1、第六章第六章 岩浆岩的产生的位置和大地构造环境岩浆岩的产生的位置和大地构造环境(tectonic setting)地球的结构和地幔的性质地球的结构和地幔的性质Moho面是地壳和上地幔的分界面面是地壳和上地幔的分界面(地震波不连续地震波不连续面面)，洋下，洋下1012 Km,30-50 Km;地幔和地核的分界面在地幔和地核的分界面在2900 Km 处，上地幔和下处，上地幔和下地幔的分界面在地幔的分界面在670 Km处。处。岩石圈岩石圈(lithosphere)(asthenosphere)岩岩浆浆发发生生的的四四种种不不同同的的大大地地构构造造环环境境:a.建建设设性性板板块块边边缘缘(cons
2、tructive plate margins)离离散散型型板板块块边边界界(divergent plate boundaris),包包括括大大洋洋中中脊脊(mid-oceanic ridges)和和弧弧后后扩扩张张中中心心(back-arc spreading centres)；b.破破坏坏性性板板块块边边缘缘(destructive plate margins)会会聚聚型型板板块块边边界界(convergent plate boundaries),包包括括岛岛弧弧(island arcs)和和活活动动大大陆陆边边缘缘(active continental margins)；c 大大洋洋板板内
3、内环环境境(oceanic intra-plate settings),指指洋洋岛岛(oceanicislands)。d大大陆陆板板内内环环境境(continental intra-plate settings),包包括括大大陆陆高高原原玄玄武武岩岩(continental flood basalt provinces)、大大陆陆裂裂谷谷带带(continental riftzone)、与与裂裂谷谷带带无无关关的的钾钾质质/超超钾钾质质(ultrapotassic)岩岩浆浆作作用用(包包括括金金伯伯利利岩岩Kimberlites).(1)岛岛弧弧(island arcs)a.一一般般来来讲讲,
4、岛岛弧弧岩岩浆浆的的生生成成是是一一种种多多阶阶段段、多多源源现现象象。b.多多 阶阶 段段：板板 块块 俯俯 冲冲(subduction)洋洋 壳壳 和和 大大 洋洋 沉沉 积积 物物 的的 脱脱 水水(dehydration)流流体体及及酸酸性性岩岩浆浆的的向向上上迁迁移移地地幔幔楔楔(mantle wedge)的的交交代代作作用用(metasomatism)和和富富集集(enrichment)地地幔幔楔楔的的部部分分熔熔融融(partial melting)和和岛岛弧弧岩岩浆浆的的生生成成。c.多多源源：地地幔幔楔楔(大大洋洋岩岩石石圈圈 oceanic lithosphere软软流流圈
5、圈上上地地幔幔asthenospheric upper mantle)；洋洋壳壳(大大洋洋玄玄武武岩岩 oceanic basalt大大洋洋沉沉积积物物 oceanic sediments)；海海水水(hydrothermal alteration)；大大陆陆地地壳壳的的混混染染.d.分分成成四四个个系系列列：低低钾钾系系列列(low-K series)；钙钙碱碱系系列列(calc-alkalineseries)；高高钾钾钙钙碱碱系系列列(high-K calc-alkaline series)；橄橄榄榄玄玄粗粗岩岩系系列列(shoshonitic series)碱碱性性橄橄榄榄玄玄武武岩岩系
6、系列列。e.每每个个系系列列由由不不同同比比例例的的玄玄武武岩岩(basalt)、安安山山岩岩(andesite)、英英安安岩岩(dacite)和和流流汶汶岩岩(rhyolite)组组成成，与与流流体体交交代代和和深深度度有有关关。shoshoniticrocks:basalt50%+andesite40%+dacite10%.例例外外,有有一一种种岛岛弧弧岩岩浆浆叫叫boninites,属属于于安安山山岩岩但但很很富富 MgO(日日本本 Bonin island)f.化化学学成成分分：与与洋洋脊脊玄玄武武岩岩(MORB)相相比比富富含含 LIL 和和 LREE 元元素素而而贫贫 HFS元元素
