玄武岩的考题(北大考题)重点大地构造环境

关于北京大学硕士研究生岩石学考题中的玄武岩的成因与大地构造环境的内容第一节：玄武岩的基本概念及常用分类：玄武岩（Basalt）：是一种基性喷出岩, 由火山喷发出的岩浆在地表冷却后凝固而成的一种致密状或泡沫状结构的岩石，属于岩浆岩。其岩石结构常具气孔状、杏仁状构造和斑状结构，有时带有大的矿物晶体，未风化的玄武岩主要呈黑色和灰色，也有黑褐色、暗紫色和灰绿色的。玄武岩的结构：玄武岩结晶程度和晶粒的大小，主要取决于岩浆冷却速度。如果是冷却较慢，比如一天降几度，则形成的是几毫米大小、等大的晶体；如果是快速冷却，比如一分钟降上百度,则形成的是细小的针状、板状晶体或非晶质玻璃。因此在通常的地表条件下，玄武岩主要是呈细粒至隐晶质或玻璃质结构，少数为中粒结构。常含橄榄石、辉石和斜长石斑晶，构成斑状结构。斑晶在流动的岩浆中可以聚集，称聚斑结构。这些斑晶可以在、在玄武岩浆通过地壳上升的过程中形成，也有可能于喷发前巨大的岩浆储源中形成。基质结构变化大，随岩流的厚薄、降温的快慢和挥发组分的多寡，在全晶质至玻璃质之间存在各种过渡类型，但主要是间粒结构、填间结构、间隐结构，较少次辉绿结构和辉绿结构。玄武岩构造与其固结环境有关。陆上形成的玄武岩，常呈绳状构造、块状构造和柱状节理；水下形成的玄武岩，常具枕状构造。而气孔构造、杏仁构造可能出现在各种玄武岩中。玄武岩的组成：玄武岩的化学成分与辉长岩相似，主要是二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁（还有少量的氧化钾、氧化钠），其中SiO2含量最高，一般含量在45%52%之间，其中K2O+Na2O含量较侵入岩略高，CaO、Fe2O3+FeO、MgO含量较侵入岩略低。玄武岩的矿物成份主要由基性长石和辉石组成，次要矿物有橄榄石，角闪石及黑云母等。玄武岩的分类：玄武岩根据组成矿物、结构、形成环境等不同分为许多品种：（1）按次要矿物的不同，可划分为橄榄玄武岩、紫苏辉石玄武岩等；（2）按结构构造，可分为气孔状玄武岩、杏仁状玄武岩等；（3）按化学成分和矿物成分，可分为高铝玄武岩、碱性玄武岩和拉斑玄武岩等；（4）按碱度划分，可分为碱性玄武岩、过渡玄武岩、拉斑玄武岩、钙碱性玄武岩和钾玄岩；（5）按形成环境分，包括形成于陆地拉张环境的大陆溢流玄武岩和形成于海底扩张带的洋底玄武岩。玄武岩按照碱度可以划分为：碱性玄武岩、过渡玄武岩、拉斑玄武岩、钙碱性玄武岩和钾玄岩等类型。（1）大洋中脊玄武岩（mid ocean ridge basalt）：低钾拉斑玄武岩的变种，含钛量也较低，在大洋中脊喷出，由镁橄榄石、富钙单斜辉石、斜长石、钛磁铁矿和数量不等的浅棕色玻璃组成。岩石中斜方辉石和钛铁矿罕见。大洋中脊玄武岩（midocean ridge basalts；MORBS），指形成于大洋中脊环境的玄武岩。大洋中脊为拉张环境，拉张速度很大，通常3cm/a，可达5cm/a或更高。大洋地壳较大陆地壳薄，一般10km，成分均为镁铁质岩石，上覆很薄的沉积物，不像大陆地壳含有厚的花岗质组成。大洋中脊玄武岩一般是在较低压力和高温的条件下经高度部分熔融形成的。在洋中脊发生快速拉张时，热的软流圈地幔上涌，温度一般在13301400左右，由于上涌速度快，在软流圈地幔快速到达浅部时，温度变化并不显著，又称为绝热上升（adiabatic uplift），加上洋壳薄，经过快速降压的高温软流圈地幔物质在浅部发生部分熔融，因此部分熔融程度大，通常B可达20%30%左右。大洋中脊地区是地球上岩浆频繁发生的地带，因而玄武岩的源区地幔常常亏损玄武质组分，源区以亏损的二辉橄榄岩和方辉橄榄岩为主。由这种源区熔出的岩浆亦亏损不相容组分，加之上覆地壳没有富含不相容组分的花岗质岩石，原生岩浆不会因同化混染作用有大的成分变化，在这种背景下形成的玄武岩一般低K2O、TiO2及不相容元素，以洋脊拉斑玄武岩为典型代表。