火山岩区地质填图中的有关问题区调班2017

美洲西部的例子:北美科迪勒 拉大岩基，西部Sr初始比低
海岸岩基； 爱达荷岩基（98－54Ma,从西向 东，年龄变新）； 内华达山脉岩基 半岛山脉岩基
成分与时间极性：秦岭古生代岩浆岩成分极性
在440-450Ma左右至410Ma左右的时期，古秦岭洋（始特提斯）俯冲的方向是从北向南的
产于岛弧环境中的火山岩组合十分复杂多样，其岩 浆源区的物质组成和形成机制有所差异，但地球动 力学过程却十分相近：
热能的累积(温度升高)
地幔或地壳源区的岩石只 有当该区的热能累积到一定的 程度，温度达到岩石熔融的温 度（固相线温度）并持续热能 的累积岩浆才会发生。目前所 公认的热能来源主要有两个:
•一种是有热流（热的物质流或热流体流）进入某地区产生热 对流（Thermal — Convection），导致了热能的积累及温度 上升， •一种是源区含有不移动的放射性生热元素（如K、U、Th）， 通过长期衰变产生热能导致该区温度升高。
古近纪林子宗组 钙碱性火山岩 65-~45Ma
晚白垩世 设兴组碎屑岩
65-45Ma的林子宗火山 岩如果形成在碰撞之后， 它们具有的火山弧岩浆岩 的地球化学特征（亏损 Nb,Ta等高场强元素说明 了什么？
碰撞、后碰撞和碰撞后（板内）阶段的火山作用
地幔柱观点
板内热点、地幔柱与大陆泛 流玄武岩：岩浆来自660Km的弱亏损-富集的OIB库 （Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology）
火山岩区地质填图中的有关问题

火山岩区地质填图中的有关问题
• • • • • • 火山活动的基本规律 火山岩的喷发方式、产状 火山岩相及填图的意义 火山构造的级别划分和识别 火山机构的识别圈定-----火山岩填图的方法 火山岩剖面测量及喷发旋回、韵律的研究
火山活动的位置
大西洋 火山带
地中海 火山带
典型的钙碱性火山岩是源于俯冲流体交代的地幔楔部分熔融的产物 埃达克岩是被地幔橄榄岩混染的俯冲板片熔体； 富 Nb 玄武岩为被俯冲板片熔体交代的地幔橄； TTG 岩石组合是太古宙时期（板块更小，地温梯度更高， 俯冲岩石 圈更热， 速度更快） 俯冲洋壳可能在较浅部位发生部分熔融的产物[22 ］， 它与埃达克岩相似 （许多 TTG 也可归并为埃达克岩）， 只不过在 形成时代和发生部分熔融的深度上有所差异， TTG 还有可能是加厚地 壳底部含水玄武质岩石的熔融而形成的； Sanukitoid（赞岐岩）是被 TTG 熔体交代的地幔楔部分熔融形成的 ， 或是来自消减板片的熔体（TTG）与上覆地幔楔混合的产物[54， 62 ～63］， 形成机理类似于现代的富 Nb 玄武岩 ； Boninite（玻镁安山岩） 是强烈亏损的大洋岩石圈地幔岩石在有水 （俯冲流体 ） 参与时低压高温高程度部分熔融形成的。各类岩石组合 对源区性质，构造背景都有很好的指示作用。
（2）H2O的存在还使得体系处 于高fO2的条件，岩浆结晶时磁铁 矿在早期晶出，岩浆不发生富铁趋 势的演化，而这正是钙碱性系列玄 武岩与拉斑系列不同之处；
（3）岩浆形成上升后，因压 力降低，H2O逸出而减少，岩 浆的液相线温度将快速上升而 导致快速结晶，并常伴随有结 晶分异作用，形成玄武岩-安 山岩-英安岩组合。
陆边缘弧火山岩 构造环境：是大洋岩石圈向大陆俯冲的板块会聚地带，处于强烈的 挤压状态，地壳水平方向缩短，垂直方向加厚。
与岛弧火山岩相比， 活动 大陆边缘所产生的火山岩在 岩浆上升过程中， 会经历更 强烈的结晶分异作用和同化 混染作用，从而形成的岩石 更酸性（岩石组合以安山岩 ，流纹岩为主），具有更高 的 K、Sr、Rb、Ba、Zr、 Th、U、K ／ Rb、Fe ／ Mg 和更宽的 87Sr ／86Sr、 143Nd／ 144Nd、Pb同位素 组分。这些主要是大陆壳物 质卷入岩浆作用过程造成的 ，尽管地幔楔也起到部分作 用。
