火山岩-侵入岩岩石构造组合判别

附录 4-2-D 火山岩（及共生侵入岩）的大地构造相—岩石构造组合
（一）洋中脊扩张（Mid-Ocean Ridge Spreading） （MORS）环境的火山岩组合 洋中脊玄武岩（MORB）＋辉绿岩岩墙和岩席＋辉长岩及其堆晶岩＋斜长花岗岩（pl-r）＋变质 橄榄岩。其中火山岩为 MORB，即低 K2O（0.2wt%）的橄榄拉斑玄武岩（Ol-th） ，按玄武岩 CIPW 四面体分类为为标准矿物橄榄石 （Ol-norm） ＋标准矿物辉石 （Hy-norm） ； 斑晶组合为 Ol （Fo＝7391） ± 镁铬尖晶石（Al2O3：1230wt%，Cr2O3：2545wt%） ，或斜长石（Pl，An＝8840）＋Ol± 镁铬尖 晶石，或 Pl＋Ol＋普通辉石（Wo=3540，En=50，Fs=1015） ；岩相学上普通辉石是唯一的辉石（无 斜方辉石） ，和二个世代的 Ol（即斑晶与基质中均有 Ol） ；演化趋势为拉斑玄武岩系列（th） （采用 SiO2－FeO*/MgO 图判别，其中 FeO*（为全铁）＝FeO＋0.8998Fe2O3） 。 MORB 以低 K2O 和斑晶组合中普通辉石为唯一的辉石，以及二个世代的 Ol，区别于岛弧、洋 岛和大陆环境的拉斑玄武岩。 MORB 的痕量元素和同位素特征： 在球粒陨石标准化稀土元素 （REE） 分配图中为轻稀土 （LREE） 亏损模式，在球粒陨石标准化的微量元素蛛网图中表现为大离子亲石（LIL）元素（包括 LREE）亏 损模式。同位素组成特征：87Sr/86Sr 初始值=0.702290.70316，143Nd/144Nd 初始值，0.51300.5133。 （二）洋岛（ocean island）环境的火山岩组合 形成于大洋板块内部，在 SiO2－FeO*/MgO 图上为拉斑玄武岩系列演化趋势，在 SiO2－Alk 图 上则碱性系列与亚碱性系列均发育；出现宽的岩石组成谱系，以 Na 质系列（据 TAS 分类）的夏威 夷岩（橄榄中长玄武岩） （位于 TAS 图解中的 S1 区） 、洋岛碱性玄武岩类（OIA） 、洋岛拉斑玄武岩 （OIT）为主，富含橄榄岩捕虏体和高压巨晶。 洋岛拉斑玄武岩 （OIT）的矿物学特征是： Ol 只作为斑晶出现（基质中无 Ol） ， 有二种辉石 （Cpx ＋Opx） ，有高的 Hy-norm，K2O>0.2wt%，以此区别于 MORS 的橄榄拉斑玄武岩（Ol-th） 。 洋岛碱性玄武岩（OIA）包括碱性橄榄玄武岩、碧玄岩、霞石岩（玄武岩四面体分类） ，在矿物 学上有二个世代 Ol（斑晶和基质） ，只有一种 Cpx，这种岩相学特征类似于洋中脊橄榄拉斑玄武岩 （Ol-th） ， 但是， 以有 Ne-norm、 Alk （K2O＋Na2O） 高、 位于 TAS 分类图中的 S1 区和 U1 区， K2O>0.2wt% 等，而区别于 MORS 的橄榄拉斑玄武岩（Ol-th） 。 在岩石组合上，以出现 OIA 和双峰式组合（玄武岩-粗面岩-（响岩） ，玄武岩-碱性流纹岩（ 碱性粗面岩） ）和富集不相容元素，区别于 MORB 环境的岩浆岩组合；以出现缺失或极少量中性岩 为特征的双峰式岩浆岩组合而区别于岛弧和大陆边缘弧岩浆岩组合。此外还有 Ol-粗安岩（S2）和歪 长粗面岩（S3）＋粗面岩类＋碱性流纹岩＋响岩，以及相应的 Na 质系列的侵入岩类。 洋岛玄武岩在球粒陨石标准化的 REE 分配图和微量元素蛛网图上表现为 LIL 和 LREE 富集型， 并以明显的 K 谷（相对于 Nb 和 La） 、Nb、Ta 峰（相对于 K 和 La）和 Zr 谷（相对于 Sm 和 Ti）而 区别于 MORB 。同位素组成特征为： 87Sr/86Sr 初始值＝ 0.702720.70651 ， 143Nd/144Nd 初始值＝ 0.51300.5123。 （三）岛弧环境的火山岩组合 岛弧（island arc）指两个大洋板块会聚的地带，其中一个板块向另一板块俯冲而形成沟弧盆体 系。岛弧环境包括岩浆岩弧、弧前和弧后环境，但岩浆岩组合只适用于表征岛弧总环境，难以识别 弧、弧前和弧后环境，它们需要结合大地构造、沉积建造、变质建造等综合分析才能鉴别。 1、高镁安山岩（boninite）—岛弧拉斑玄武岩（IAT）—方辉橄榄岩（harz）是大洋岛弧的特征 性岩石组合，发育于弧、弧前和弧后，可有共生的高镁闪长岩（HM） ；高镁安山岩之 MgO＞6%，
