蛇绿岩中的花岗质岩石成因类型与构造意义_李武显

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蛇绿岩是大洋岩石圈保留在大陆地壳上的岩石 残片 ,也是确定古大洋存在的重要岩石学证据 。大 陆地壳上保存的蛇绿岩 ,大多数都经历了从大洋扩 张 、洋壳运移 、洋壳俯冲和/ 或仰冲就位整个复杂的 过程 。近年来的研究发现 ,在蛇绿岩的形成和演化 的不同阶段 ,都直接或间接地形成了花岗质岩石 。 这些花岗质岩石对于蛇绿岩的精确定年和成因研究 有重要的意义 。本文将简要地回顾蛇绿岩中花岗质 岩石的研究历史 ,特别着重近年来的新进展 ,并总结 归纳了它们的成因类型以及不同类型的岩石地球化
2 蛇绿岩中四类花岗岩的地球化学特 征及形成构造背景
表 1 对比了蛇绿岩中 4 类花岗质岩石的特征以 及成因 。图 1 为 4 类花岗质岩石的稀土和微量元素 曲线图 。 2. 1 结晶分异型花岗岩
结晶分异型花岗岩 ,即传统意义上的大洋斜长 花岗岩 ,最初由 Coleman 等[1]命名 ,它由大洋玄武质 岩浆在低压条件下结晶分异形成 ,因此它的年龄代 表了洋壳的形成年龄 。这类花岗质岩石是蛇绿岩中 最丰富的花岗质岩石 ,由于该类岩石是蛇绿岩中最 可能获得锆石的岩石类型 ,因此也是用以确定蛇绿 岩的准确形成年龄的主要对象 。它的结晶分异矿物 组合为单斜辉石 、斜方辉石 、斜长石 、角闪石和铁钛 氧化物[1 , 3 , 24 , 25 ] 。因此 。它的岩石化学表现 为 低 Al2O3 ,为准铝质 (少量高分异的大洋斜长花岗岩可 以是过铝质) ,富 Na2O ,贫 K2O (Na2O/ K2O 多数 > 3
蛇绿岩和文卡 (Leka) 地区加里东蛇绿杂岩以及洋脊 拖网样品的岩石地球化学研究发现 ,存在中性岩石 (SiO2 = 50 %~60 %) 的间断 ,暗示至少有部分大洋 斜长花岗岩不是由大洋玄武质岩浆直接结晶分异而 来 。通过实验 ,他提出了晚阶段含水条件下酸性岩 浆和变化的富 Fe 玄武岩浆不混溶 (immiscribility) 成 因 。然而 ,天然的蛇绿岩和大洋拖网获得的大洋岩 石样品中缺乏这类变化的富 Fe 玄武质岩浆与大洋 斜长花岗岩共生 ,使得该成因模式没有得到广泛的 认同 。
等[22]报道了俄罗斯 Polar Urals 地区的新元古代 En2 gaepe 蛇绿岩中存在埃达克岩 ,但是所报道的埃达克 质岩石低铝 (Al2O3 < 15 %) 、Sr ( < 200 ×10 - 6) 和 Sr/ Y ( < 25) ,可能并不是典型的埃达克岩 。最近 ,我们发 现赣东北蛇绿岩中的西湾钠长花岗岩具有埃达克质 岩石的主要地球化学特征 ,即高铝 (Al2O3 = 15 %~ 17 %) 、Sr (383 ×10 - 6~920 ×10 - 6) 和 Sr/ Y 比值 (166 ~444) , 以及低 HREE ( Yb = 0. 14 ×10 - 6 ~ 0. 21 × 10 - 6) [23] 。我们认为该钠长花岗岩属于埃达克质侵 入岩 。
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第 3 期 李武显等 :蛇绿岩中的花岗质岩石成因类型与构造意义 393
产状
成因
动力学背景
典型实例
剪切型花岗岩
俯冲型花岗岩
源自文库
仰冲型花岗岩
通常 < 15 大多数 > 3~5 < 40 <1 轻稀土亏损到平坦型
<1 ≤1 与 MORB 相似
通常 < 15 >1 < 50 <1 轻微的 LREE 富集型 变化大 变化大 与 MORB 相似
> 15 >2 > 50 <1 LREE 富集 ,HREE 强烈亏损 >1 >1 与 MORB 相似
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394 地球科学进展 第 18 卷
