04岩石构造组合与板块构造【研究材料】

1、大地构造环境与岩石组合,1,调研学习,一、威尔逊旋回,大陆岩石圈由崩裂开始、以裂谷为生长中心的雏形洋区渐次形成洋中脊、扩散出现洋盆进而成为大洋盆，而后大洋岩石圈向两侧的大陆岩石圈下俯冲（俯冲作用）、消亡，洋壳进入地幔而重熔，从而洋盆缩小;或发生大陆渐次接近、碰撞，出现造山带，遂拼合成陆的过程。,大陆岩石圈在水平方向上的彼此分离与拼合运动的一次全过程（造山运动）。,由J.F.杜威和K.C.A.伯克在1974年提出，为纪念加拿大地质学家J.T.威尔逊而命名。,2,调研学习,威尔逊旋回：由起始到终结经历了萌发期青年期成熟期衰落期终结期地缝合线来表达，相对应的实例为东非裂谷红海亚丁湾大西洋太平洋地中海

2、喜马拉雅山。,3,调研学习,洋盆开合的多阶段发展模式 1. 萌芽阶段：在陆壳基础上拉张开裂形成大陆裂谷(尚未形成海洋环境)。如东非裂谷。 2. 初始阶段：陆壳继续开裂，开始出现狭窄的海湾，局部已经出现洋壳。 如： 红海、亚丁湾. 3. 成熟阶段：大洋中脊向两侧不断增生，海洋边缘又出现俯冲、消减现象，所以大洋迅速扩张。如大西洋. 4. 衰退阶段：洋脊继续扩张增生，大洋边缘一侧或两侧出现强烈的俯冲、消减作用, 海洋总面积渐趋减小。如太平洋. 5. 残余阶段：随着洋壳海域的缩小，两侧陆壳地块相互逼近,其间仅存残留小型洋壳盆地。如地中海. 6. 消亡阶段：海洋消失，大陆相碰，大陆边缘强烈变形隆起成山。

3、 如喜马拉雅山，阿尔卑斯山脉.,4,调研学习,二、岩石组合与构造环境,岩石构造组合(igneous petrotectonic assemblage)：表征大地构造环境与板块或大陆块体边界的性质（ Condie，1982）。 花岗闪长岩(Granodiorite)与英云闪长岩(Tonalite)和奥长花岗岩(Trondhjemite)共生在一起，常成为TTG组合，在大陆边缘岩浆弧靠海沟一侧的外带发育； 花岗闪长岩与花岗岩共生在一起，为组合，常常表征大陆边缘岩浆弧靠内陆一侧的内带环境。 岩石构造组合(petrotectonic assemblage)：表示板块构造环境（边界或内部）特征的岩石组合

4、。岩石构造组合分析是恢复古板块构造格局和历史的基本手段。 火成岩岩石构造组合：在一定构造环境下所产生的具有相似的岩石化学、地球化学特征的一种或几种火山岩组合或(和)侵入岩组合的总称。,5,调研学习,洋中脊岩浆岩组合（早期火山岩组合）、洋岛岩浆岩组合、俯冲带岩浆岩组合、碰撞带岩浆岩组合、碰撞后陆内岩浆岩组合、大陆裂谷岩浆岩组合、克拉通岩浆岩组合,6,调研学习,Examples of Plate Boundaries,7,调研学习,Convergent Margins:Alaskan Volcanoes,8,调研学习,The Mid-Ocean Ridge System,Figure 13-1.

5、After Minster et al. (1974) Geophys. J. Roy. Astr. Soc., 36, 541-576.,9,调研学习,Oceanic Crust and Upper Mantle Structure,Typical Ophiolite,After Boudier and Nicolas (1985) Earth Planet. Sci. Lett., 76, 84-92.,异剥橄榄岩,Lithology and thickness of a typical ophiolite sequence, based on the Samial Ophiolite i

6、n Oman.,一）洋中脊岩石组合,10,调研学习,Layer 4: Ultramafic rocks,Ophiolites: base of 3B grades into layered cumulate wehrlite SSZ扩张脊SSZ ridges，即弧前（forearc）扩张脊 为C（钙性）；正常的弧后扩张脊（backarc ridge）为CA（钙碱性）; 在Nb/Y图上（Pearce等，1984）MOR和弧后脊者位于ORG区，SSZ脊者位于ORGVAG区或VAG区；,17,调研学习,MORS型蛇绿岩： 火山岩：大洋拉斑玄武岩MORB； 堆晶岩：纯橄岩+橄长岩+橄榄辉长岩斜长花岗岩

