高级岩浆岩石学

1、高级岩浆岩石学,当前地球科学面临的形势,当前我们正处在一个以地球系统科学为旗帜的新的地学革命的时代，这对我国地学的发展，既是一个重大的挑战，又是一个极为宝贵的机遇。 由于众所周知的原因，上世纪60年代初期我们失去了在以板块构造为旗帜的地学革命中发展我国地学的宝贵机遇，遭受了重大损失，落后了几十年，这次一定要抓住。只有这样，我国地学才能迎头赶上世界先进水平。,地球系统科学的基本点,地球系统科学，就是将地球当作一个统一的大系统，研究地球整体运动的规律及各圈层间的相互作用； 两大主题：地球动力学及全球气候变化； 三大基本任务是：在认识地球的基础上，开发资源、改善环境、减轻灾害。 无疑，新的地学革命将

2、是一场内容深刻、影响深远的革命。,高级岩浆岩石学的内容与方法,1.岩浆岩成因学（岩浆的起源与演化） 2.岩浆岩的地球动力学意义 （1）岩石探针（研究地球内部） （2）大地构造的记录 3.岩浆岩石学在利用资源、改善环境、减轻灾害方面的意义,推荐重点阅读文献： 邓晋福等，2005，岩石成因、构造环境与成矿作用，北京：地质出版社 邓晋福，1987，岩石相平衡及岩石成因，武汉：中国地质大学出版社 Best, M.G., 2003, Igneous and Metamorphic Petrology, Blackwell, N.Y. Wilson, M. 1989，Igneous Petrogenesi

3、s: A Global Tectonic Approach. Chapman & Hall: London. Carmichael, I. S. E., Turner, F. J. and J. Verhoogen, 1974, Igneous Petrology. McGraw-Hill Company, New York IUGS火成岩分类学委员会，火成岩分类命名（中译本，1991），北京：地质出版社 Hugh R. Rollison，岩石地球化学（1993版中译本，2000），中国科技大学出版社 10. Condie, K.C., 1997, Plate Tectonics and Cr

4、ustal Evolution (4th Edition), Butterworth- Heinemann, Oxford Faure, G., 1986, Principles of Isotope Geology, 2nd edition, New York: Wiley Depaolo, J. D., 1988, Neodymium Isotope Geochemistry: An Introduction. Spring-Verlag, New York 郑永飞 陈江峰，2000, 稳定同位素地球化学，北京：科学出版社 肖庆辉等，2002，花岗岩研究思维与方法，北京：地质出版社 赵海玲

5、，1995，岩浆物理性质及流体动力学，武汉：中国地质大学出版社 莫宣学，2011，岩浆与岩浆岩：地球“深部探针”与演化记录，自然杂志，33（4）,（一） 岩浆岩的成因,岩浆是在地下形成的含挥发分的高温粘稠硅酸盐（少数为碳酸盐）熔融体。由岩浆冷凝固结而成的岩石称为岩浆岩或火成岩（又分为喷出岩与侵入岩）。 岩浆作用实质上是地球各层圈之间相互作用的结果。岩浆是地球各层圈之间物质和能量交换的重要载体。,火山锥,火山弹,火山岩的柱状节理（陆上喷发产物）,枕状熔岩（水下喷发）,花岗岩,浙江 舟山 董传万摄供,岩墙群,自然界为什么会形成多种多样的岩浆岩？主要取决于两种基本的岩浆作用过程：岩浆的起源；岩浆的演

6、化。 岩浆起源，就是在合适的温压条件下地壳或上地幔发生部分熔融，产生原生岩浆的作用。 岩浆演化，就是原生岩浆通过各种作用派生为多种多样进化岩浆及岩浆岩的过程。,要理解岩浆作用，首先要了解地球的结构。,对岩浆岩成因机制的研究，是揭示岩浆作用与构造运动、深部过程之间内在联系的关键环节。,1.导致固体地幔/地壳发生部分熔融的原因 （1）地温异常：由于软流圈上隆、地幔柱上升、或板块俯冲引起地温异常，超过源岩的固相线温度（即起始熔融温度）。 （2）挥发份的加入：由于挥发份的加入使源岩的固相线温度降低。三种体系。 （3）压力改变：由于地幔对流、拆沉、去根作用或大断裂诱发的减压熔融；在某些情况下，增压也可以

