第十四章 岩浆岩形成大地构造环境 (2)

左肩蝶舞 分享 2020-06-30 下载文档

不能平衡共存的,亦即与Ol是不能平衡共存的,因此与Ol发生反应形成辉石(Ol+富SiO2液体—Py),使橄榄岩转变为辉石岩。由于新形成的辉石岩的比重小于上覆地幔橄榄岩以及其中隙间液体的存在,使辉石岩具有很大的活动性,它从消减带以“底劈”方式上升。含水辉石岩底劈岩块在上升过程中开始发生熔融,类似于从上升的地幔橄榄岩底劈岩块中形成玄武岩岩浆的模式。在>100km深处,辉石岩可能是含Ga的,在较浅处Ga不稳定,其组分进入辉石固熔体中。对于从100—150km深处消减带上升的含水辉石岩底劈岩块来说,如果在100—60km发生局部熔融熔浆的分离形成均一的独立岩浆,则具Ol拉斑玄武岩—Q拉斑玄武岩组成;如果在60—40km内发生局部熔浆分离,则形成玄武—安山岩岩浆;如果在40—20km内局部熔浆从上升的底劈岩块中分离出去,则就形成安山岩岩浆。 弧后盆地(边缘海盆)(back—arc basins 或marginal basins):弧后(边缘)盆地是半封闭的盆地,或处在岛弧体系之间的一系列小海盆。一般认为它们是弧后区次级海底扩张的产物。

边缘海盆可能有多种成因。但至少其中某些海盆具有的性质所表明的成因类似于扩张洋脊处形成大洋岩石圈那样的作用过程。从这些海盆中获取的拉斑玄武岩类岩石岩石学和地球化学资料,在常量元素和微量元素、同位素比值方面及模式上和标准成分上都类似洋脊的拉斑玄武岩类。其化学性质多半可归因于低压下的分离结晶作用。它们在成分上的变化范围与MORB部分一致。最可能的成因是橄榄质地幔的分离熔融和在缓慢扩张(半速率1—2cm/a)岩石圈中的侵位。未必会是俯冲洋壳的熔融,也未必会和岛弧拉斑玄武岩有亲缘关系。推测边缘海盆玄武岩化学上的微小变化是受到熔融分离的深度、地幔熔融的范围或随后分离结晶的范围所控制的。一般说,这些玄武岩的演化有点象MORB;化学上变化的范围可能与海盆下温度梯度的差异有关。边缘海盆作为地幔分离熔融产生新洋壳的所在地而具有明显的重要性。在弄清楚造山带的演化和弄清楚常认作为洋壳碎块的蛇绿岩的成因上它们也是重要的。

弧后扩张中心玄武岩地球化学特征的变化取决于几个不同的因素,包括部分熔融程度、PH2O、PO2、地幔源区的均一程度以及岩浆房中高位结晶分异的程度。另外,俯冲板块中派生的流体相也可能是另一重要的因素。就主元素而言,大部分弧后盆地玄武岩都与富集形MORB很类似。而痕量元素地球化学特征变化更为复杂,既具MORB的特征同时又显示了一定岛弧玄武岩的特征。这一现象表明,受俯冲影响的部分地幔组分可能卷入了弧后盆地扩张中心玄武岩岩浆的形成过程中,从而使这类玄武岩带有岛弧拉斑玄武岩的烙印。通常,在弧后盆地拉张初期,俯冲中派生流体相对岩浆形成的影响最为显著,随着盆地的拉开,其影响逐渐减弱。弧后区源区组分可能既包括亏损及富橄榄岩的大洋岩石圈,又包含相对富二辉橄榄岩底劈上升的岩石圈地幔(Kaj Hoernle等,1993)。 2、与俯冲带有关的沉积盆地