7、，即岩浆结晶顺序为橄榄石(O1)斜长石(Pl)单斜辉石(Cpx)，并且橄榄石Mg#高于斜方辉石(斜方辉石Mg#甚至低于74)和单斜辉石(甚至低于82)，副矿物尖晶石的Cr#低于60； 地慢橄榄岩：一般为二辉橄榄岩，含有少量纯橄岩和方辉橄榄岩，并且LREE为亏损型，无交代作用记录。方辉橄榄岩全岩化学成分Mg#大于90（原始地慢经过部分熔融的残留地慢橄榄岩）；纯橄岩Mg#介于80-90（可能是熔体早期分离结晶的产物）； 斜长花岗岩: 具AC和A特征（Peacock指数），无TTG组合； 铬铁矿床：一般不发育大型。,MORS型和SSZ型蛇绿岩（套）的区别,原始岩浆在低压(0-9 kbar)条件下(与

8、正常洋壳下的地慢橄榄岩所处的深度一致)，橄榄石的结晶温度高于斜长石，斜长石高于单斜辉石。,18,调研学习,Mg#-MgO关系图解中若呈平行相关，说明橄榄岩为地幔橄榄岩，非堆晶岩。,19,调研学习,SSZ(岛弧、弧前与弧后盆地)型蛇绿岩： 火山岩：岛弧拉斑玄武岩IAT、玻安岩即HMA()、MA/MD（镁安山岩/镁英安岩）等。 堆晶岩：纯橄岩+异剥橄榄岩+单斜辉石岩+二辉石岩，即岩浆结晶顺序为橄榄石(O1)单斜辉石(Cpx)斜方辉石(Opx)斜长石(P1)，并且斜方辉石、单斜辉石和橄榄石的Mg#较为接近，副矿物尖晶石的Cr#高于60； 地慢橄榄岩：方辉橄榄岩，有明显交代作用记录，并且LREE富集的

9、U型配分模式；与复杂的源区(包括不同部分熔融程度的地幔橄榄岩)、丰富的流体活动以及部分熔融的熔体与残留地幔橄榄岩的再反应均有关系； 斜长花岗岩：具C和CA特征，还出现TTG组合；稀土元素配分图有明显的负Eu异常，并呈强轻稀土富集型。 铬铁矿床：大型。,原始岩浆在高压下(10 kbar)，橄榄石的首晶区变小、辉石首晶区变大，斜长石变得不稳定。,20,调研学习,在已确定蛇绿岩的前提条件下，Pearce（1982）的CrY图、CrCe/Sr图和Th/YbTa/Yb图将有助于区别这两类蛇绿岩。,21,调研学习,分离结晶作用形成结晶堆积物，Eu正异常；,分离结晶作用形成残余熔融体，Eu负异常；,蛇绿岩（

10、ophiolite）,稀土元素配分曲线图中整体为平坦型，说明源区没有经过大的分异。,无Eu异常说明无分异作用,22,调研学习,橄榄岩痕量元素整体较平坦，均在1附近。说明源区为未分异的地幔橄榄岩。,23,调研学习,洋中脊沉积类型：颗粒细小的深海沉积物及深海沉积岩，如页岩、燧石岩、硅质岩、红黄色含金属沉积物及生物成因的远洋石灰岩等。 岩石的类型特征取决于水温、水的深度以及沉积时与大陆和海底火山的距离。 在洋中脊扩张中心形成的拉张盆地中，还有来自附近因断裂抬升的洋壳角砾岩，角砾岩成分为基性火成岩,2、沉积岩组合,24,调研学习,扩张的洋中脊热流值数倍高于一般的大洋底部，因此在这一地带形成了热水对流系

11、统及相应的变质岩组合。 海水可以通过地壳的断裂向下渗透使得洋壳的火成岩发生变质。 变质的产物以沸石相、葡萄石绿纤石相、绿片岩相的浅变质岩为主，向深部则可出现角闪岩相。 断裂发育处糜棱岩及碎裂岩也广泛出现,3、变质岩组合,25,调研学习,洋中脊岩浆活动模型 （据Nisbet Thorpe et al. (1982) In R. S. Thorpe (ed.), (1982). Andesites. Orogenic Andesites and Related Rocks. John Wiley and Harmon et al. (1984) J. Geol. Soc. London, 141,