7、引起部分熔融，增压熔融。,岩 浆 的 起 源,地温梯度的升高,挥发份引起源岩固相线温度降低,2.影响原生岩浆类型、成分的主要因素 （1）源岩及源区的性质和组成（三大源区：地幔；陆壳；俯冲洋壳）； （2）起源温度与熔融程度； （3）起源压力与深度； （4）挥发份的类型及含量。,岩浆演化的机制,1.岩浆分异作用：又可分为: 结晶分异作用（分离结晶作用） 扩散作用 液态不混溶作用 气运作用、压滤-扩容作用等 2.同化混染作用 3.岩浆混合作用,岩浆的发生与分异,引自 周新民讲课稿,岩浆混合花岗岩,（二）岩浆作用的地球动力学意义,岩浆作用的地球动力学意义,火成岩及其所携带的深源岩石包体被当之无愧地称作

8、探测地球深部的“探针”（lithoprobe）和“窗口”(window)。它们的时间坐标，为人们研究地球深部的演化过程提供了可能。 火成岩也是板块运动过程与大地构造事件的记录。通过火成岩的研究，可以恢复古板块构造格局，追溯大地构造演化历史。 归根到底，是服务于人类对利用资源、保护环境、减轻灾害的需求。,1. 岩浆岩的深部“探针”作用,岩浆作用实质上是地球各层圈之间，特别是壳幔之间、岩石圈软流圈之间相互作用的结果。岩浆是地球各层圈之间物质和能量交换的载体。 火成岩及其所携带的深源岩石包体被当之无愧地称作探测地球深部的“探针”（lithoprobe）和“窗口”(window)。,地幔橄榄岩,下地壳

9、麻粒岩,“岩石探针”可以获得那些深部信息？,反演壳幔的物质组成与结构，建立区域壳幔岩石学（柱状）剖面。 反演壳幔的热结构和热状态。 估算地壳厚度及岩石圈厚度，及其空间变化。 反演软流圈顶面埋深及起伏、软流圈的温度、压力、熔浆含量、物质状态等。 反演壳幔的氧化-还原状态。 反演壳幔深部流体特征，研究地幔交代作用。 记录壳、幔成分及上述各种性质随时间的变化，反演壳幔深部过程。,由于“岩石探针”方法能够提供时间坐标，所以，它与地球物理探测相结合，是我们了解地球深部结构、组成及其演化过程的最有效的途径。,中国东部新生代玄武岩浆起源条件,中国东部岩石圈巨大减薄与克拉通破坏,自晚中生代以来，中国东部克拉通

10、发生了岩石圈的巨大减薄与破坏(在一个相对短的地史时间内失去了约100 km厚的岩石圈)。现在地学家们已经认识到，这个巨大的深部事件，就是造成中国大地构造独特性-克拉通不稳定性的深部原因，也是形成中国东部巨大中生代-新生代岩浆岩带及相关的铁、铜、多金属、贵金属矿带、矿田、大型-超大型矿床的深部原因，也是我国东部一系列能源盆地与油田、气田、煤田的深部原因。 我国老一辈地质学家如黄汲清、陈国达、翁文灏先生等早就正确地指出了中国克拉通的不稳定性，曾提出了“准地台”、“地台活化”、陆内“燕山运动”等理论概念，虽然阈于当时地球深部研究条件的限制，还不知道中国克拉通为什么会不稳定。,西藏南部冈底斯带的地壳结

11、构,盐湖霍尔,冈底斯带4条南北向 中生代早新生代 岩浆岩大剖面,萨嘎措勤,日喀则尼玛,朗县聂荣,冈底斯带北部与 冈底斯带南部的地壳一样，都是初生地壳 , 冈底斯带中部的地壳 是成熟的元古宙地壳， 相当于拉萨地块的基底。,Reworked/ancient crust,Juvenile crust,Juvenile crust,冈底斯带两类地壳的形成演化示意图,火成岩也是大地构造事件的记录，运用岩石构造组合分析可以恢复古构造格局及演化历史,岩石构造组合(petrotectonic assemblage)是指表示板块边界或特定的板块内部环境特征的岩石组合。岩石构造组合分析是恢复古板块构造格局和历史的

