火山岩大地构造环境

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1、火山岩大地构造环境摘要：花岗岩与大地构造环境之间存在着成因联系，因为岩浆活动受到了构 造环境的控制。在大地构造演化的各个阶段中，花岗岩的岩石化学成分表现出有 序的演化趋势，这种趋势在常量、微量及稀土元素等方面都有反映。通过化学成 分的变化，并利用典型的构造环境中花岗岩的数据及数学手段建立的一套判别方 法，可以用来判别花岗岩形成的大地构造环境。关键词：花岗岩；构造环境；成因分类；成分演化 花岗岩与大地构造的成因联系： 板块构造理论的建立为岩石大地构造学的研究提供了理论依据。不同的构造 环境由于物质组成、温压条件及构造变动的差异，岩浆在形成机制、混染程度、 分异类型、运移过程和侵位方式及其以后的变

2、质、变形等地质作用也必然有不同 的表现形式，并形成一定的岩石类型和岩浆岩组合。BarkerD.5.关于岩浆作用的 基本假设反映了岩浆活动与大地构造作用的内在关系：（1）岩浆是由地慢或地壳 部分熔融产生的，没有一个长久的世界性的岩浆房存在。（2）熔化是动力过程的 反映，热量不能聚集在一个很小的高温空间中，且仅仅依靠放射热能不足以引起 熔融。因此，岩浆的形成有三种方式：（a）通过下部岩浆的热传导或者断裂、剪 切、俯冲等作用的运移使岩石达到高温状态；（b）断裂抬升或贯入作用的降压过 程；（c）变质作用中固相线较低的物质成分变化。（3）即使岩浆在进入地壳中用 地质的时间尺度看是瞬时的，不同期次的岩浆作

3、用（甚至是被改造过的）也将保 留其化学特征川。这些基本假设明确地阐述了岩浆作用与大地构造作用之间的成 因联系，前两条假设说明了大地构造作用对岩浆作用的限制性，第三条假设则说 明了探索二者之间关系的可能性。 PeiveA.B 等人把花岗岩的形成与地壳的演化 直接联系起来，将地壳的发展演化划分为大洋、过渡和大陆三个有序阶段。洋壳 在俯冲作用等一系列复杂的过程中受到改造，向过渡壳演化。在这一过程中，玄 武岩通过局部熔融或者交代作用，在不成熟的过渡壳（如岛弧）中可以形成局部 新生的花岗岩层，构成未来陆壳的“萌芽体”其明显的特点是NaO的含量大于 KO的含量，反映了花岗岩层的新生性质和不成熟特点。斜长花

4、岗岩化是过渡壳 成熟过程中的产物，反映了洋壳物质不断被改造，并向陆壳逐步演化的过程。由 斜长花岗岩化发展为大规模的钾长花岗岩化是过渡壳向陆壳演化阶段的突出事 件， K O 和 Na O 的含量也发生了变化，使地壳走向最终的成熟阶段。这种新的认22 识揭示了花岗岩在大地构造演化中的意义，并且明确了地壳演化中各个阶段的花 岗岩种类及其性质，成为地壳演化不同阶段的直接标志。近年来Wiokham5.M 对 东比利牛斯裂谷变质作用的研究认为，花岗岩可以形成于大陆裂谷这一高温低压 的构造环境。由于裂谷作用使地壳拉伸减薄，引起上地慢热物质的上涌，并使地 壳物质发生部分重熔，形成大量的花岗岩类侵入体和若干代表