12、 803-822. Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.,43,调研学习,Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.,Schematic diagram to illustrate how a shallow dip of the subducting slab can pinch out the asthenosphere from the ov

13、erlying mantle wedge.,44,调研学习,火山岩以安山岩、英安岩和流纹岩为主的组合（少量玄武岩）；侵入岩以TTG和为主，少量的Q、； CA系列（SiO2FeO*/MgO图）占绝对优势80%），以HKCA为主（SiO2K2O图），无负Eu异常Q、Q、及其相应的火山岩类广泛发育，微晶闪长质包体广泛发育。,TTG组合发育于靠海沟一侧，组合发育于靠内陆一侧； 以MORB标准化的微量元素蜘蛛网图中除Y、Yb亏损外，其他均富集。LIL强富集，HFS、LREE、MREE总体弱富集，Nb、Ta、Zr、Hf常显示谷,45,调研学习,镁安山岩英安岩（MAD）（magnesian andesite

14、dacite）和相应的侵入岩（Mg）是岛弧大陆边缘弧的标志性火成岩组合，常发育于靠海一侧的火成岩弧的外带；靠内陆一侧的火成岩弧的内带，常发育低镁（或正常）安山岩英安岩及其侵入岩组合。,46,调研学习,岩浆混合花岗岩,47,调研学习,与俯冲作用有关的火成岩弧的组成极性,远离海沟进入内陆，火成岩在相同SiO2条件下，K2O、K2O/Na2O比值、alk（K2O+Na2O）增加，在SiO2K2O图上从LKCAMKCAHKCASh系列，从玄武岩和玄武安山岩占优势安山岩占优势安山岩英安岩流纹岩组合占优势，在SiO2FeO*/MgO图上从TH系列占优势CA占优势以及从TTG组合组合，被称为组成极性（com

15、positional polarity）。指示了俯冲方向及地壳成熟度和地壳厚度的增加。 在火成岩弧同一个地段，随时间从早到晚，常常表现出上述组成极性，它是随时间组成极性，指示火成岩弧从不成熟演化为成熟以及地壳厚度不断增加的过程。,48,调研学习,五）同碰撞带岩石组合,Pearce等（1984）RbYNbTa系统的图解中的同碰撞花岗岩区（SynCOLG）相当于Liegeois等（1998）术语系统的后碰撞花岗岩类，也相当于邓晋福（1996，1999）术语系统的陆内块体碰撞造山的花岗岩类。,陆-陆碰撞作为主洋盆消失后一次较短的事件，碰撞后的继续汇聚直至造山后(Post-orogenic) 的伸展之

16、前可统称为后碰撞环境(Post-collision setting),49,调研学习,a.碰撞期常常缺乏火成岩；b.碰撞期出现火成岩，例如青藏高原6540 Ma林子宗火山岩和冈底斯花岗岩类（邓晋福等，1996；莫宣学等，2003）。 总体特征为：早期是大陆边缘弧特征，晚期是陆内块体碰撞造山的特征。鉴别需要根据两个大陆之间的洋盆消失、沉积建造、大型构造变形以及陆内块体间碰撞造山火成岩出现的最早时间来限定。,1、岩浆岩组合,50,调研学习,2、沉积岩组合,磨拉石建造是碰撞造山带的典型沉积岩组合 分布在前陆盆地，形成于造山晚期； 岩石成分复杂，碎屑分选性差，由大量砾岩、页岩和石灰岩组成，是大陆冲积扇

17、环境的产物。 离高山愈远，岩石中碎屑的粒度愈细，岩层的厚度变薄。,51,调研学习,3、变质岩组合,1）保留的岛弧或大陆边缘地区发育的高P/T变质带及中低P/T变质带； 2）陆 陆碰撞出露的下地壳榴辉岩以及较广泛的麻粒岩相变质岩，他们可以与碰撞造山抬升的地幔超镁铁质岩共生； 3）平行造山带分布的中P/T与低P/T变质岩组合，他们可以与过铝质花岗岩和/或深熔花岗岩共生,52,调研学习,特征岩石：高Al2O3、 高SiO2、 高K2O酸性火山岩。高铝花岗岩，尤其是含白云母花岗岩；高87Sr/86Sr初始值，低Nd值，表明陆壳组分的显著贡献。常与磨拉石建造相伴。,陆内块体之间的碰撞会聚方式为分布增厚机