洋中脊岩浆作用模型 （a)熔岩喷发； (b)岩墙侵入； ©堆晶岩形成； (d)纯橄榄岩和 铬铁矿透镜体形成 （据 Gass and Smewing， 1 9 8 1; Gass et al., 1985, Episode s) 。
大陆裂谷玄武岩
构造环境：大陆裂谷是大陆内部的拉张地带，是陆 壳裂解、减薄向洋壳转变的位置。 物化条件：岩石圈拉伸缓慢，软流圈上涌速度慢， 减压熔融的部位深，温度增加幅度小，因此熔融程 度一般低于洋中脊环境。 源区成分特点：未经亏损，或亏损程度不大 形成岩浆：富K2O+Na2O及不相容元素。如碱性 玄武岩碱性橄榄玄武岩、碧玄岩、霞石岩等类型， 随着裂谷的发展，软流圈进一步上升，可形成大量 的拉斑玄武质岩浆，且成分越来越与洋脊玄武岩相 似。
5
辉石的分离结晶导致富钾演化趋势 7 4 3 1 6
Continental Crust
2
200 km
400
Oceanic Crust
Lithospheric Mantle
Source of Melts
?
600 km
?
Sub-lithospheric Mantle
?
?
科希斯坦地体地质简图
巴基斯坦北部喜马拉雅科希斯坦新特 提斯洋内弧火成岩高场强元素丰度与 海沟距离的关系.也比较了伊豆-小笠原 -马里亚纳岛弧（IBM)的情况。
环太平洋 火山带
东非火 山带
现代活动的四个火山岩带：环太平洋火山带、大 西洋火山带、地中海火山带和东非火山带
大部分火山活动与板块边界的 活动构造密切相关，而发生在 板内热点处的火山活动要少得 多
火山活动的主要部位： 扩张板块边界：大洋中脊、大陆裂谷 会聚板块边界：岛弧或活动大陆边缘 转换板块边界：洋中脊转换断层 板内热点：
与不同成因相对应的火山活动可分为： 线式（裂隙式）----板块边界 点式（中心式）-----板内热点 面式（熔透式？）-----地幔柱
岩浆形成的条件
源区的岩石
即岩浆发生之前已经存在于地幔或地壳的岩石作为熔融岩浆的 母岩；上地幔及地壳中的所有岩石在适当的条件下，都可以成为岩 浆的源岩. 不同岩浆源区形成的岩浆肯定有可识别的性质 如俯冲带榴辉岩、榴闪岩部分熔融形成的埃达克岩具高Sr、低 Y的特征
弧后盆地的火山岩
早期：出现类似于裂谷环境的双在式火山岩， 晚期：可出现类似于洋中背环境的拉班玄武岩
碰撞和后碰撞阶段的火山作用
威尔逊旋回的一部分
D俯冲带形成
E俯冲－残余洋盆关闭
F陆陆碰撞造山
G山带剥蚀和再次稳定
如何确定板块碰撞的时间？
Searle et al(1988)提出的标准： （1）缝合带上海相沉积的结束 （有残留？）； （2）缝合带上大陆磨拉石沉积的出 现； （3）与俯冲有关的钙碱性岩浆活动 结束；
时间 极性
Isotopic age vs. distance across (a) the Western Cordillera of Peru (Cobbing and Pitcher, 1983 in J. A. Roddick (ed.), Circum-Pacific Plutonic Terranes. Geol. Soc. Amer. Memoir, 159. pp. 277-291) and (b) the Peninsular Ranges batholith of S. California/Baja Mexico (Walawander et al. 1990 In J. L. Anderson (ed.), The Nature and Origin of Cordilleran Magmatism. Geol. Soc. Amer. Memoir, 174. pp. 1-8).
