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        火山作用對(duì)板塊構(gòu)造環(huán)境的判別方法

        2019-03-07 01:23:32李旭俊劉仕承嚴(yán)城民
        云南地質(zhì) 2019年1期
        關(guān)鍵詞:島弧圖解火山巖

        李旭俊,劉仕承,嚴(yán)城民

        (1.云南黃金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司,云南 昆明 650200;2.云南省地礦局區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查大隊(duì),云南 玉溪 653100)

        火山作用的板塊構(gòu)造環(huán)境,一般通過常量元素、稀土元素、微量元素圖解判別。此方面的主要參考資料為:《巖石化學(xué)》(邱家驤等,1991)、《火成巖微量元素巖石學(xué)》(李昌年,1992)。在工作過程中,要注意收集期刊雜志發(fā)表的新方法、新圖解。

        在使用地球化學(xué)圖解中要注意:①不同圖解適用的巖石類型不同,要注意判別圖解的適用巖石;②盡量選擇投影區(qū)不相重疊或重疊較少的圖解;③在同類巖石中,同時(shí)使用常量元素、稀土元素、微量元素進(jìn)行圖解判別,相互驗(yàn)證。

        火山作用板塊構(gòu)造環(huán)境的判別圖解大致劃分為2種類型:①同一圖解對(duì)不同的板塊構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行判別,②對(duì)拉斑系列的巖石進(jìn)一步進(jìn)行環(huán)境判別。對(duì)堿性系列、鈣堿性系列的巖石,只需使用不同板塊構(gòu)造環(huán)境的判別圖解。對(duì)拉斑系列的巖石,需要進(jìn)一步進(jìn)行島弧拉斑玄武巖(OIB)、洋中脊玄武巖(MORB)、洋島玄武巖(IAT)、板內(nèi)玄武巖(WPB)的環(huán)境判別。

        不同的判別圖解中,板塊構(gòu)造單元的名稱不完全統(tǒng)一,各個(gè)地質(zhì)工作者的理解也有明顯的分歧。此問題至今仍未有較好的方法進(jìn)行處理。為便于年輕地質(zhì)工作者的使用,本文對(duì)一些圖解中的板塊構(gòu)造單元術(shù)語進(jìn)行粗淺的分析。

        火山巖的地球化學(xué)圖解中,大多使用廣義的玄武巖。也就是說:玄武巖的圖解可以在基性火山巖(玄武巖)、中基性火山巖(安山玄武巖)中使用,甚至還可以在中性巖(安山巖)中使用。

        在使用巖石地球化學(xué)圖解中要注明4個(gè)內(nèi)容:①圖解的原創(chuàng)作者與年代;②圖解從什么資料中引出;③作圖瑞員的計(jì)算方法,簡單者可以省略;④投影區(qū)說明。

        1 火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境劃分

        火山作用的板塊構(gòu)造環(huán)境劃分為板塊邊緣和板塊內(nèi)部,多數(shù)火山巖形成于板塊邊緣。板塊邊緣劃分為離散型板塊邊緣、聚斂型板塊邊緣、轉(zhuǎn)換斷層帶。這3種板塊邊緣又可進(jìn)一步劃分為不同的構(gòu)造單元。不同板塊構(gòu)造環(huán)境的巖石組合有一定差別(表1)。

        火山巖系形成的板塊構(gòu)造環(huán)境為:①堿性系列主要形成于大陸克拉通、大陸裂谷、轉(zhuǎn)換斷層帶;②鈣堿性系列主要形成于俯沖帶、活動(dòng)大陸邊緣(島弧)、碰撞造山帶;③拉斑系列主要形成于大洋板內(nèi)、大洋島嶼、大洋中脊、大陸裂谷、陸間裂谷、俯沖帶、島弧、弧后盆地(邊緣海盆)、轉(zhuǎn)換斷層帶。

        表1 不同板塊構(gòu)造環(huán)境的火山巖特征

        2 常量元素圖解判別

        2.1 確定玄武巖的各種板塊構(gòu)造環(huán)境

        確定玄武巖的各種板塊構(gòu)造環(huán)境的主要3種圖解。

        TiO2-10MnO-10P2O5圖解(圖1)將玄武巖劃分為:大洋島嶼拉斑玄武巖(OIT)、洋中脊玄武巖(MORB)、大洋島嶼堿性玄武巖(OIA)、島弧拉斑玄武巖(LAT)、鈣堿性玄武巖(CAB)。該圖解對(duì)洋中脊、洋島、島弧環(huán)境的玄武巖分辨率較高,將其他環(huán)境的玄武巖難于判別。鈣堿性玄武巖區(qū)的巖石,尚需用其他圖解進(jìn)一步判別。

        FeO*-Al2O3-MgO圖解(圖2)將玄武巖劃分為:洋脊與洋底、洋島、造山帶、大陸板內(nèi)、擴(kuò)張中心島嶼。造山帶可能包含了洋島、島弧,大陸板內(nèi)是否包含大陸克拉通、大陸裂谷、陸間裂谷、被動(dòng)陸緣,擴(kuò)張中心島嶼似乎與大洋的3種環(huán)境(洋脊、洋底、洋島)相重疊。