7、素。(1)活动大陆边缘活动大陆边缘(active continental margin)/洋陆碰撞带洋陆碰撞带(ocean-continent collisionzone)a.分布：例，美洲西海岸分布：例，美洲西海岸(Andes-Central America-Alaska)。大洋岛弧发育于洋。大洋岛弧发育于洋壳之上，而活动大陆边缘则发育于大陆地壳之上。壳之上，而活动大陆边缘则发育于大陆地壳之上。b.岩浆的生成是一种多阶段、多源现象。岛弧环境中出现的四个岩浆系列都有，岩浆的生成是一种多阶段、多源现象。岛弧环境中出现的四个岩浆系列都有，但以钙碱性系列为主；在岩石类型上，更多的出现了富硅的岩浆但以
8、钙碱性系列为主；在岩石类型上，更多的出现了富硅的岩浆(中性和中酸中性和中酸性性)安山岩、英安岩、流汶岩。更多的酸性岩浆的出现除与地幔楔的被交代安山岩、英安岩、流汶岩。更多的酸性岩浆的出现除与地幔楔的被交代富集有关外，还与加厚的大陆地壳有关富集有关外，还与加厚的大陆地壳有关(混染和重熔混染和重熔)。钙碱性岩浆活动在先，。钙碱性岩浆活动在先，碱性岩浆活动通常发生于造山后的拉伸碱性岩浆活动通常发生于造山后的拉伸(extension)阶段。阶段。c.火山作用火山作用(volcanism)和深成作用和深成作用(plutonism)相伴，但是如俯冲角度小于相伴，但是如俯冲角度小于 10 度度则火山不发育为
9、什么则火山不发育为什么?d.岩浆起源于地幔楔的岩石圈中，而岛弧岩浆岩浆起源于地幔楔的岩石圈中，而岛弧岩浆(起因于起因于 ocean-ocean collision)则则起源于地幔楔的软流圈部分。起源于地幔楔的软流圈部分。e.岩浆的源区比岛弧岩浆更复杂：洋壳及大洋沉积物；大洋岩石圈岩浆的源区比岛弧岩浆更复杂：洋壳及大洋沉积物；大洋岩石圈(oceaniclithosphere,depleted)和软流圈；大陆岩石圈和软流圈；大陆岩石圈(subcontinental lithosphere,enriched)；古老大陆地壳。如何区分岩浆中的各种组分？同位素。；古老大陆地壳。如何区分岩浆中的各种组分？
10、同位素。f.化学成分上与岛弧岩浆相比更富化学成分上与岛弧岩浆相比更富 LIL 元素和轻稀土元素元素和轻稀土元素(LREE)。(1)洋洋岛岛(Oceanic island)大大洋洋板板内内岩岩浆浆作作用用(magmatism within oceanic-plates)a.包包括括洋洋岛岛和和海海山山(sea mountain),岩岩浆浆与与陆陆壳壳没没有有直直接接关关系系。b.洋洋岛岛玄玄武武岩岩(OIB)的的起起源源：Morgen 和和 Wilson(1960s)：地地幔幔柱柱(mantleplume)或或热热点点(hot spot),解解释释洋洋岛岛和和海海山山的的线线性性分分布布，如如
11、Hawaiianvolcanic chains,Iceland；Turcotte and Oxburgh(1978)：板板内内的的应应力力作作用用引引起起张张裂裂隙隙(运运动动的的岩岩石石圈圈为为适适应应纬纬度度的的变变化化而而进进行行的的调调整整)。c.玄玄武武岩岩的的成成分分：从从拉拉斑斑玄玄武武岩岩碱碱性性玄玄武武岩岩和和亚亚碱碱性性玄玄武武岩岩,碱碱性性玄玄武武岩岩通通常常晚晚。例例如如，Hawaii,主主要要是是拉拉斑斑玄玄武武质质(tholeiitic)，随随时时间间而而变变成成碱碱性性玄玄武武岩岩(alkali basalt),甚甚至至过过碱碱性性岩岩如如碧碧玄玄岩岩(basan