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其中以玻镁安山岩（boninite）为常见，亦形成于岛弧最早期。发育于弧前的高镁安山岩 MgO 异常 高（可高达 19wt%-24wt%） ，有时也见较低 MgO（11.57wt%）的高镁安山岩，当与岛弧拉斑玄武岩、 高铝玄武岩、钙碱性系列甚至碱性橄榄玄武岩（AOB）等共生时，则发育于成熟岛弧。MORS 和洋 岛环境中没有这一岩类组合。 2、洋内岛弧（intra-oceanic island arc）常是不成熟的岛弧，代表初始俯冲产物，组成岛弧主体 的火山岩以拉斑玄武岩为主，常称为拉斑系列岛弧，还有少量分异形成的拉斑玄武岩系列安山岩和 英安岩， 常形成于岛弧发育早期阶段， 空间上靠近海岸一侧。 拉斑系列的 （SiO2－FeO*/MgO） >50%； 以 TiO2<1.2wt%区别于洋中脊与洋岛玄武岩类。 3、成熟的岛弧主体为钙碱性系列火山岩，最常见的为玄武岩—安山岩—英安岩—流纹岩，其中 安山岩占主导地位；主要为中钾钙碱性系列，少量为高钾钙碱性系列，火山岩为高铝玄武岩类型 （Al2O3≥16.5%） ，CA 系列（SiO2－FeO*/MgO）>50%。 4、此外岛弧环境还发育埃达克岩。 5、 在 MORB 标准化的微量元素蛛网图上， 岛弧拉斑玄武岩表现为 LIL 富集、 高场强元素 （Nb、 Ta、Zr、Hf、Ti）与 REE 的亏损；岛弧钙碱性玄武岩则表现为 LIL 富集，且总体上高场强元素和重 稀土亏损（为谷） 、以及轻稀土（Ce） 、中稀土（Sm）和磷（P）表现为富集（为峰） 。 （四）大陆边缘弧环境的火山岩组合 岩石组合与岛弧地区类似，但也有区别。火山岩以安山岩、英安岩和流纹岩为主的组合（少量 玄武岩） ；其中基性、中期性岩类 Al2O3 含量高（一般＞16.5%） ，英安岩和流纹岩多于岛弧区，且火 山碎屑岩更多。共生的侵入岩类以侵入岩以 TTG 和碱性花岗岩（）为主，还有无负 Eu 异常的石英 二长闪长岩（Q） 、二长闪长岩（） 、二长岩（） 、石英二长岩（Q） 、正长岩（）和辉长岩（） ， 微晶闪长岩质包体广泛发育，其中 TTG 组合发育于靠海沟一侧，碱性花岗闪长岩和碱性花岗岩组合 （-）发育于靠内陆一侧。 岩石系列（采用 SiO2－FeO*/MgO 图解判别）以钙碱性系列占绝对优势（>80%） ，此外还有钾 玄岩系列（也称碱性橄榄玄武岩系列，Shoshonite series） ，其中以高钾和中钾钙碱性系列为主，低钾 钙碱性系列则很少见（采用 SiO2－K2O 图解判别） 。 火山岩的 K2O 含量与空间分布关系密切，表现为在 SiO2 含量相同的情况下， 在空间上由洋侧向 内陆，在时间上由早期不成熟到晚期成熟的岩浆弧，岩石可从岛弧拉斑玄武岩系列（TH）低钾钙 碱性系列（LKCA）中钾钙三性系列（MKCA）高钾钙碱性系列（HKCA）钾玄岩系列（SH） 演变；K2O 含量和 K2O/Na2O 比值均有增加趋势，以玄武岩—玄武安山岩占优势，变为以安山岩占 优势，再演变为安山岩—英安岩—流纹岩组合，侵入岩则从 TTG 组合碱性花岗闪长岩和碱性花岗 岩组合变化；矿物学方面，斑晶斜长石含量多，可出现正环带、韵律环带或反环带，暗色矿物除普 通辉石、 角闪石和黑云母常见外， 还可出现少量紫苏辉石； 基质中磁铁矿体积分数高， 个别可达 10%。 另一重要特点是钙碱性火山岩与侵入岩密切共生，平行于大陆边缘的深成杂岩广泛分布，多为火山 口沉降被动侵位于地表 3-4km 以下的。反映随俯冲深度增加，相应地地壳成熟度与厚度逐渐加大， 火山岩浆中的大陆地壳组分也相应增多，这种现象称为“组成极性”，可用于判别古火山作用是否与 俯冲有关，并恢复古俯冲方向。 以 MORB 标准化的痕量元素蛛网图上，除 Y 和 Yb 亏损外，其它均富集，LIL 为强富集，高场 强元素的轻、中稀土元素总体上弱富集，在弱富集背景之上，Nb、Ta 和 Zr、Hf 常显示“谷”形。 （七）陆－陆碰撞带的火山岩构造组合： 主洋盆消失时的陆—陆碰撞及其后的继续汇聚导致的陆内块体间的碰撞，统称为与大陆碰撞有 关（collision-related）的过程，总体特征为：早期时大陆边缘弧特征，晚期是后碰撞岩浆岩特征，其 鉴别需要根据两个大陆之间的洋区消失、岩石建造、大型构造变形、以及后碰撞岩浆岩出现的最早
