-Silica diagram)
（引自La Maitre等，2002
一、岩浆系列划分
Ringwood(1969) 板块构造岩浆产 生与板块构造相互关系
板块构造与岩浆作用
一、岩浆系列
二、大陆裂谷带及大陆板块内岩浆活动
三、板块扩张带的岩浆活动
四、板块俯冲带的岩浆活动
五、花岗岩与板块构造
六、蛇绿岩套
七、埃达克岩及其构造意义
岩浆岩的主要岩石类型
碱性程度(碱度)： 里特曼指数σ＝(K2O＋Na2O)/(SiO2－43) （wt％）σ值越大碱性程度愈强。 σ＜3.3者称为钙碱性岩；σ＝3.3－9者为碱性岩；σ＞9者为过碱性岩。