12、ites)和和霞霞石石岩岩(nephelinites)，与与大大洋洋中中脊脊玄玄武武岩岩(MORB)不不同同。(1)大洋中脊玄武岩大洋中脊玄武岩(mid-ocean ridge basalt,MORB)a.大洋板内，同时是建设性板块边缘大洋板内，同时是建设性板块边缘(constructive plate margin)b.主要是拉斑玄武岩主要是拉斑玄武岩(tholeiites),化学成分特征是低化学成分特征是低 K,Rb,Ba 等等 LIL 元素。元素。洋脊玄武岩分为两种：正常洋脊玄武岩分为两种：正常 MORB(N-type):起源于亏损的软流圈上地幔起源于亏损的软流圈上地幔(depleted
13、 asthenospheric upper mantle)；地幔柱型；地幔柱型 MORB(P-type)：起源：起源于比较富集的地幔柱或热点。于比较富集的地幔柱或热点。P-type MORB=N-type MORB+OIB sourcec.MORB 可能不是原始地幔岩浆，其原始岩浆可能是可能不是原始地幔岩浆，其原始岩浆可能是 picrites,经过经过 Ol 的结的结晶分异而成拉斑玄武岩。晶分异而成拉斑玄武岩。(5)弧后盆地弧后盆地(back-arc basins)a.因为洋壳俯冲而产生弧后扩张因为洋壳俯冲而产生弧后扩张(back-arc spreading),与大洋中脊海底扩张不与大洋中脊海
14、底扩张不同同,后者与俯冲无关。只有老于后者与俯冲无关。只有老于 80 Ma 的、冷而致密的岩石圈的俯冲才能产的、冷而致密的岩石圈的俯冲才能产生弧后扩张。生弧后扩张。b.化学成分：类似于大洋中脊玄武岩化学成分：类似于大洋中脊玄武岩(MORB),但更复杂一些看规模的大但更复杂一些看规模的大小。由于俯冲带挥发分的参与，从微量元素地球化学的角度看，弧后盆地玄小。由于俯冲带挥发分的参与，从微量元素地球化学的角度看，弧后盆地玄武岩不同于武岩不同于 MORB。弧后盆地的岩浆成分取决于：源区成分、深度、部分。弧后盆地的岩浆成分取决于：源区成分、深度、部分熔融程度、挥发分的性质熔融程度、挥发分的性质(与俯冲洋壳
15、的脱水有关与俯冲洋壳的脱水有关)。弧后盆地玄武岩的成分。弧后盆地玄武岩的成分从低从低 K 玄武岩玄武岩(拉斑玄武岩，类似于拉斑玄武岩，类似于 MORB)到亚碱玄武岩都有，兼具到亚碱玄武岩都有，兼具 MORB和岛弧玄武岩的特征。有些情况下会有高和岛弧玄武岩的特征。有些情况下会有高 Mg 安山岩出现安山岩出现Boninites.a.现现Boninites.(6)大大陆陆板板内内岩岩浆浆作作用用A.大大陆陆高高原原玄玄武武岩岩(continental tholeiitic flood basalts)a.形形成成于于陆陆内内裂裂谷谷和和火火山山，规规模模很很大大，上上千千上上万万平平方方公公里里，并
16、并形形成成高高原原地地形形，故故 名名。例例 如如：老老 的的 有有Lake Superior 的的Keweenawan plateau(latePrecambrian);年年轻轻的的有有南南非非的的 Karoo(Jurassic),巴巴西西的的 Parana(J-R),南南极极(J),Namibia 的的 Etendeka(J3-K1).Karoo 和和 Antarctic 高高 原原玄玄武武岩岩的的形形成成与与 J K 期期 间间 Gondwanalandsuper-continent 的的分分解解有有关关非非洲洲和和南南极极洲洲的的分分裂裂并并导导致致印印度度洋洋的的形形成成。Paran
17、a 和和南南非非 Namibia 的的 Etendeka 高高原原玄玄武武岩岩的的形形成成与与南南大大西西洋洋的的打打开开有有关关。现现代代的的有有 Columbia River Plateau(USA),与与弧弧后后扩扩张张有有关关；YellowstonePark(Hot spot)；东东非非裂裂谷谷与与 Hot-line 有有关关；我我国国四四川川峨峨嵋嵋玄玄武武岩岩，张张宣宣赤赤峰峰内内蒙蒙高高原原。b.形形成成：与与地地幔幔柱柱或或热热点点/热热线线有有关关。软软流流圈圈上上涌涌岩岩石石圈圈减减薄薄地地壳壳拉拉伸伸c 岩石组合：以拉斑玄武岩为主，但许多大陆玄武岩含有岩石组合：以拉斑玄武
