板块构造与岩浆作用课件.ppt

1、Geochemical data become useful and important only when they are properly interpretedl1.High quality of the geochemistry datal2.Sound background geochemistry knowledgel3.Proper interpretationsl4.Reasonable conclusions and their applications to the related geological problems.Geochemistry Become Impor

2、tant Only When You Understand Tectonics and Petrology.板块所处阶段板块所处阶段具体构造背景具体构造背景实例实例板内伸展板内伸展大陆裂谷大陆裂谷东非裂谷东非裂谷洋洋-陆裂谷陆裂谷红海红海大洋裂谷大洋裂谷洋中脊洋中脊俯冲环境俯冲环境洋洋-洋俯冲（岛弧）洋俯冲（岛弧）西太平洋西太平洋洋洋-陆俯冲（陆弧）陆俯冲（陆弧）东太平洋东太平洋陆陆-陆俯冲陆俯冲苏鲁苏鲁-大别造山带大别造山带碰撞造山碰撞造山同碰撞挤压同碰撞挤压阿尔卑斯造山带阿尔卑斯造山带后碰撞伸展后碰撞伸展喜马拉雅造山带喜马拉雅造山带地幔柱有关的构造环境呢？（Irvine&Baragar,1

3、971)ACNK-ANK分类分类一、大洋裂谷一、大洋裂谷洋中脊的岩浆活动洋中脊的岩浆活动洋中脊剖面与洋中脊剖面与MORB具典型的TH系列，硅弱饱和，SiO2多为49%，K和Ti低（K2O0.4，TiO.平均8%），这种低钾TH又称洋脊拉斑玄武岩。玄武岩类构造判别图解中MORB的位置。主动裂谷主动裂谷被动裂谷被动裂谷The evolution of subduction magmas is not yet fully understood in detail but agreement exists that the following processes are crucial:Some el

4、ements originate from the subducted metamorphosed sediments and basalts.The subduction component is considered to be derived mostly from the sediments,in particular water,and lithophile elements.Primarily,the melts are formed within the asthenospheric wedge between the subduction zone and the upper

5、plate.They rise through the crust because of their lower density.If the crust of the upper plate in the area of the magmatic arc is oceanic,the Marianas,for example,the magmas are not altered substantially and remain mainly basaltic to andesitic in composition.Island arc tholeiites and boninites(and

6、esites rich in Mg,named after the Bonin Islands north of the Marianas)are formed.Magmas that penetrate continental crust are altered by two factors:assimilation of crustal material and gravitational diff erentiation,both of which produce compositions enriched in SiO2 and K2O.Calc-alkaline suites are

7、 generated that include aluminum-rich basalt,andesite,dacite and rhyolite;andesite is clearly more common than basalt.、俯冲带以低TiO2和Al2O3为特征；、岛弧拉斑玄武岩系列主要有岛弧拉斑玄武岩、岛弧安山岩和少量英安岩。与洋脊拉斑玄武岩的主要区别是氧化物成分变化范围较宽，Fe、Mg较高，SiO2较高，K、Rb、Sr、Ba较高，Ni、Cr低，稀土丰度偏低，Sr87/Sr86较高（0.7350.7060）；、CA系列主要有：安山岩、英安岩、高铝玄武岩、流纹岩等。与岛弧拉斑玄武岩

8、相比较，少有铁的富集，SiO2升高，K2O增长快；、岛弧碱性系列玄武岩：以玄武岩、安山岩为主，少或者没有铁的富集，碱元素含量高，K2O的增长急剧。4、火山活动特征以喷出作用为主，洋中脊和大洋岛则以喷溢为主，故火山碎屑物体积大与裂谷带同类岩石的比较与裂谷带同类岩石的比较Central-Western Mediterranean area digital elevation and bathymetric mapLustrino et al.,2011Lustrino et al.,2011地中海中西部地区形成于俯冲与板内环境约地中海中西部地区形成于俯冲与板内环境约15000个样品个样品俯冲俯冲-