18、制（distributed thickening）或均匀加厚，以Sh系列为主+HKCA的火山岩和侵入岩组合（常以安粗岩（latite）和二长岩为主），广泛分布无Eu异常REE模式。 陆内块体之间继续会聚方式为陆内俯冲机制（intracontinental subduction）或一个大陆块体叠置于另一个陆块块体的下面。以含白云母（MS）、堇青石（cord）和石榴子石（Ga）为特征矿物的强过铝花岗岩类。 白云母和二云母花岗岩类标志源岩为泥质岩石指示俯冲的大陆块体为成熟的被动陆缘型陆壳。 堇青石和石榴子石花岗岩类源岩为硬砂质岩石标志俯冲的大陆块体为不成熟的增生杂岩块体。 常投影在Rb-Y-Nb-T

19、a图解中Syn-COLG区内。,六）后碰撞环境岩石组合,1. 岩浆岩组合,53,调研学习,白云母花岗岩,54,调研学习,白云母花岗岩、A型花岗岩及榴辉岩分布图（二叠纪以来）,55,调研学习,2. 沉积岩组合,分布在前陆盆地，形成于造山晚期； 岩石成分复杂，由大量的砾岩、页岩和石灰岩组成。 离高山愈远，岩石中碎屑的粒度愈细，岩层的厚度变薄。,56,调研学习,3. 变质岩组合,1）埋深变质作用 2）保留的岛弧或大陆边缘地区发育的高P/T变质带及中-低P/T变质带； 3）与过铝质花岗岩和/或深熔花岗岩共生的平行造山带分布的变质岩组合。,57,调研学习,特征岩石：高钾火山岩（H-CA到SHOSHONI

20、TE系列）；大面积浮岩流堆积（熔结凝灰岩）、碰撞后（滞后型）弧火山岩等。 同位素、微量元素显示出陆壳组分对岩浆的明显贡献。 区域地质的综合分析表明为碰撞后陆内环境(构造变形的磨拉石建造)。,七）后造山环境岩石组合,后造山（postorogenic）环境火成岩组合：可限定一期造山作用旋回的结束。a.双峰式火山岩和侵入岩，双峰式岩墙群。双峰式意指同时发育镁铁质和长英质火成岩，缺乏中性岩类。b. 过碱性花岗岩（发育晶洞构造和高温石英以及碱性条纹长石）、碱性花岗岩（Peacock指数的A）与CA（Peacock指数的CA）共生；c.后造山脉岩组合与小岩体群，小量岩浆活动广泛分布。,1、岩浆岩组合,58

21、,调研学习,藏北新生代火山岩南亚带SiO2K2O图SHO钾玄岩系列；HK-CA高钾钙碱性系列；CA钙碱性系列；LK-CA低钾钙碱性系列-北羌塘省钾质火山岩；2-北羌塘省碱性火山岩；3-西羌塘省,59,调研学习,碱长花岗岩,60,调研学习,高钾岩浆活动可出露于不同的构造背景包括大陆弧(CAP)、后碰撞弧(PAP)、初始洋弧(IOP)和晚期洋弧(LOP)与板内(WIP)五类构造环境（Muller，1992）。,61,调研学习,2、沉积岩、变质岩组合,1）沉积岩组合：山间盆地沉积； 2）变质岩组合：埋深变质作用； 3）相关矿产：PCD、岩浆有关、沉积矿产。,62,调研学习,63,调研学习,八）大陆裂谷岩石组合,早期岩浆岩富碱、富不相容元素，随着裂谷的发展，碱度及富集程度逐渐降低，最后可达MORB（洋脊）。 常出现双峰式岩浆岩组合。 岩石呈对称分布：两侧老、富碱；中央新、贫碱。,板内构造环境：大洋裂谷(即洋岛OI)、大陆裂谷(CR),64,调研学习,双峰式火山岩和侵入岩。其中玄武岩以碱性玄武岩类（包括碱性ol、玄武岩、碧玄岩及霞石岩）为主，亦有拉斑玄武岩、粗面岩（正长岩）和流纹岩（花岗岩）中有过碱性成员，粗面岩（正长岩）类总是有明显的负En异常区别于造山带的同一岩类无负Eu异常的特征。 过碱性花岗