18、岩为主，但许多大陆玄武岩含有 10的酸性喷出岩的酸性喷出岩(上上部部)，而缺乏中性岩双峰式火山岩，而缺乏中性岩双峰式火山岩(bimodal volcanic rocks:玄武岩流汶玄武岩流汶岩岩)。多数情况下还含有少量碱性玄武岩，如印度。多数情况下还含有少量碱性玄武岩，如印度 Deccan 高原玄武岩；但个高原玄武岩；但个别情况下如别情况下如 Ethiopia（东非裂谷）则以碱性玄武岩为主。（东非裂谷）则以碱性玄武岩为主。d 化学成分特征：同位素和地球化学上显示富集地幔的特征；高化学成分特征：同位素和地球化学上显示富集地幔的特征；高 Fe 低低 Mg,表表明它不可能与正常的明它不可能与正常的
19、mantle lherzolite mineralogy 在水不饱和的条件下平在水不饱和的条件下平衡。高原玄武岩不是原始岩浆而是经过了低压分离结晶衡。高原玄武岩不是原始岩浆而是经过了低压分离结晶(Ol)作用，原始岩浆作用，原始岩浆可能是高可能是高 Mg 的富橄榄石玄武岩的富橄榄石玄武岩(picritic basalts)；也可能是比正常地幔二辉；也可能是比正常地幔二辉橄榄岩橄榄岩(lherzolite)更富更富 Fe 的源区的重熔；正常地幔岩在水饱和条件下的重的源区的重熔；正常地幔岩在水饱和条件下的重熔；熔；subduction-modified mantle 的重熔的重熔(Columbia
20、River Plateau,USA)。A.大陆板内碱性岩浆作用大陆板内碱性岩浆作用(钾质钾质/超钾质为特征超钾质为特征)a.岩石类型以超基性和过碱性为特征。有金伯利岩岩石类型以超基性和过碱性为特征。有金伯利岩(kimberlite)、钾镁煌斑岩、钾镁煌斑岩(lamproites)、大陆裂谷超钾质岩石如白榴岩、大陆裂谷超钾质岩石如白榴岩(leucitite)、橄榄黄长岩、橄榄黄长岩(olivinemelilitite)以及一些超基性煌斑岩以及一些超基性煌斑岩(ultrabasic lamprophyes)。都形成于某些异常的。都形成于某些异常的上地幔被交代的和富集的上地幔富含上地幔被交代的和富集
21、的上地幔富含 K 以及其他不相容元素以及其他不相容元素(incompatibleelements),例如例如 Sr,Ba,Cs,LREE。异常地幔的形成与洋壳和陆壳的俯冲消减有。异常地幔的形成与洋壳和陆壳的俯冲消减有关。大陆板内岩浆作用的诱因可能是地幔柱或热点关。大陆板内岩浆作用的诱因可能是地幔柱或热点(mantle plume or hot-spot);岩岩浆的成分与岩浆发生的深度、源区的矿物组成、交代流体的组成浆的成分与岩浆发生的深度、源区的矿物组成、交代流体的组成(H2O-CO2)、部、部分熔融的程度，以及岩浆向上迁移的过程中被大陆地壳混染的程度等许多因素有分熔融的程度，以及岩浆向上迁移
22、的过程中被大陆地壳混染的程度等许多因素有关。关。b.金伯利岩，一种富金伯利岩，一种富 K 的超基性岩石，迄今发现来源最深的的超基性岩石，迄今发现来源最深的(200 Km 的上地幔的上地幔)含有金刚石矿产。其特征是：局限于古老的含有金刚石矿产。其特征是：局限于古老的 craton(2.4 Ga)的内部的内部(南非、加拿南非、加拿大、澳大利亚、西伯利亚、华北地台等大、澳大利亚、西伯利亚、华北地台等)；与大陆裂谷似乎无关；与大陆裂谷似乎无关(没有分布于活动带没有分布于活动带上上)，而与，而与 mantle plume or hot-spot 有关；来源于交代或富集的地幔有关；来源于交代或富集的地幔K
23、imberlite的化学成分的化学成分(高高 K2O/Na2O,富含不相容元素富含不相容元素 incompatible elements)要求它是地要求它是地幔源区低程度的部分熔融的产物幔源区低程度的部分熔融的产物(问题：岩浆是如何脱离熔融残余并聚集的？问题：岩浆是如何脱离熔融残余并聚集的？)；Namibia 的的 Kimberlites 的形成与南大西洋的打开有关。的形成与南大西洋的打开有关。c.钾镁煌斑岩，贫钾镁煌斑岩，贫 Si 富富 K，以岩脉形式产出；属于造山后，以岩脉形式产出；属于造山后(post-orogenic)现象，并现象，并发生于曾经发生大陆的俯冲和碰撞的地方，多数情况下发生