学特征 、成因 、形成的构造背景及其在研究蛇绿岩中 的地质意义 。
1 蛇绿岩中花岗质岩石研究历史回顾
早在 20 世纪 30 年代 , Gilluly[2]讨论了与蛇绿岩 有关的钠长花岗岩和角斑岩的成因问题 。Coleman 等[1 , 3]系统地总结了蛇绿岩中的浅色侵入岩 (Leuco2 cratic intrusive rocks) ,包括钠长花岗岩 、石英闪长岩 、 更长花岗岩 、英云闪长岩和角斑岩的特征 ,将这类岩 石统称为大洋斜长花岗岩 ,认为它们是大洋玄武质 岩浆结晶分异的产物 。在现代的大洋盆地和洋脊附 近 ,通过大洋拖网获得了闪长质和花岗质岩石 ,这些 岩石的地球化学特征与蛇绿岩中大洋斜长花岗岩相 似 ,证实了大洋中存在大洋斜长花岗岩[4 , 5] 。由于 这种类型的花岗质岩石是蛇绿岩中最主要的酸性岩 石 ,因此在很长一段时间里 (至少到 20 世纪 70 年代 末之前) ,人们将蛇绿岩中出现的花岗质岩石都认为 是大洋玄武质岩浆结晶分异形成 。
20 世纪 80 年代末 ,Sorensen 等[14]报道了北美卡 塔利娜 ( Catalina) 蛇绿混杂岩中存在部分熔融的花 岗质伟晶岩 。该蛇绿混杂岩由俯冲的洋壳岩石经历 了 650~750 ℃,95~115 kPa 的变质作用[14~16 ] ,之后 被仰冲到大陆上 。这种岩石的发现 ,表明蛇绿 (混 杂) 岩中还可能存在大洋岩石圈俯冲时部分熔融形 成的岩石[17 , 18 ] 。这类由俯冲的大洋壳部分熔融形 成的岩石喷出或者侵入在地壳中 ,被称之为埃达克 岩 (adakite) 或埃达克质侵入岩[19~21] 。最近 ,Scarrow
综上所述 ,蛇绿岩中的花岗质岩石可以存在于 蛇绿岩形成的不同阶段 。它们可以是蛇绿岩形成时 由洋脊玄武岩直接结晶分异形成 ,即传统意义上的 大洋斜长花岗岩 ;也可以由洋壳运动过程中 ,其内部 发育的高温剪切带中岩石部分熔融形成 ;还可以是 洋壳俯冲时本身和/ 或包括部分大洋或海沟沉积物 部分熔融形成 ;当洋壳仰冲到大陆壳上时 ,其下部俯 冲的边缘盆地沉积物部分熔融也可以形成花岗质岩 石 ,它们上侵到其上的洋壳层位中 ,也可以成为蛇绿 岩的一部分 。根据成因 ,我们将蛇绿岩中的花岗质 岩石总结为 4 种成因类型 :结晶分异型花岗岩 、剪切 型花岗岩 、俯冲型花岗岩和仰冲型花岗岩 。不同成 因的花岗质岩石 ,由于源区物质 、形成机制以及形成 的温度 —压力条件的不同 ,它们的岩石地球化学特 征有明显的差异 。
摘 要 :花岗质岩石在蛇绿岩的岩石组合中只占很小部分 (通常 < 10 %) ,但是对于蛇绿岩的成因研 究 ,特别是对蛇绿岩形成和演化过程的精确年龄测定 ,具有重要的意义 。简要回顾了蛇绿岩中花岗 质岩石的研究历史 。近年来的研究表明 ,蛇绿岩中的花岗质岩石不仅包括直接由大洋玄武质岩浆 结晶分异形成的花岗质岩石 ,即传统意义上的大洋斜长花岗岩 ,还包括蛇绿岩在形成 、演化过程中 本身形成的和侵入的花岗质岩石 。根据成因 ,可以将这些花岗质岩石分为 4 类 :结晶分异型花岗 岩 、剪切型花岗岩 、俯冲型花岗岩和仰冲型花岗岩 。系统地综述了它们的地球化学特征以及形成的 构造背景 。 关 键 词 :花岗质岩石 ;成因类型 ;蛇绿岩 ;构造意义 中图分类号 :P58 文献标识码 :A
变化大 变化大 大多数 < 50 大多数 > 1 LREE 富集型 变化大 变化大 与壳源岩石相似
与蛇绿岩中辉长岩和玄武质 形成于洋壳下部的高温 可以产出在蛇绿岩的各个层 绝大多数侵入于蛇绿岩的地幔橄
熔岩共生
剪切带中
玄武质岩浆低温条件下分离 角闪岩深熔作用

榄岩和堆晶辉长岩单元
俯冲的洋壳高压条件下部分 蛇绿岩推覆岩片之下的沉积岩深