由于MORBS同化混染不显著，因而能较好地用来反演源区的化学组成。如果拉张速度较慢（1cm/a），缓慢的软流圈上涌所引起的温度梯度变化也小，熔融部位较深，熔融程度15%，形成的玄武岩较快速拉张的情况可含较多的K2O及不相容元素。（2）钙碱系列玄武岩：钾玄岩系列（shoshonite series）又称橄榄玄粗岩系列(mugearite series)。碱性玄武岩系列和钙碱性系列之间的一个过渡型系列,为造山带特有的富K系列。在SiO2 (Na2O+K2O)图上位于碱性玄武岩系列与钙碱性玄武岩系列的过渡地带,但是在AFM图上,有一个类于钙碱性系列的直线演化趋势,即没有富铁演化趋势。典型的岩石是橄榄粗面玄武岩、钾玄岩、安粗岩。钙碱性系列（calc alkalic series）其岩石组合是玄武岩 安山岩 英安岩、流纹岩。可用Ol Ne Q三角图解和AMF三角图解,划分出钙碱性系列。也可以根据火成岩中里特曼指数,将岩石划分为亚碱性系列,含拉斑和钙碱性系列(9%)（3）高钾钙碱系列：玄武岩在判断构造背景方面要比花岗岩重要的多(e.g.Hanson,1978).然而这些问题可以通过低蚀变的样品来平衡，所以对于他们的分类来说，活动元素要比稳定元素应用更多一些。当然，目前也已经有一些花岗岩分类的方案，对构造背景也有一定的指示意义。Peacocks(1931)的碱-灰质指数（alkali-limeindex）和Shands(1951)的进一步划分为过碱性、碱性和亚碱性来表示花岗岩主量元素的特征，并且也指示出一些简单的假设：钙碱性花岗岩石岛弧岩浆活动产物，碱性和过碱性与板内背景有关，过铝质花岗岩石是沉积岩深熔作用形成，尤其是大陆碰撞时期。Streckeisens(1976)的分类也对构造环境提供了一些信息，然而Debon&LeFort(1982)基于LaRoche(1978)早期成果公布了一个特征矿物表格，这里包含了构造背景化学和矿物的分类。他将花岗岩分为S型和I型(Chappell&White,1974;White&Chappell,1977)花岗岩，最初只是成因分类，目前已经可以用来预测构造背景。S型花岗岩是大陆碰撞产物，I型花岗岩是科迪勒拉山系和后造山抬升形成(e.g.Beckinsale,1979;Pitcher,1983)。为了强调区别，他又划分A和M型花岗岩来分别区别非造山和洋弧背景。后者也可以包括Coleman&Peterman(1975)提出的大洋斜长花岗岩，主要是洋脊形成的蛇绿岩套中富钠的花岗岩。（4）碱性玄武岩（alkali basalt）基性碱性火山岩的总称。比一般玄武岩富碱，而二氧化硅、氧化钙较低。主要矿物为斜长石（中长石拉长石）、橄榄石、富钙辉石和钛辉石，橄榄石与辉石间无反应边，不含紫苏辉石，而含有钾长石、歪长石以及白榴石、霞石、方钠石等副长石矿物。主要分布于大陆地区及海洋火山岛。在亚洲环太平洋火山带,碱性玄武岩分布于靠近大陆一侧。另外,在夏威夷群岛把含实际矿物橄榄石大于5%,标准矿物霞石小于5%的玄武岩也称为碱性玄武岩。碱性橄榄玄武岩岩系也简称碱性玄武岩岩系。（5）钾玄岩系列（shoshonite series）又称橄榄玄粗岩系列(mugearite series)。碱性玄武岩系列和钙碱性系列之间的一个过渡型系列,为造山带特有的富K系列。在SiO2 (Na2O+K2O)图上位于碱性玄武岩系列与钙碱性玄武岩系列的过渡地带,但是在AFM图上,有一个类于钙碱性系列的直线演化趋势,即没有富铁演化趋势。典型的岩石是橄榄粗面玄武岩、钾玄岩、安粗岩。粗面岩（trachyte）：一种中性火山喷出岩。成分相当于正长岩。其基质为隐晶质，呈浅灰、浅黄或粉红色，有有气孔或多孔的熔渣构造。具斑状、粗面状、球粒状结构和块状、流纹状、气孔状构造。