板内热点、地幔柱与大陆泛 流玄武岩：岩浆来自660Km的弱亏损-富集的OIB库 （Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology）
洋-洋俯冲的岛弧火山作用
岛弧火山岩以钙碱性玄武岩为主 ，岩石组合通常为玄武岩—安山岩 —流纹岩，主量元素最具特征的 是 ：Ti O2含 量 低（0.82wt% ） ， Al2O3含 量 大 于13wt%；K2O 含量较低， K2O<Na2O。岛弧玄 武岩以富集大离子亲石元素（LILE ）（Sr、Rb、Ba等），亏损高场 强元素（HFSE）（Nb、Ta、Ti等 ）为特征。 岛 弧 玄 武 岩 与 MORB，但 是 其 Ti O2含 量 与MORB（ =1.5wt%）[1］相比却低得多。原 因为： ①Ti 保留在金红石和钛铁矿等 残留矿物中随着俯冲板块返回地幔 （OIB源区）； ②其它不相容元素由于俯冲流体 萃取作用，浓度相应的增加，导致 Ti浓度相应减小。
（4）山带中与碰撞相关的主逆冲断 层活动的开始。
前陆盆地与磨拉石
（molasse）
碰撞作用的时间尺度
同碰撞岩浆作用——与地壳加厚与陆内缩短同时
俯冲板片的滞后影响？
西藏林周地区林子宗组与设兴组之间的角度不整合，横跨 整个冈底斯带超过 1000 km 以上，其下为海相地层，普遍认为 是洋壳关闭的标志（莫宣学等，2009），但其上覆钙碱性岩浆 岩，具有俯冲型岩浆岩特征。不整合之后还有洋壳俯冲（许志 琴，2010）?或洋盆关闭后板片还对岩浆活动产生影响？
东亚的例子
太平洋板块至 少从180Ma向东 亚大陆俯冲，取 平均俯冲速率8 cm/a,将有 14,000km的大洋 岩石圈再循环进 入到了地幔
俯冲带的极性
成分极性
常常提到的两种岩浆岩类型成分极性。（a)使用广泛，但并不很贴切， （B)更合适的模式。（据Larter & Leat (eds), 2003,Intra-Oceanic Subduction Systems)
WITHI N PLATE
Oce anic ocean ic islan ds C onti nen tal con tinental ri ft z ones; con tinental flood basal t provi nces th ol eii tic al kaline basal ts & diffe rentiate s
构造环境：大洋中脊环境拉张环境 物化条件：高温：1330℃—1400℃ ，低压：源区浅，因此部分熔融程 度大，通常可达20%-30%左右 源区成分特点：大洋中脊地区是地 球上岩浆频繁发生的地带，因而以 亏损的二辉橄榄岩和方辉橄榄岩为 主。加之上覆地壳没有富含不相容 组分的花岗质岩石，原生岩浆不会 因同化混染作用有大的成分变化 形成的岩浆：一般低K2O、TiO2及 不相容元素，以洋中脊拉斑玄武岩 为典型代表。
不同构造背景下形成的火山岩的系列 、组合有明显差异
PLATE MARGIN
C onve rgen t TEC TONIC SETTING islan d arcs; active con tinental margi ns th ol eii tic calc-al kaline al kaline basal ts & diffe rentiate s Di vergent m id-ocean ic ri dges; back-arc spreadi ng cen tres th ol eii tic basal ts
压力的改变
上地幔及下地壳源区的岩石的固相线温度是随压力增 大而增高的,在恒定的温度条件下,如果因构造原因而隆升, 导致压力降低,可产生岩浆.
挥发组分的加入 (尤其是 H2O)
挥发组分的加入可 以显著地降低源区 岩石的固相线温度
不同构造背景岩浆的形成条件和 火山岩系列组合特征？
大洋中脊玄武岩MORBS
物化条件：含水，源区的固相线温 度下降，容易发生部分熔融； 物源区特点：岩浆源区复杂，是大 陆地壳、地幔及大洋地壳、地幔相 互作用及混杂的地带，含H2O及其 它挥发组分 形成的岩浆： （1）因含水，地幔橄榄岩主要 通过Opx的分解熔融(Ol固相+富 SiO2液相) 反应熔融,形成SiO2较高 的玄武岩类型；