9、挤压环境挤压环境陆内陆内-伸展环境伸展环境SiO2 45 wt.%（最基性样品）（最基性样品）50 wt.%（最基性样品）（最基性样品）2 1.5 wt.%,多数多数1.2 wt.%,部分可达部分可达 5 wt.%MgO7 wt.%,少量达到少量达到20 wt.%5 wt.%的样品的样品)5-6 wt.%,(MgO 5 wt.%的样品的样品)221 10（碱性样品）（碱性样品）20 1.4 1.3 5 wt.%的样品的样品)10 120 ppm(MgO 5 wt.%的样品的样品)0.7047 0.5132Lustrino et al.,2011据Pearce et al.,2005A simi

10、lar trend can be observed in the potassium content that consistently increases across the arc.Island arc tholeiites,the outer belt,are depletedin K(mostly 0.7 weight-%K2O),calc-alkaline basalts have K2O contents of about 1%(acidic differentiation products are correspondingly richer inK since this el

11、ement is enriched during differentiation),and shoshonites,named after the Shoshone River in Wyoming,have K2O contents of 2%and more.The increase in potassium with increasing distance from the magmatic front is most likely a result of the gradual extraction of the elementfrom the metamorphic sediment

12、s in the subduction zone where K-containing minerals,especially mica,dehydrate and yield K to aqueous fluids.Because the amount of partial melt in the asthenospheric wedge decreases towards the backarc region,potassium experiences relative enrichment in the melts although less K is extracted from th

13、e subducted material.Moreover,the SiO2 content of melts generally decreases towards the backarc region and thereby emphasizes the alkaline character of the rocks,because less SiO2 is available to saturate the potassium in potassium feldspar(KAlSi3O8).Th erefore SiO2-undersaturated minerals like leuc

14、ite(KAlSi2O6)are formed,typicalof shoshonitic rocks.Shoshonites are indicative of the rear side of subduction-related magmatic zones.The chemistry of alkaline rocks of hot spots and continental rifts differs from that of shoshonites as expressed by the dominanceof sodium over potassium.Calc-alkaline

15、 basalts are“high-alumina basalts”that are characterized by their enrichment in aluminum,1620 weight-%Al2O3 compared to 1216%in tholeiite.Probably the aluminum is derived from the subducted sediments.It is transported into the asthenospheric wedge,where melting occurs,along with the fl uids and othe

16、r elements enriched in calc-alkaline magmas.Clayrich sediments,common on ocean fl oors and in deep-sea trenches,are rich in Al2O3.先前认为俯冲带上流体对弧岩浆源的贡献是从板片脱离后直接进入地幔楔岩浆源。先前认为俯冲带上流体对弧岩浆源的贡献是从板片脱离后直接进入地幔楔岩浆源。这种过分简单化的观点与以下的观察不符：（这种过分简单化的观点与以下的观察不符：（1）火山弧形成与俯冲岩石圈之上，在俯）火山弧形成与俯冲岩石圈之上，在俯冲深度为冲深度为110170km。（。（2）在

17、俯冲洋壳中主要的含水矿物在不到）在俯冲洋壳中主要的含水矿物在不到100km的深度就发的深度就发生分解。地震观测也表明角闪岩与榴辉岩的过渡带位于俯冲板片生分解。地震观测也表明角闪岩与榴辉岩的过渡带位于俯冲板片70100km处。处。来自板片的流体很可能与上覆的前弧之下的橄榄岩反应形成含水橄榄岩，含水橄榄来自板片的流体很可能与上覆的前弧之下的橄榄岩反应形成含水橄榄岩，含水橄榄岩之后被地幔楔与刚性板片件的粘耦里下拽到俯冲板片之上。跟压力有关的脱水反应岩之后被地幔楔与刚性板片件的粘耦里下拽到俯冲板片之上。跟压力有关的脱水反应发生在下拽的的含水层，发生深度接近发生在下拽的的含水层，发生深度接近110km(