5、极高的地温梯度的 凝缩变质岩系川。上地慢的热物质在裂谷环境中也可能直接参与了岩浆的混染改 造作用，使地壳物质向过渡类型转化，形成拉张型过渡壳，由此何国琦等提出了 地壳演化的五阶段模式闭。所有这些关于花岗岩与大地构造作用之间的关系的新 认识，就是我们研究二者之间内在联系的基础，也是我们进行花岗岩的构造环境 判别的理论依据。花岗岩的构造成因分类： 近代一些花岗岩学说都包含了一种假说，即花岗岩的形成与造山运动和区域 变质作用有关。从这一观点出发，传统的槽台学说认为，地槽褶皱回返或者造山 运动的各个不同阶段可以形成一些不同特征的花岗岩，并将其分为同造山期花岗 岩、晚造山期花岗岩和造山期后花岗岩，这种分

6、类方法至今仍为一些地质工作者 所采用。花岗岩主要集中出露于造山带，最能解释这种关系的理由是：花岗岩是 深成岩类，只有造山运动才能使之出露地表。而花岗岩在出露之前的形成环境是 多种多样的，正是这种多样性，才可能把花岗岩用于构造环境的判别工作。Pitcherw.5.在总结了近40年来花岗岩的研究成果后，提出了一个比较合理的花 岗岩的构造分类，即西太平洋型（岛弧型）、安底斯型（陆缘弧型）、海西型（大 陆碰撞型）、加里东型（碰撞后抬升的）和尼日利亚型（主裂谷作用型），并给出 了各类环境中花岗岩的基本地质特征sj。但Pitcher的分类是以地区为主的总 结，有些类型所选择的地区缺乏代表性，如陆一陆碰撞的

7、典型代表是喜马拉雅山 造山带，而欧洲的海西带有些地段则是拉张作用形成的闭。对构造环境的划分也 有可改进的地方，主裂谷作用只是地壳拉张减薄过程中的一个阶段，以拉张作用 作为一种环境可能更合适；带有陆壳基底的岛弧花岗岩的各种地质、地球化学特 征与陆缘弧花岗岩极为相似，难以区分，把它们归为一类（成熟弧）比较合理。 地壳成熟度理论是大地构造理论中的一种新学说，这种理论的特点是在研究大地 构造演化过程中，强调地壳在各个不同的演化阶段中物质组成和演化的特征。按 照地壳成熟度理论，参考Pitoher的分类，本文将花岗岩的构造环境分为以下几 种类型：（1）拉张型过渡壳花岗岩（ECG），这种花岗岩产生于裂谷形成

8、与大陆解 体过程的拉张环境中，它的形成是由于地壳的拉伸减薄，上地慢热物质上涌，使 地壳形成一种高温低压的环境，并使地壳发生部分重熔，形成大量的花岗岩侵入 体和代表一种极高的地温梯度的凝缩变质岩系。同时上地慢上涌的热物质沿着拉 张的裂隙与地壳的热物质发生混染作用，并对陆壳的物质进行改造，使之向过渡 类型转化，形成拉张型过渡壳的花岗岩。（2）不成熟弧花岗岩（IAG），这是挤压 型过渡壳花岗岩的一种，它形成于不成熟的岛弧中，主要是由玄武质岩石在俯冲 作用下一系列复杂的陆缘地质作用过程中，经过分熔或者交代作用形成的初生花 岗岩。这种花岗岩具有许多慢源的特征，其地球化学特征与M型花岗岩相似。（3） 成熟

9、弧花岗岩（MAG），这是挤压型过渡壳花岗岩的另一种类型。它主要形成于两 种构造环境中，一是安第斯型的大陆边缘，二是含有前寒武纪地块的岛弧。这两 种构造环境中由于有更多的壳源物质介入岩浆活动，其地球化学特征介于慢源与 壳源之间。（4）同造山期花岗岩（S0G），相当于传统分类中的同造山期及晚造山 期花岗岩。较为典型的如喜马拉雅山带的花岗岩，基本为陆壳物质重熔而形成， 其地球化学特征具有陆壳的种种特点。（5）造山期后花岗岩（P0G），由局部岩浆 房形成的小型侵入体。这里需要特别指出的是A型花岗岩，它的形成一般认为与 裂谷的作用有关。据许保良、黄福生等人的研究，认为A型花岗岩可能有三种产 生构造环境，