12、基本手段。 构造-岩浆类型：与火成岩岩石构造组合基本上是同义的，指在一定构造环境下所产生的具有共同的岩石化学、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。,岩浆岩-构造组合类型,洋中脊岩浆岩-构造组合（分离性板块边界） 洋岛岩浆岩-构造组合（大洋板内） 俯冲带岩浆岩-构造组合（汇聚性板块边界） 碰撞带岩浆岩-构造组合（汇聚性板块边界） 碰撞后陆内岩浆岩-构造组合（陆内） 大陆裂谷岩浆岩-构造组合（大陆板内） 克拉通岩浆岩-构造组合（大陆板内）,岩浆岩-构造组合与板块构造的关系,洋中脊岩浆岩组合 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

13、浆岩组合 克拉通岩浆岩组合,洋中脊岩浆岩组合,洋中脊岩浆岩组合的主要特征,主要岩石类型: N-MORB,E-MORB,T-MORB 很低K2O 亏损特征明显: 很低87Sr/86Sr初始值(0.7035) (La/Yb)Nb比低, REE为平坦型 亏损不相容元素 来源于亏损型地幔 洋中脊岩浆岩组合的地球动力学意义,洋盆形成时期的主要矿床类型,蛇绿岩中铬铁矿床（有时含铂族元素和金刚石） 塞浦路斯型Cu矿床 结合带中岩浆型Cu-Co矿床,洋岛岩浆岩组合,夏威夷群岛火山岩分布图,夏威夷,冰岛,世界热点分布图,世界大火成省分布图,洋岛岩浆岩组合的主要特征,为富集型的海洋岩浆岩组合。岩石类型为碱性玄武岩

14、与富集型拉斑玄武岩及相应的侵入岩。富不相容元素，（La/Yb)N比可达10，87Sr/86Sr初始值较高,可达0.707。 玄武岩之上常为灰岩覆盖。 来源于富集型地幔，与地幔柱或超级地幔柱活动有关。,地幔柱,地幔柱,地幔柱,俯冲带岩浆岩组合,岛弧岩浆岩组合,岛弧岩浆岩组合,大陆边缘岩浆弧,南美西部,俯冲带岩浆岩组合的主要特征,岩石类型为钙碱性系列及岛弧拉斑系列火山岩组合（B-BA-A-D-R）及钙碱性系列花岗岩类岩石组合。岩浆混合作用发育。 岩石中较高Al2O3, 低TiO2（在玄武岩中1%左右），亏损高场强元素（Nb,Ta,Zr,Hf)。 横跨岩浆弧方向显示成分极性。 岩浆弧类型的多样性：岛

15、弧-陆缘弧；大洋岛弧-大陆岛弧；成熟岛弧-不成熟岛弧；压型岛弧-张性岛弧；滞后弧岩浆岩。,与板块俯冲有关的主要矿床类型,斑岩矽嘎岩型铜（-钼-金）矿床 火山成因块状硫化物矿床（Cu；Cu-Zn；Pb-Zn-Ag） 矽嘎岩型铁矿床,碰撞-后碰撞岩浆岩组合,碰撞造山带及有关岩浆活动,冈仁波齐神山 (6656m),雅鲁藏布江,西藏马区不整合,K2sh,Tr (第三纪火山岩),tephrite,leucite phonolite,Peridotite nodules- bearing tephrite,碱长花岗岩,藏北新生代火山岩TAS图-北羌塘省钾质火山岩；-北羌塘省碱性火山岩-中昆仑-可可西里省；

16、-西昆仑省；-西羌塘省,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1-北羌塘省钾质火山岩；2-北羌塘省碱性火山岩；3-西羌塘省,碰撞带岩浆岩组合的主要特征,特征岩石：高铝花岗岩，尤其是含白云母花岗岩；高Al2O3、 高SiO2、 高K2O酸性火山岩。 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。,碰撞后陆内岩浆岩组合的特征,特征岩石：高钾火山岩（H-CA到SHOSHONITE 系列）；大面积熔结凝灰岩；碰撞后（滞后型）弧火山岩等。 同位素、微量元素地球化学显示出陆壳组分对岩浆