通常分为钙碱性粗面岩和碱性粗面岩两种类型。钙碱性粗面岩主要由碱性长石、斜长石和少量暗色矿物组成。碱性长石以透长石为主，次为歪长石，暗色矿物主要为黑云母，含少量角闪石和辉石。碱性粗面岩的特点是含适量碱性暗色矿物，有时含少量似长石矿物；浅色矿物主要为碱性长石（透长石、正长石、歪长石等），斜长石含量少。还可进一步分为以含钾长石为主的钾质粗面岩和以含钠长石为主的钠质粗面岩等。 根据其中所含有的长石不同，粗面岩基本分为：钾质粗面岩，主要含有碱性长石； 钠质粗面岩，主要含有钠长石和歪长石。粗面玄武岩（trachybasalt）：虽然最初用于副长石质岩石,但该术语后来主要用于含拉长石和碱性长石的玄武质火山岩。现在按化学成分在TAS图解S1区中确定。其特征是含有钙质斜长石和碱性长石,还含有单斜辉石、橄榄石,可能有少量的方沸石或白榴石。问题：如何区分拉斑玄武岩和碱性玄武岩？玄武岩（BASALT）：玄武岩是一种基性喷出岩，其化学成分与辉长岩相似，SiO2含量变化于45%52%之间，K2O+Na2O含量较侵入岩略高，CaO、Fe2O3+FeO、MgO含量较侵入岩略低。矿物成份主要由基性长石和辉石组成，次要矿物有橄榄石，角闪石及黑云母等，岩石均为暗色，一般为黑色，有时呈灰绿以及暗紫色等。呈斑状结构。气孔构造和杏仁构造普遍。玄武岩体积密度为2.83.3g/cm3，致密者压缩强度很大，可高达300MPa，有时更高，存在玻璃质及气孔时则强度有所降低。玄武岩耐久性甚高，节理多，且节理面多成六边形。且具脆性，因而不易采得大块石料，由于气孔和杏仁构造常见，虽玄武岩地表上分布广泛，但可作饰面石材不多。主要成份：玄武岩的主要成份是二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁（还有少量的氧化钾、氧化钠），其中二氧化硅含量最多，约占百分之四十五至五十左右 玄武岩的颜色，常见的多为黑色、黑褐或暗绿色。因其质地致密，它的比重比一般花岗岩、石灰岩、沙岩、页岩都重。但也有的玄武岩由于气孔特别多，重量便减轻，甚至在水中可以浮起来。因此，把这种多孔体轻的玄武岩，叫做浮石。玄武岩的分类：按次要矿物的不同，可划分为橄榄玄武岩、紫苏辉石玄武岩等；按结构构造，可分为气孔状玄武岩、杏仁状玄武岩等； 按化学成分和矿物成分，可分为高铝玄武岩、碱性玄武岩和拉斑玄武岩等。 按形成环境分，包括形成于陆地拉张环境的大陆溢流玄武岩和形成于海底扩张带的洋底玄武岩。碱性玄武岩（alkali basalt）：基性碱性火山岩的总称。比一般玄武岩富碱,而二氧化硅、氧化钙较低。主要矿物为斜长石（中长石拉长石）、橄榄石、富钙辉石和钛辉石,橄榄石与辉石间无反应边,不含紫苏辉石,而含有钾长石、歪长石以及白榴石、霞石、方钠石等副长石矿物。主要分布于大陆地区及海洋火山岛。在亚洲环太平洋火山带,碱性玄武岩分布于靠近大陆一侧。另外,在夏威夷群岛把含实际矿物橄榄石大于5%,标准矿物霞石小于5%的玄武岩也称为碱性玄武岩。碱性橄榄玄武岩岩系也简称碱性玄武岩岩系。拉斑玄武岩（即亚碱性玄武岩）：是SiO2过饱和或饱和的岩石。不含橄榄石和霞石，以含斜方辉石、易变辉石为特征。它的SiO2与全碱的关系是(Na2O+K2O)/(SiO2-39)的值小于0.37。碱性玄武岩,SiO2不饱和,富碱。含橄榄石和副长石（如霞石）、沸石等，后两种矿物有时与碱性长石或钾质中长石、钾质更长石一起，呈填隙物产于基质中;不含斜方辉石、易变辉石,仅含富钙的单斜辉石，即透辉石质普通辉石。(Na2O+K2O)/(SiO2-39)的值大于0.37。上述两类玄武岩的进一步命名,一般以特征矿物为依据。