        圖1 判別火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的TiO2-10MnO-10P2O5圖解Fig 1.Diagram TiO2-10MnO-10P2O5 of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(E.D.Mullen,1983;轉(zhuǎn)引自邱家驤,1991)OIT-大洋島嶼拉斑玄武巖;MORB-洋中脊玄武巖;OIA-大洋島嶼堿性玄武巖;LAT-島弧拉斑玄武巖;CAB-鈣堿性玄武巖

        圖2 判別火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的FeO*-Al2O3-MgO圖解Fig 2.Diagram FeO*-Al2O3-MgO of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(T.H.Pearce,1977;轉(zhuǎn)引自邱家驤,1991)FeO*=FeO+0.9 Fe2O31-洋脊與洋底;2-洋島;3-造山帶;4-大陸板內(nèi);5-擴(kuò)張中心島嶼

        F1-F2、F2-F3圖解(圖3)將玄武巖劃分為:板內(nèi)玄武巖(WPB)、低鉀拉斑玄武巖(島弧拉斑玄武巖)(LKT)、鈣堿性(高鋁)玄武巖(CAB)、鉀玄巖(SHO)、洋底(洋中脊)玄武巖(OFB)。板內(nèi)玄武巖應(yīng)該限指大陸板內(nèi),否則與洋底(洋中脊)玄武巖(OFB)重疊。鈣堿性(高鋁)玄武巖主要分布于環(huán)太平洋地區(qū)的造山帶。鉀玄巖主要形成于島弧環(huán)境。

        圖3 判別火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的F1-F2、F2-F3圖解

        WPB-板內(nèi)玄武巖;LKT-低鉀拉斑玄武巖(島弧拉斑玄武巖);CAB-鈣堿性(高鋁)玄武巖;SHO-鉀玄巖;OFB-洋底(洋中脊)玄武巖

        F1=0.0088(SiO2)-0.0774(TiO2)+0.0102(Al2O3)+0.0066(FeO*)-0.0017(MgO)-0.0143(CaO)-0.0155(Na2O)-0.0007(K2O)

        F2=0.0130(SiO2)-0.0185(TiO2)-0.0129(Al2O3)-0.0134(FeO*)-0.0300(MgO)-0.0204(CaO)-0.0481(Na2O)+0.0715(K2O)

        F3=0.0221(SiO2)-0.0532(TiO2)-0.0361(Al2O3)-0.0016(FeO*)-0.0310(MgO)-0.0237(CaO)-0.0614(Na2O)-0.0289(K2O)

        2.2 不同板塊構(gòu)造環(huán)境的拉斑玄武巖

        判別拉斑玄武巖的板塊構(gòu)造環(huán)境常用TiO2-10MgO-10P2O5圖解(圖4)、TiO2-FeO*/MgO圖解(圖5)。這2種圖解只能在拉斑玄武巖系列中使用,或者是進(jìn)一步分辨島弧拉斑玄武巖(OIB)、洋中脊玄武巖(MORB)、洋島玄武巖(IAT)。

        圖4 判別拉斑玄武巖板塊構(gòu)造環(huán)境的FeO﹡/MgO-TiO2圖解Fig 4.Diagram FeO*/MgO-TiO2 of Tholeiite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)W.Glassley,1974;轉(zhuǎn)引自邱家驤,1991)Ⅰ-洋島玄武巖(IAT);Ⅱ-洋中脊玄武巖(MORB);Ⅲ-島嶼拉斑玄武巖(OIB)

        圖5 判別拉斑玄武巖板塊構(gòu)造環(huán)境的TiO2-FeO﹡/MgO圖解Fig 5.Diagram TiO2-FeO*/MgO of Tholeiite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Migashiro,1974、1975;轉(zhuǎn)引自邱家驤,1991)OIB-島弧拉斑玄武巖;MORB-洋中脊玄武巖;IAT-洋島玄武巖

        3 稀土元素與微量元素圖解判別

        3.1 確定玄武巖的各種板塊構(gòu)造環(huán)境

        判別玄武巖板塊構(gòu)造環(huán)境的常用4種圖解。

        Hf/3-TA-Th圖解(圖6)將玄武巖劃分為:洋中脊玄武巖(M型)、洋中脊玄武巖(P型)、板內(nèi)堿性玄武巖及分異產(chǎn)物、島弧拉斑玄武巖及分異產(chǎn)物。板內(nèi)堿性玄武巖不包括大洋板塊。

        V-Ti圖解(圖7)將玄武巖劃分為:鈣堿性玄武巖(CAB)、島弧拉斑玄武巖(LIT)、洋中脊玄武巖(MORB)、大陸溢流玄武巖(CFB)、洋島玄武巖(OIB)。鈣堿性玄武巖需使用其他圖解進(jìn)一步判別。