17、的明显贡献，也有地幔物质的贡献。 区域地质的综合分析表明为碰撞后陆内环境。,与碰撞型过铝花岗岩有关的Sn矿床 矽嘎岩型锡石-硫化物型Sn-Zn矿床 矽嘎岩型Fe-Cu-多金属矿床,碰撞期主要矿床类型,浅成低温热液型金矿床 造山型金矿床 高钾富碱斑岩有关的复合型Au（-Cu）矿床 后碰撞大型走滑拉分盆地内Pb,Zn,Ag,Sr矿床 微细浸染型（卡林型与似卡林型）金矿床 与后碰撞花岗岩类有关的热液型矿床（如大型Rb矿床；大型W-Be矿床；大型W矿床；大型Sb-Au矿床） 后碰撞期斑岩矽卡岩型Cu-(Mo-Au)矿床 后碰撞期VMS型Pb-Zn-Cu-Ag矿床,后碰撞期主要矿床类型,北衙金矿区,形成

18、了西藏两个斑岩型Cu（-Mo-Au）矿带：玉龙斑岩带为4035Ma，冈底斯斑岩带为258Ma。,Arribas et al., 2000,浅成低温热液型Au矿,大陆裂谷岩浆岩组合,大陆裂谷岩浆岩组合的主要特征,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（洋壳）。 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。,金伯利岩型金刚石矿床 大型含铜页岩型Cu矿床 奥林匹克坝型Cu-Fe-U矿床 攀枝花型铁矿床 大型稀土矿床 与层状基性超基性杂岩有关的岩浆型Cu-Ni矿床,大陆裂谷期主要矿床类型,金刚石,蓝宝石（Al2O3）,构造岩浆分

19、析,原则： (1) 充分运用岩石构造组合，考虑区域地质背景。 (2) 全面考虑常量、痕量及稀土元素的特点，正确运用判别图解。 (3) 在构造复杂地区对构造-岩片的研究方法：先解析、后综合。 (4) 通过全面综合分析，再造构造格局、恢复演化历史。,构造岩浆分析举例,南美与非洲（大西洋打开的轨迹） 西南三江洋盆扩张量及板块消减量的估算 三江微陆块的构造归属 三江义敦张性岛弧 青藏高原地质事件序次 区分两类造山过程,南大西洋打开轨迹,南大西洋打开前的复原图,估算大洋扩张宽度及板块消减宽度,估算大洋扩张宽度及板块消减宽度,辅助判断构造块体的归属,三江义敦岛弧,三江义敦张性岛弧,A.升温增厚隆升,B.增

20、厚升温隆升,两类造山带的演化轨迹,1）研究对成矿有利的构造条件,特定的大地构造环境形成特定的优势矿种和矿床类型（见前) 2. 构造转换阶段和部位对成矿有利 构造性质的转换阶段（张-压-扭转换），构造方向改变的部位（构造转弯、构造交叉），不同岩性的边界（透水层/不透水层边界、指示氧化/还原或酸/碱界面的岩石边界等）都是形成大矿、富矿的有利部位。,3. 成矿分析要点,2）研究对成矿有利的岩浆条件,幔源岩浆还是壳源岩浆（分别有利于亲幔元素或亲壳元素的成矿） 岩浆的演化程度和演化机制 成矿流体系统（局部；大尺度循环），叠加成矿 强成矿能力的岩浆岩指示、矿物学指示与地球化学示踪 构造-岩浆作用在成矿中扮演的的具体角色（是成矿金属来源，还是成矿流体的来源，还是驱动成矿流体循环的热源，或赋矿岩石和成矿圈闭条件）,3）研究对成有利的壳幔深部条件,壳幔的原始不均一性（影响某一地区的优势矿种） 地壳类型与厚度及其演化（新生地壳，还是再循环地壳；正常厚度/减薄/增厚） 岩石圈的类型与厚度及其演化 壳内、幔内或壳/幔