其中重要的种属是粗面玄武岩（碱性长石的含量超过长石总量10）、碧玄岩（副长石或沸石含量较高,并含橄榄石）、碱玄岩（不含橄榄石,其他同碧玄岩）、霞石岩及白榴岩（副长石为主要浅色矿物，不含或很少斜长石）、更长玄武岩（又名橄榄粗安岩,一种富含更长石的碱性玄武岩）、中长玄武岩(又名夏威夷岩,一种含中长石的碱性玄武岩)、细碧岩（含钠长石或更长石的海相拉斑玄武岩）、苦橄玄武岩（富含自形橄榄石的拉斑玄武岩）、 高铝玄武岩（ Al2O3大于16.5、矿物组成介于橄榄玄武岩和碱性玄武岩之间的造山带暗色岩石，已不常采用）。橄榄玄武岩（Olivine basalt）：属于玄武岩，绿色；斑状结构；杏仁构造；主要矿物组成为斜长石、辉石、橄榄石。如：中国南京市方山南坡的橄榄玄武岩（Olivine basalt）的标本照片，现收藏与中国地质博物馆。橄榄玄武岩：绿色；斑状结构；杏仁构造；主要矿物组成为斜长石、辉石、橄榄石，为富含橄榄石30%的玄武岩。如果其中的橄榄石已变成了伊丁石，则可称为伊丁玄武岩，如南京方山的第三纪伊丁玄武岩，其特点是有气孔和少许杏仁石，具斑状结构。基质具拉斑玄武结构，斑晶中的斜长石是拉长石。橄榄玄武岩中，当橄榄岩斑晶达40%以上时，则称为大洋岩。玄武岩的构造成因分类：1、玄武质岩浆的形成地幔橄榄岩部分熔融导致地幔橄榄岩部分熔融的因素：温度的升高；压力的降低；挥发组分的加入。不同构造部位诱发源岩熔融因素的差异： 洋中脊和大陆裂谷减压熔融 俯冲带下插板块升温，引起熔融俯冲带下插板块脱水，引起上部地幔楔部分熔融挥发组分的加入。2、玄武岩成分差异的影响因素1）源区的物质成分地幔成分的不均一性，如饱满型地幔、交代富集型地幔、亏损型地幔。2）部分熔融程度如拉斑玄武岩是地幔橄榄岩20-30%部分熔融的产物；碱性玄武岩是地幔橄榄岩15%部分熔融的产物。3）源区流体的成分如CO2使岩浆中的碱度增加。4）源区的部分熔融条件P的影响最大，如低压下形成拉斑玄武岩，高压下形成碱性玄武岩。3、玄武岩的成因与构造环境1）大洋中脊玄武岩（MORB)形成环境：拉张环境 形成条件：低压高温，高度部分熔融（20- 30%） 源区：亏损的二辉橄榄岩、方辉橄榄岩主要是拉斑玄武岩。化学成分特征是低LILE，同位素亏损。MORB分为两种：正常MORB (N-type): 起源于亏损的软流圈上地幔；地幔柱型MORB (P-type)：起源于比较富集的地幔柱或热点。P-type MORB= N-type MORB + OIB sourceMORB的原始岩浆可能是苦橄岩经过Ol的结晶分异而成拉斑玄武岩。2）大陆裂谷玄武岩碱性玄武岩、碧玄岩、拉斑玄武岩 形成环境：大陆内部拉张环境 形成条件：减压为主，温度增加较小，部分熔融程度一般低于洋中脊 源区：饱满型和交代富集型的地幔橄榄岩大陆裂谷岩浆作用：代表稳定的大陆开始发生裂解，是新的洋盆形成的前奏。大陆裂谷岩浆作用的起因：有两种模式，主动模式和被动模式。主动模式：地幔柱或热点。热的软流圈物质上涌、岩石圈拉张、下地壳沿着地壳的薄弱带减薄；基性岩墙群不断侵入到越来越薄的地壳。被动模式：岩石圈减薄，大陆地壳被拉开，从而促使地幔物质上涌。无论哪种模式，软流圈物质的上涌都是个事实。大陆裂谷岩浆作用形成的岩浆组合非常复杂，从过渡型亚碱性玄武岩碱性玄武岩硅不饱和的碧玄岩和霞石岩，有时有超钾质的白榴岩。除了玄武岩之外，还有大量的长英质喷出岩，如粗面岩、响岩、流纹岩可能与分离结晶、大陆地壳混染有关。另外，与CFB相比，大陆裂谷岩浆作用的喷发性更强反映源区的强交代而富含挥发分。在多数情况下，大陆裂谷岩浆似乎来自富集的地幔源区。亏损的软流圈只有在强主动型裂谷中才有参与。3）俯冲带玄武岩多阶段：板块俯冲洋壳和大洋沉积物的脱水流体及酸性岩浆的向上迁移地幔楔的交代作用和富集地幔楔的部分熔融和岛弧岩浆的生成。多源：地幔楔(大洋岩石圈软流圈上地幔)；洋壳(大洋玄武岩大洋沉积物)；海水；大陆地壳的混染。分成四个系列：低钾系列；钙碱系列；高钾钙碱系列；橄榄玄粗岩系列-碱性橄榄玄武岩系列。