18、角闪石角闪石/绿泥石脱水绿泥石脱水)和和170km（金云母（金云母脱水）。脱水）。蛇绿岩是由于板块汇聚导致构造侵位的一套洋壳与洋幔上部的岩石残片蛇绿岩是由于板块汇聚导致构造侵位的一套洋壳与洋幔上部的岩石残片（Dilek and Furnes,2011)。弧后盆地拉斑玄武岩主量元素特征与MORB类似，但具较高的碱含量。微量元素图解指示有俯冲板片流体参与。花岗质岩石（granitoids)的定义构造环境与花岗岩据据Le Maitre(2002)（据据Barbarin,1999)花岗质岩石的若干分类花岗质岩石的若干分类据据 Le Maitre(2002)QAP分类分类据据Middlemost(199

19、4)TAS分类分类据据Shand(1927)ACNK-ANK分类分类Winter(2001)据据Liegeois and Black(1987)AI指数分类指数分类AR vs.SiO2 diagram(Wright,1969 GM,106:370-384);Alkalinity ratio:(AR)=(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)/(Al2O3+CaOK2ONa2O).*:1)When SiO2 exceeds 50%and 1K2O/Na2O 68%,best use AR3)AlkalinityAlkalinity ratio for felsic rocksWright(196

20、9)据据Frost et al.(2001)铁值分类铁值分类修改后的修改后的AI值分类值分类据据Frost et al.(2001)据据 Peccerillo and Taylor（1976）K2O含量分类含量分类据据Gill(2010)S-I-M-A分类分类M型花岗岩主要指大洋斜长花岗岩或俯冲洋壳部分熔融的产物，如型花岗岩主要指大洋斜长花岗岩或俯冲洋壳部分熔融的产物，如TTG和现和现代的埃达克岩（代的埃达克岩（Martin et al.,2005），使用相对较少。），使用相对较少。AA-type据据 Whalen et al.(1986)据据 Chappell(1999)据据 Whalen

21、et al.(1986)形成与俯冲同期的、平行俯冲带条带状分形成与俯冲同期的、平行俯冲带条带状分布的低钾钙碱性布的低钾钙碱性I I型花岗岩为主的岩浆岩带。型花岗岩为主的岩浆岩带。例如例如:安第斯陆弧（安第斯陆弧（Hildreth and Moorbath,1988）西太平洋岛弧（西太平洋岛弧（Clift and Vannucchi,2004）华北北缘晚古生代陆弧（华北北缘晚古生代陆弧（Zhang et al.,2009）西准噶尔北缘晚古生代岛弧（西准噶尔北缘晚古生代岛弧（Chen et al.,2010）Pitcher,1983,1993;Barbarin,1990l主碰撞主碰撞主要以发育少量

22、发生强烈变主要以发育少量发生强烈变形的形的S型花岗岩为特征。型花岗岩为特征。l后碰撞后碰撞据据Vladimirov et al.(2008)早石炭世早石炭世 晚石炭世晚石炭世-中二叠世两期岩体中二叠世两期岩体早石炭世早石炭世 晚石炭世晚石炭世-中二叠世两期岩体中二叠世两期岩体Pearce,1996造山带演化的复杂性对花岗质岩石形成环境的影响n 过去，对造山带演化的认识过于简单，导致认为不过去，对造山带演化的认识过于简单，导致认为不 同的岩石类型可以对应于不同的构造环境同的岩石类型可以对应于不同的构造环境。n 随着研究的不断深入，人们已经意识到构造环境的随着研究的不断深入，人们已经意识到构造环境

23、的复杂性，提出了许多新的构造模式，比如复杂性，提出了许多新的构造模式，比如 下地壳拆沉下地壳拆沉（Gao et al.,2004）板片拆沉板片拆沉（Davies and Blanckenburg,1995）板片后卷板片后卷（Taymaz et al.,1991）洋脊俯冲洋脊俯冲(Rogers et al.,1985)陆壳俯冲陆壳俯冲(Li et al.,1993;Zheng et al.,2008)n 不同构造模式可以为同一种岩浆的形成提供环境，不同构造模式可以为同一种岩浆的形成提供环境，进一步导致简单根据花岗岩类型或组合判断构造环境进一步导致简单根据花岗岩类型或组合判断构造环境的不确定性。的