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时间来限定。高钾钙碱性系列（HKCA）和钾玄质系列（SH）是大陆碰撞造山带的典型组合，包括 玄武岩—玄武安山岩—安山岩—英安岩—流纹岩组合等。陆陆碰撞带的火山岩可分为 4 种岩石组合 （Harris et al.，1986；邓晋福等，2004） ： 1、碰撞前的钙碱性弧火山岩组合，是由陆间洋盆闭合前的俯冲作用产生的岩浆活动，源区主要 是受俯冲洋壳改造的地幔楔，岩石地球化学特点与现代弧火山相似。 2、同碰撞阶段常常缺乏岩浆岩，但有时也出现过铝质（S 型）花岗质岩石（如二云母或白云母 花岗岩等）或以高硅流纹岩为主的火山岩。例如青藏高原即发育 65Ma45Ma 的林子宗火山岩和同 时代的冈底斯花岗岩类。 3、碰撞后或碰撞晚期钙碱性花岗质岩石，以侵入岩类为主，与碰撞后的热释放导致温度上升有 关，并伴随有造山后的地壳隆升。 4、碰撞后的碱性杂岩，一般为幔源侵入杂岩，与板内岩浆活动有类似特征，与 A 型花岗岩相 当的 A 型火山岩非常值得注意，包括后造山和非造山两类，前者如福建永泰—德化的白垩纪含碱性 暗色矿物的过碱性流纹岩，后者如长白山天池第四纪过碱性流纹岩（有过碱性粗面岩和碱性玄武岩 共生）两类。 （八）后碰撞（post-collision）环境的火山岩组合 以 SiO2－K2O 图中 sh 系列为主+HCKA 系列的火山岩与侵入岩组合。这个组合中，常以安粗岩 和二长岩（）为主，广泛分布无 Eu 异常 REE 分布模式，这一组合标志陆内块体之间的继续会聚方 式是分布增厚机制。还出现以含 MS（白云母） 、Cord（堇青石） 、Ga（石榴石）为特征矿物的强过 铝花岗岩类，A/CNK1.1，这一组合标志陆内块体之间的继续会聚方式是陆内俯冲机制，即一个陆 壳块体俯冲在另一个块体之下。需注意的是：本处定义的后碰撞环境在 Peace 的 Rb-Y-Nb-Ta 图解中 位于同碰撞（syn-COLG）区。 （九）后造山（post-orogenic）环境的火山岩组合 该组合的重要性在于，它限定一个造山作用旋回的结束。 1、双峰式火山岩和侵入岩，双峰式岩墙群，双峰式意指同时发育镁铁质和长英质岩浆岩，缺乏 中性岩类。 2、过碱性花岗岩与 CA 花岗岩的共生（发育晶洞构造、高温石英和碱性条纹长石） 。 3、后造山脉岩组合与小岩体群，成分变化谱系很宽的小量岩浆活动广泛分布，是山根拆沉作用 的标志。 （十）大陆裂谷环境的火山岩组合 大陆裂谷最显著的特征是以玄武岩—粗面岩岩石组合为代表的双峰式火成岩组合。与岛弧和大 陆边缘火成岩弧的组成极性形成鲜明对照的是：大陆裂谷区火山岩以碱性系列为主，其中玄武岩以 碱性玄武岩类为主，包括碱性橄榄玄武岩、碧玄岩、霞石岩、白榴岩、响岩，还有过碱性粗面岩（正 长岩） 、英安岩、流纹岩（花岗岩） ，火山岩岩常呈组成对称的水平分带，类似于洋中脊玄武岩的时 空分布式样；岩浆向过碱性方向演化，无共生的钙碱性花岗岩类，有的晚期还有碳酸岩岩浆活动。 随时间推移，裂谷火山岩可由碱性玄武岩变为拉斑玄武岩，表明裂谷扩张速度加大并最后转化为洋 盆的拉开；而有的裂谷带则由拉斑玄武岩变为碱性玄武岩，记录了岩石圈扩张速度减小，最后导致 裂谷作用与边缘海扩张停止。 （十一）与伸展环境有关的双峰式火山岩构造组合 双峰式组合形成于伸展环境，也可分为后造山和非造山两类，如拉斑系列和碱性系列双峰式组 合一般为板内裂谷的非造山环境，而与造山带过碱性 A 型流纹岩共生的钙碱性流纹岩与玄武岩类组