10、即板缘（造山晚期）、过渡（造山期后）和板内（裂谷、类裂谷）。 实际上A型花岗岩可能形成于造山期后至陆块重新开始分裂，即裂谷作用早期的 这一地壳演化阶段。花岗岩的物质成分演化趋势： 判别花岗岩形成的大地构造环境，主要依据它的构造位置和与之相关的岩石 组合、沉积建造和变质作用等方面的综合地质特征来确定。反过来，在一定的大 地构造环境中，花岗岩的物质来源，分异程度和变质作用等方面都要受到构造环 境的控制，因此也具有独特的岩石化学特征，利用这些特征可以作为花岗岩形成 的构造环境的判别标志，为研究区域性的大地构造演化提供一方面的依据。在板 块构造理论创立的早期，人们就已经发现了岛弧的成分极性现象，它实际

11、上就是 元素地球化学在不同构造演化阶段中有序性的反映。不同类型的地壳，首先表现 在其物质组成上的差异。大洋地壳几乎全部由玄武质岩石组成，当洋底扩张到一 定程度之后，陆缘发生的俯冲作用可以形成一系列的成熟和不成熟岛弧，但它们 的物质组成与大洋或大陆都有较大的差异。从不成熟弧中初生的花岗岩层发展成 斜长花岗岩直至最后发生大规模的钾长花岗岩化，是从洋壳向挤压型过渡壳到陆 壳演化的一个基本规律。众所周知，陆壳和洋壳的最大区别是硅铝层的厚度，由 于硅铝层的厚度从大洋向大陆逐渐增大，花岗岩中 SiO ：的含量也逐渐增加，碱 性物质的含量也逐渐增大，尤其是KO的变化更为明显板块构造把这种KO含 22量的变化

12、与俯冲的速度和深度结合起来，而PeiveA.B.却将K20含量的变化与地 壳的成熟度结合起来，并考虑了 KO与NaO的相对含量，即KO/NaO的比值变化, 2 2 2 2并得出这个比值随着洋壳向陆壳演化而不断增加的结论。相反， Mg， Fe， Ca 等 元素的氧化物含量却逐步减少，反映了地慢分异的岩浆不断被改造的过程。在微量元素方面， PearoeJ.A. 等人做了大量的工作，并给出了典型构造环境 中微量元素的分布型式川。从Pearce的研究中可以得出以下结论：Pb，Be，Th, Ta， Nb 等大离子亲石元素的丰度虽有些起伏变化，但基本是从大洋向大陆方向 增加的。而Hf，Zr，Y等元素的丰度

13、则略有降低，这种变化使微量元素的分布曲 线由大洋向大陆显示出斜率增大的趋势， Pb/Y 比值也不断增加。另一个值得注 意的是，具有陆壳性质的花岗岩（包括裂谷、同碰撞期、碰撞期后的）都存在 Ba的负异常。同位素往往被作为岩浆来源的示踪剂，其中尤以Sr，Pb同位素的 研究最为深入。人们认为任何重元素的同位素，都不能被岩浆的分异结晶作用所 分馏。在整个化学变化的火成岩系列中， Sr， Pb 同位素的初始组成是单一的， 但Sr，Pb同位素比值的变化显然与岩性有关，并且在花岗岩中有更大的分散性。 从大洋向大陆方向， 87Sr/86Sr 和 206Pb/204Pb 有逐渐增大的趋势，但在具体数值上需要参考其他方面的结果综合研究才能得出适应工作区的实际情况。花岗岩在稀 土元素方面的研究大大落后于玄武岩，虽然已取得一些进展，但至今仍没有一种 比较可靠的结论。参考文献：花岗岩及其形成的大地构造环境吴泰然花岗岩形成的大地构造环境及其痕量元素判别图解J.P.Pearce 花岗岩构造环境问题_关于花岗岩研究的思考之三张旗