每个系列由不同比例的玄武岩、安山岩、英安岩和流汶岩组成，与流体交代和深度有关。化学成分：与MORB相比富含LIL和LREE元素，而贫HFS元素。4）大陆边缘玄武岩岩浆源区的复杂性：大陆地壳与地幔和大洋地壳与地幔的混杂带形成环境的特殊性：不同性质板块的会聚部位形成条件：挥发组分H2O的作用 A。降低部分熔融的温度 B。改变了矿物的熔融行为形成的岩浆相对富含SiO2C。 H2O的存在使体系处于高的fo2的条件，磁铁矿先结晶，导致岩浆不发生富铁趋势的演化钙碱性系列与拉斑系列的区别。D。岩浆上升，H2O逸出减少，岩浆快速结晶，并发生结晶分异作用，形成玄武岩-安山岩-英安岩组合。活动大陆边缘的岩浆作用：岩浆的生成是一种多阶段、多源现象。岩石类型：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；更多的出现了富硅的岩浆(中性和中酸性)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富集有关外，还与加厚的大陆地壳有关(混染和重熔)。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阶段。源区：岩浆起源于地幔楔的岩石圈中，而岛弧岩浆(起因于洋-洋碰撞)则起源于地幔楔的软流圈部分。岩浆的源区比岛弧岩浆更复杂，包括：洋壳及大洋沉积物；大洋岩石圈(亏损)和软流圈；大陆岩石圈(富集)；古老大陆地壳。化学成分：与岛弧岩浆相比更富LILE元素和LREE。5）洋岛玄武岩（OIB）OIB的起源与地幔柱有关，从成分上讲，从拉斑玄武岩-碱性玄武岩和亚碱性玄武岩。通常碱性玄武岩出现较晚。这与MORB有所不同。由于，OIB来源于富集的下地幔，因此与MORB相比，富集LILE。6）大陆高原玄武岩 (CFB)形成于陆内裂谷和火山，规模很大，上千上万平方公里，并形成高原地形，故名。形成：与地幔柱或热点/热线有关。软流圈上涌岩石圈减薄地壳拉伸岩石组合：以拉斑玄武岩为主，但许多大陆玄武岩含有10的酸性喷出岩(上部)，而缺乏中性岩双峰式火山岩 (玄武岩流汶岩)。多数情况下还含有少量碱性玄武岩。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Mg, 表明它不可能与正常的mantle lherzolite mineralogy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(Ol)作用，原始岩浆可能是高Mg的富橄榄石玄武岩； 也可能是比正常地幔二辉橄榄岩更富Fe的源区的重熔； 正常地幔岩在水饱和条件下的重熔。7）弧后盆地的岩浆作用因为洋壳俯冲而产生弧后扩张, 与大洋中脊海底扩张不同, 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生弧后扩张。化学成分：类似于MORB, 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、部分熔融程度、挥发分的性质(与俯冲洋壳的脱水有关)。弧后盆地玄武岩的成分从低K玄武岩(拉斑玄武岩，类似于MORB)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Mg安山岩出现。小崔建议：这部分内容很多，难度很大。要对大地构造学、岩浆岩石学、地球化学有一定的了解和基础才可以掌握。要花不少力气。这是北大重点考查的内容。我个人觉得：其实玄武岩的成因就是分类，分类就是成因，他们的分类就是基于构造环境成因的分类。他们的成因也是不同构造环境下的成因。玄武岩的成因与分类、花岗岩的成因与分类都是重点要掌握的！我个人觉得在阐述玄武岩成因与构造环境分类时主要遵循以下三个步骤：1.说明玄武岩是由