24、不确定性。与俯冲相关的增生型造山带大部分具有弧岩浆向海沟与俯冲相关的增生型造山带大部分具有弧岩浆向海沟方向逐渐变年轻的特征，指示了俯冲带是在不断后撤的，方向逐渐变年轻的特征，指示了俯冲带是在不断后撤的，这种俯冲带又被称为这种俯冲带又被称为supra-subduction zone(SSZ)。俯冲板片后撤导致弧后伸展俯冲板片后撤导致弧后伸展Cawood et al.,2009 Gill，2010Gill，2010Schellart，2010Schellart et al.,2006Ferlito,2011俯冲板片撕裂导致俯冲角度存在差异俯冲板片撕裂导致俯冲角度存在差异洋脊俯冲导致俯冲带异常的岩浆

25、作用洋脊俯冲导致俯冲带异常的岩浆作用Sisson et al.(2003)俯冲初始阶段对板内远程效应诱发板内的岩浆作用俯冲初始阶段对板内远程效应诱发板内的岩浆作用平板俯冲模式平板俯冲模式Gill,2010Li and Li,2007Yuan et al.(2010)主碰撞之后壳幔圈层之间不同的应力环境主碰撞之后壳幔圈层之间不同的应力环境Qin et al.(2010)陆壳深俯冲陆壳深俯冲l不同构造模式可以为同一种岩浆的形成提不同构造模式可以为同一种岩浆的形成提供环境，进一步导致简单根据花岗岩类型供环境，进一步导致简单根据花岗岩类型或组合判断构造环境的不确定性。或组合判断构造环境的不确定性。l淡

26、色花岗岩淡色花岗岩(leucogranite)l紫苏花岗岩紫苏花岗岩(charnockite)l环斑花岗岩环斑花岗岩(rapakivi)l斜长花岗岩斜长花岗岩(plagiogranite)l埃达克质花岗岩埃达克质花岗岩(adakitic granite)l赞岐岩（富镁闪长岩）赞岐岩（富镁闪长岩）(sanukite)l高高Ba-Sr花岗岩花岗岩(high Ba-Sr granite)陆陆碰撞造成的高压环境并不能直接陆陆碰撞造成的高压环境并不能直接导致大量导致大量S型花岗岩的形成，而只有在后型花岗岩的形成，而只有在后碰撞的伸展环境中，地壳减薄、地温梯度碰撞的伸展环境中，地壳减薄、地温梯度升高的条件

27、下才利于深熔作用的发生升高的条件下才利于深熔作用的发生。源区完全可以有下地壳甚至地幔物质源区完全可以有下地壳甚至地幔物质的混入的混入（Clemens,2003;Appleby et al.,2010；Teixeira et al.,2011）。）。喜马拉雅新生代淡色花岗岩喜马拉雅新生代淡色花岗岩（Chung,et al.,2005)西欧波西米亚山北缘晚石炭世西欧波西米亚山北缘晚石炭世S型花岗岩型花岗岩（Foster et al.,1999），），格陵兰东部加里东期格陵兰东部加里东期S型花岗岩型花岗岩（Kalsbeek et al.,2001），），新疆中天山早石炭世淡色花岗岩新疆中天山早石炭世

28、淡色花岗岩（郭召杰等，（郭召杰等，2007）（Ernst,2010）实验岩石学表明不含水条件下，陆壳中的白云实验岩石学表明不含水条件下，陆壳中的白云母和黑云母在母和黑云母在3GPa的压力下仍可以稳定存在。的压力下仍可以稳定存在。（Ernst,2010）Adakites/TTG据据 Defant and Drummond（1990）它们的它们的SiO2 56%,通常有很高的通常有很高的Sr（400 ppm）,Sr/Y比值比值(30)和很低的和很低的Y（18 ppm）和）和Yb(1.9 ppm)含量，含量，MgO 3%（张旗等，（张旗等，2008），一般属于，一般属于I型花岗岩；型花岗岩；硬碰撞与软碰撞的区别硬碰撞与软碰撞的区别（任纪舜，（任纪舜，1999）