        2Nb-Zr/4-Y圖解(圖8)將玄武巖劃分為:板內(nèi)堿性玄武巖、板內(nèi)堿性玄武巖和板內(nèi)拉斑玄武巖、富集型洋中脊玄武巖、板內(nèi)拉斑玄武巖和島弧拉斑玄武巖、正常洋中脊玄武巖和火山弧玄武巖。此圖解實(shí)際上只判別出板內(nèi)玄武巖、洋中脊玄武巖、火山弧玄武巖,要此基礎(chǔ)上需進(jìn)一步判別。

        Ti/100-Zr-3Y圖解(圖9)將玄武巖劃分為:A、B-島弧拉斑玄武巖;B、C-島弧鈣堿性玄武巖;B-洋底玄武巖;D-板內(nèi)玄武巖。

        圖6 判別火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的Hf/3-Ta-Th圖解Fig 6.Diagram Hf/3-Ta-Th of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Wood,1979;轉(zhuǎn)引自李昌年,1992)A-洋中脊玄武巖(M型);B-洋中脊玄武巖(P型);C-板內(nèi)堿性玄武巖及分異產(chǎn)物;D-島弧拉斑玄武巖及分異產(chǎn)物

        圖7 判別長英質(zhì)火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的V-Ti圖解Fig 7.Diagram V-Ti of Felsic Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Shervais,1986;轉(zhuǎn)引自李昌年,1992)CAB-鈣堿性玄武巖;IAT-島弧拉斑玄武巖;MORB-洋中脊玄武巖;CFB-大陸溢流玄武巖;OIB-洋島玄武巖

        圖8 判別火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的2Nb-Zr/4-Y圖解Fig 8.Diagram 2Nb-Zr/4-Y of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Mecschede,1986;轉(zhuǎn)引自李昌年,1992)A1-板內(nèi)堿性玄武巖;A2-板內(nèi)堿性玄武巖和板內(nèi)拉斑玄武巖;B-富集型洋中脊玄武巖;C-板內(nèi)拉斑玄武巖和島弧拉斑玄武巖;D-正常洋中脊玄武巖和火山弧玄武巖

        圖9 判別火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的Ti/100-Zr-3Y圖解Fig 9.Diagram Ti/100-Zr-3Y of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Pearec,1973;轉(zhuǎn)引自李昌年,1992)A、B-島弧拉斑玄武巖;B、C-島弧鈣堿性玄武巖;B-洋底玄武巖;D-板內(nèi)玄武巖

        2.2 不同板塊構(gòu)造環(huán)境的拉斑玄武巖

        拉斑玄武巖系列可出現(xiàn)在不同的板塊構(gòu)造單元,以洋中脊、板內(nèi)、島弧環(huán)境較為常見,需使用相關(guān)圖解進(jìn)一步判別。

        Ti-Zr圖解(圖10)、Zr/Y-Zr圖解(圖11)一般僅在拉斑玄武巖系列中使用,進(jìn)一步分辨島弧拉斑玄武巖(IAB)、洋中脊玄武巖(MORB)、洋島玄武巖(IAT)、板內(nèi)玄武巖(WPB)。

        圖10 判別拉斑玄武巖系列板塊構(gòu)造環(huán)境的Ti-Zr圖解 Fig 10.Diagram Ti-Zr of Tholeiite Series Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Pearce,1973;轉(zhuǎn)引自李昌年,1992)

        圖11 判別拉斑玄武巖系列板塊構(gòu)造環(huán)境的2Nb-Zr/4-Y圖解Fig 11.Diagram 2Nb-Zr/4-Y of Tholeiite Series Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Pearce,1982;轉(zhuǎn)引自李昌年,1992)

        2.3 不同板塊構(gòu)造環(huán)境的長英質(zhì)火山巖

        長英質(zhì)火山巖多見于島弧和伸展盆地,判別圖解較少。一般使用La-Yb圖解(圖12)Hf-Zr圖解(圖13)。

        圖12 判別長英質(zhì)火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的La/Yb-Yb圖解Fig 12.Diagram La/Yb-Yb of Felsic Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Condis,1986;轉(zhuǎn)引自李昌年,1992)Ⅰ-弧火山巖;Ⅱ-伸展盆地(包括大陸殼內(nèi)或在大陸附近的大陸裂谷和弧后盆地)火山巖

        圖13 判別長英質(zhì)火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的Hf-Zr圖解Fig 13.Diagram Hf-Zr of Felsic Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Condis,1986;轉(zhuǎn)引自李昌年,1992)Ⅰ-弧火山巖;Ⅱ-伸展盆地(包括大陸殼內(nèi)或在大陸附近的大陸裂谷和弧后盆地)火山巖

        3 小結(jié)

        火山巖出露于板塊構(gòu)造的不同單元,主要依靠巖石的常量元素、稀土元素、微量元素進(jìn)行圖解判別。對(duì)堿性系列、鈣堿性系列的巖石,只需使用各種構(gòu)造環(huán)境的判別圖解。對(duì)拉斑系列的巖石,需要進(jìn)行島弧拉斑玄武巖(OIB)、洋中脊玄武巖(MORB)、洋島玄武巖(IAT)、板內(nèi)玄武巖(WPB)的環(huán)境判別。中酸性火山巖多見于島弧和伸展盆地,判別圖解較少。

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