蛇绿岩中少量的花岗质岩石是研究蛇绿岩成因 和精确定年的重要岩石单元 。本文所限制的蛇绿岩 中的花岗质岩石 ,不仅包括传统意义上的大洋斜长 花岗岩 ,即直接由大洋玄武质岩浆结晶分异形成的 花岗质岩石[1] ,还包括蛇绿岩从大洋中脊分离 、运 移 、俯冲到仰冲就位整个过程中本身形成的和侵入 的花岗质岩石 ,它们与蛇绿岩的形成和演化在成因 上有直接或间接的联系 。蛇绿岩就位之后侵入的晚 期花岗质岩石不是本文讨论的对象 。
第 18 卷第 3 期 2003 年 6 月
地球科学进展 ADVANCE IN EARTH SCIENCES
Vol. 18 No. 3 Jun. ,2003
文章编号 :100128166 (2003) 0320392206
蛇绿岩中的花岗质岩石成因类型与构造意义Ξ
李武显 ,李献华
(中国科学院广州地球化学研究所 ,广东 广州 510640)
表 1 蛇绿岩中不同类型花岗质岩石特征对比表 Table 1 Comparison of different types of granitoids within ophiolites
分异型花岗岩 Al2O3 (wt %) Na2O/ K2O(wt %)
Mg # A/ CNK REE 特征 δSrN Eu/ Eu 3 同位素特征
到了 20 世纪 70 年代末 ,Dixon 等[6]对 Corsican
Ξ 收稿日期 :2002207215 ;修回日期 :20022102251 3 基金项目 :中国科学院知识创新工程重要方向项目“华南中生代盆地系统及动力学研究”(编号 : KZCX22102) ;国家自然科学基金重点 项目“华南和华北地块对 Rodinia 全球超大陆事件的响应”(编号 :400320102B) 资助. 作者简介 :李武显 (19642) ,男 ,湖北来凤县人 ,博士后 ,主要从事火成岩岩石学和岩石地球化学研究. E2mail : liwx @gig. ac. cn
20 世纪 80 年代初 ,地质学家们还注意到 ,在一 些保存完整的蛇绿岩推覆岩片之下 ,存在角闪岩相 、 麻粒岩相甚至榴辉岩相的高级变质作用[7~9] 。这种 变质作用的特征是具有倒转的变质级别 ,即从蛇绿 岩推覆岩片的底部向下变质程度逐渐降低 。在这些 变质岩之上的蛇绿岩中的地幔橄榄岩内常常有侵入 的花岗质岩石 ,它们成分上是过铝 、富钾的 。成因上 与下部变质岩的部分熔融有关[10 , 11 ] 。热条件的模 拟计算表明 ,这类花岗岩的形成必须有来自仰冲的 、 热的大洋岩石圈 ( < 2Ma) 的热量加入[10] 。虽然这类 花岗质岩石与大洋壳的形成没有直接的成因联系 , 但是它与大洋岩石圈仰冲就位有成因联系 ,并且它 们常常侵入到蛇绿岩中 ,成为蛇绿岩的一部分 。
20 世纪 80 年代中期 ,Pedersen 等[12]研究挪威西 部的卡姆岛 ( Karmoy) 蛇绿岩 ,发现该蛇绿岩中存在 两类产状和岩石地球化学特征完全不同的花岗质岩 石 。其中的东卡姆岛型斜长花岗岩主要产于角闪岩 相的高温剪切带内及其附近 ,它的岩石地球化学特 征与典型的大洋斜长花岗岩有明显的区别 。Peder2 sen 等[12]认为这种花岗质岩石是由蛇绿岩中含水的 基性岩石 (变质为角闪岩) 剪切深熔作用形成 。20 世纪 90 年代初 ,Flagler 等[13]在研究加拿大的富尔尼 耶( Fournier) 蛇绿岩中具有相同地质产状的花岗质 岩石时 ,认为这种高温剪切带发育在靠近大洋中脊 分离中心的洋壳第 3 层 (辉长岩层) 中 。
结晶作用形成 大洋或弧后分离中心
熔融
熔作用
靠近大洋或弧后盆地分 俯冲的大洋岩石圈板块 ( 岛 大洋岩石圈岩片仰冲和侵位
离中心
弧区)
塞 浦 路 斯 的 Troodos 蛇 绿 加拿大的 Fournier 蛇绿 赣 东 北 蛇 绿 岩 中 西 湾 阿曼和阿拉伯联合酋长国的 Se2
岩[3] ; 阿 曼 的 Semail 蛇 绿 岩[3 ,24 ] ; 土 耳 其 的 Central Anatolian 蛇绿岩[25]
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