双峰式火山岩的成因及其判别方法

双峰式火山岩的成因及其判别方法
摘要：双峰式火山岩通常被认为是在大陆裂谷中形成的。

近年来的研究发现，双峰式火山岩还可以出现在多种大地构造背景中，如大陆拉张减薄、弧后扩张、造山带、洋内岛弧和成熟岛弧/活动陆缘等多种环境。

对于双峰式火山岩中玄武岩，一致观点认为来源源于地幔岩的部分熔融，而对于酸性火山岩的成因存在争议。

本文通过对同源双峰式火山岩的研究，归纳总结了对其形成机制的判断方法。

关键词：双峰式火山岩形成机制判别方法
近年来的研究发现，在地球动力学特征明显不同的环境同样可以产出双峰式火山岩，如大陆拉张减薄、弧后扩张、造山带、洋内岛弧和成熟岛弧/活动陆缘等[1-3]。

1、双峰式火山岩的岩石成因
双峰式火山岩的玄武岩源于地幔岩的部分熔融，这一点基本达成共识，而对于双峰式火山岩中酸性火山岩的成因存在争议，主要是以下两种观点：
一种观点认为酸性岩和基性岩可分别来自不同的母岩浆，二者在空间上的共生可能仅仅与一次热事件有关。

酸性火山岩是由地壳深熔作用形成的[4]。

这种酸性岩的出露面积一般相比基性火山岩要大得多。

由于这种基性岩浆和酸性岩浆来源不同，生成的基性火山岩和酸性火山岩在微量元素比值和Sr、Nd、Pb同位素组成上就有很大的差异。

另一种观点认为酸性岩和基性岩可以具有共同的幔源母岩浆，酸性岩是基性岩分离结晶作用的产物，其中只有少量或没有地壳物质的加入[5]。

这种来源相同的基性岩和酸性岩一般具有相似的微量元素比值和同位素特征，但生成的酸性岩要比玄武岩少的多。

2、双峰式火山岩岩石成因的判别方法
针对双峰式火山岩酸性火山岩岩石成因存在的争议，我们应该先考虑酸性火山岩和基性火山岩是否是同源的，如果是同源，那么酸性火山岩是继续火山岩部分熔融还是分离结晶的结果呢？如果不是同源，那它是否就是下地壳深熔的结果呢？下面具体介绍同源双峰式火山岩可以采用的判断方法。

2.1 基性火山岩与酸性火山岩是否同源
由于Th、Ta、Hf 都是强不相容元素，其亲岩浆性的变化是同步的，Hf/Th 和Hf/Ta比值在地幔部分熔融过程中只有很小的变化，在岩浆分离结晶过程中基本不变，OIB型地幔Hf/Ta为2.9，因此，相对原始岩浆中，Hf/Th 和Hf/Ta比值大的差异被解释为源区成分不同引起。

如果基性玄武岩和酸性玄武岩的Hf/Ta 比值非常相似，又几乎全部落在OIB型地幔附近，就可以说明它们具有相似的
源区。

除了Hf/Th和Hf/Ta比值外，基性岩与酸性岩其他一些不活动性元素之间也存在相似的微量元素比值，如Zr/Hf，Zr/Nb，Y/Nb，Th/Yb，Ta/Yb。

因此，不活动性元素之间良好的线性关系以及同位素的结果表明基性火山岩和酸性火山岩是同源的。

2.2 部分熔融还是分离结晶
酸性火山岩和基性火山岩是同源的，那么，酸性火山岩是基性火山岩部分熔融还是分离结晶的产物呢？我们从以下几个方面进行分析：
1）在SiO2-Zr图上，基性火山岩和酸性火山岩之间SiO2有成分间断，而Zr没有成分间断，说明很有可能是结晶分离而不是部分熔融的结果[6]。

在部分熔融过程中，强不相容元素变化很大，会出现成分的间断，在分离结晶过程中，强不相容元素变化很小，但由于矿物的分离结晶，会导致浓度相对增大，出现化学连续性，同时，SiO2的百分含量会相对增大，因此，强不相容元素Zr-Hf如果投影成一条连续的直线说明在基性火山岩和酸性火山岩之间的化学连续性；
2）在La/Sm-La图解上，酸性火山岩样品的La/Sm比值不随La含量的增加而变化，暗示了分离结晶作用是岩浆上升演化过程中的主要控制因素，而如果酸性火山岩样品的La/Sm比值随La含量的增加而增加，那么，则暗示了部分熔融作用是岩浆上升演化过程中的主要控制因素；
在进行了初步的判断以后，还需要一些其它的判断方法进行验证，同时，如果是分离结晶作用造成的，我们还需要判断是何种矿物分离结晶作用形成的。

因此，我们还需要运用岩石地球化学的手段，从以下几个方面进行判断。

1）在Harker图解上，看基性火山岩和酸性火山岩的MgO、Fe2O3、P2O5、TiO2和CaO是否显示相关性，如果有相关性，反映可能为岩浆分离结晶作用的结果；
2）在稀土配分图上，如果基性火山岩与酸性火山岩大致平行，也可以说明酸性火山岩可能是基性火山岩分离结晶作用的结果。

如果是斜长石的分离结晶，那么酸性火山岩稀土配方曲线应该出现明显的负Eu异常，SiO2与Eu/Eu*应具有负相关；
3）在原始地幔标准化模式图上，酸性火山岩如果有明显的Ti、Sr的亏损可能是磁钛铁矿、单斜辉石和斜长石结晶分异的结果；
通过以上的判断方法，基本上可以判断酸性火山岩是基性火山岩分离结晶作用还是部分熔融作用的结果。

为了更进一步说明岩石成因的可能性，还可以进行模拟计算。

3、意义
探讨双峰式火山岩的形成机制和产出环境，不仅对恢复造山带大地构造格局有重要意义，而且对探查与双峰式火山岩有关的矿产资源也有启发。

参考文献：
[1]钱青，王焰（1999）.“不同构造环境中双峰式火山岩的地球化学特征”.地质地球化学，27（4）：29-32.
[2]王焰，钱青，刘良，张旗（2000）.“不同构造环境中双峰式火山岩的主要特征”.岩石学报，16（2）：169-173.
[3]郑海飞，陈斌，孙樯，谢鸿森（2003）.“高压下玄武岩浆的不混溶及其对双峰式火山岩的成因意义”. 岩石学报，19（4）：745-751.
[4]Cox，K. G. （1991）. “A superplume in the mantle.” Nature，352：564-565.
[5]Cleverly，R. W.，P. J. Betton and J. W. Bristow （1984）. “Geochemistry and petrogenesis of the Lebom bo rhyolites.” Spec Publ Geol Soc S Afr，13：171-194.
[6]Garland， F.， C. J. Hawkesworth and M. S. M. Mantovani （1995）. “Description and Petrogenesis of the Parana Rhyolites，Southern Brazil.” Journal of Petrology，36（5）：1193-1227.
注：本论文由中国地质大学江城学院2011年院级本科重点培育专业（地质学专业）项目（编号：ZY201102）与地质学专业野外实践教学模式研究与实践项目（编号：JY201102）共同资助。