24、在发生于曾经发生大陆的俯冲和碰撞的地方，多数情况下发生在 craton 的边缘的边缘(而而kimberlites 在在 craton 的内部的内部)，并与大断裂有关。，并与大断裂有关。A.大大陆陆裂裂谷谷岩岩浆浆作作用用(continental rift zone magmatism)a.代代表表稳稳定定的的大大陆陆开开始始发发生生裂裂解解，是是新新的的洋洋盆盆形形成成的的前前奏奏。比比如如，东东非非裂裂谷谷。而而红红海海则则是是年年轻轻大大洋洋的的雏雏形形是是研研究究陆陆壳壳向向洋洋壳壳转转化化的的理理想想天天然然实实验验室室。大大西西洋洋则则是是壮壮年年的的大大洋洋盆盆地地，太太平平洋洋则
25、则正正在在走走向向死死亡亡。但但是是更更多多的的裂裂谷谷没没有有发发育育成成大大洋洋，而而是是夭夭折折了了(failed rift)但但成成为为重重要要的的油油气气田田。b.大大陆陆裂裂谷谷岩岩浆浆作作用用的的起起因因：有有两两种种模模式式，主主动动的的和和被被动动的的。主主动动的的(active models)：地地幔幔柱柱或或热热点点热热的的软软流流圈圈物物质质上上涌涌、岩岩石石圈圈拉拉张张、下下地地壳壳减减薄薄(沿沿着着地地壳壳的的薄薄弱弱带带)；基基性性岩岩墙墙群群不不断断侵侵入入到到越越来来越越薄薄的的地地壳壳。被被动动的的(passive models)：岩岩石石圈圈减减薄薄，大大
26、陆陆地地壳壳被被拉拉开开，从从而而促促使使地地幔幔物物质质上上涌涌。无无论论哪哪种种模模式式，软软流流圈圈物物质质的的上上涌涌(upwelling)都都是是个个事事实实。理理论论上上可可以以区区分分两两种种模模式式，主主动动：doming-volcanism-rifting;被被动动：rifting-doming-volcanism,但但是是实实际际上上很很难难区区分分大大陆陆裂裂谷谷岩岩浆浆作作用用比比想想象象得得更更复复杂杂。c 大大陆陆裂裂谷谷岩岩浆浆作作用用形形成成的的岩岩浆浆组组合合非非常常复复杂杂(与与大大陆陆高高原原玄玄武武岩岩中中亚亚碱碱性性玄玄武武岩岩即即拉拉斑斑玄玄武武岩岩
27、为为主主的的特特征征形形成成对对比比,为为什什么么？)，从从过过渡渡型型亚亚碱碱性性玄玄武武岩岩碱碱性性玄玄武武岩岩硅硅不不饱饱和和的的碧碧玄玄岩岩(basanites)和和霞霞石石岩岩(nephalinites)，有有时时有有超超钾钾质质的的白白榴榴岩岩(leucitites)。除除了了玄玄武武岩岩之之外外，还还有有大大量量的的长长英英质质喷喷出出岩岩，如如粗粗面面岩岩(trachytes)、响响岩岩(phonolites)、流流纹纹岩岩(rhyolites)可可能能与与分分离离结结晶晶、大大陆陆地地壳壳混混染染有有关关。另另外外，与与大大陆陆高高原原玄玄武武岩岩相相比比，大大陆陆裂裂谷谷岩
28、岩浆浆作作用用的的喷喷发发性性更更强强反反映映源源区区的的强强交交代代而而富富含含挥挥发发分分。d 在在多多数数情情况况下下，大大陆陆裂裂谷谷岩岩浆浆似似乎乎来来自自富富集集的的地地幔幔源源区区(OIB source orsubcontinental lithosphere?)，而而不不是是亏亏损损的的软软流流圈圈(MORB source)。亏亏损损的的软软流流圈圈只只有有在在强强主主动动型型裂裂谷谷中中才才有有参参与与。p 经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量p Study Constantly,And You Will Know Everything.The More You Know,The More Powerful You Will Be写在最后感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings结束语讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