俯冲带具有较为复杂的构造特征,与其有关的沉积盆地主要包括:海沟盆地,弧前盆地,弧间盆地和弧后(边缘海)盆地。

海沟盆地:海沟盆地是大洋板块俯冲下插,岩石圈弯曲下降到弧沟系之下的结果。俯冲板块的下弯和沉降是其主要形成机制。

弧前盆地:弧前盆地发生在弧—沟间隙区内,即海沟轴与岩浆弧之间的地段。弧前盆地的基底有的是陆壳或大陆性过渡壳,有的是因俯冲增生而圈闭的残留洋壳,或直接跨覆在岩浆弧与俯冲杂岩或岩浆弧、残留洋壳与俯冲杂岩之上。俯冲引起的地幔冷却和俯冲剥蚀以及沉积负载均衡下降是弧前盆地沉降的主要原因。

弧内盆地:弧内盆地通常平行于弧的走向延伸,是以断层为界的张裂盆地,基底为过渡壳或陆壳,它的形成可能与深部岩浆上升使弧地壳隆起产生的拉张构造有关,也可能同火山和构造原因的局部沉降有关,还可同初期弧间盆地发育有关(Dickinson,1974)。

弧间盆地:位于岩浆弧与残弧之间的弧间盆地被认为是由弧内扩张作用从弧内盆地演变而来。而残弧就是从岩浆弧分裂出去的残留地质体。这种拉张作用,既可使洋内弧分裂,也可使陆缘弧分裂。 弧后(边缘海)盆地:边缘海盆位于大陆与岛弧或残弧之间,以略厚(<20km)的大洋型地壳基底为特征。

位于大陆与岛弧之间的边缘海盆,可能因陆缘岩浆弧分离而形成,与弧间盆地在本质上没有多大区别。部分边缘海盆是陆缘弧或大陆边缘地壳裂陷扩张形成的。其演化与裂谷带的演化相类似。弧后盆地的形成可能归结于俯冲大洋岩石圈板片顶面摩擦生热,使地幔克服粘滞阻力而浮升,产生大量热的低密度异常地幔或岩浆以底劈方式上升,引起地表迅速拉张和高热流导致弧后地壳扩张。另外,洋脊随俯冲板片潜没到弧后区以及俯冲引起的弧后拉张应力状态也可能是边缘海盆形成的重要原因。 弧后前陆盆地:弧后前陆盆地位于陆缘山弧或陆缘岛弧后侧紧邻的大陆板块周围地带,基底全部为陆壳。这个盆地对于岩浆弧而言为弧后盆地,对于大陆板块内部而言是前陆盆地。弧后前陆盆地与边缘海盆地的区别不仅表现在基底地壳的不同,还表现在盆地边缘的弧侧有与弧平行并向弧后(向大陆)逆冲的褶皱冲断带存在,因此盆地内的应力状态通常是挤压的或中性的。盆地的沉降作用,部分是大陆板块边缘沿陆内俯冲带进入到岩浆弧下引起岩石圈挠折的反应,部分是褶皱冲断岩片的构造负载引起均衡沉降的结果。 (二)、碰撞带岩浆活动

俯冲作用进一步发展,必定导致岛弧与大陆或大陆与大陆的碰撞并形成缝合带或碰撞造山带。沉积盆地经过陆内裂谷—陆间裂谷—大洋扩张和大洋裂谷—边缘裂谷—大洋盆地—俯冲作用导致大洋消减和弧沟系的形成—直到碰撞产生缝合带和残留洋盆,构成一个完整的威尔逊旋回。

碰撞带以不同的火成岩组合,相对复杂的岩石类型为特征。与陆—陆碰撞带有关的岩浆作用可以分为四个阶段,每个阶段都包括一个特征的源区:

碰撞期前:来源于碰撞以前的火山弧,仍属弧火山活动类型。

同碰撞期:在地壳增厚时期内导致含白云母花岗岩的侵位。在地壳仰冲作用期间,从湿的沉积楔排出的挥发分能够渗透到上浮热的冲掩岩片,而引起深熔。地壳熔融的结果使Rb、F和B(可能还有Ta)发生富集,这些元素在挥发相中被迁移,而象REE、Zr和Hf这些元素是亏损的,它们被集中在熔融的残余物中。冲掩岩片底部的温度取决于碰撞前热流量、冲掩岩片厚度和剪切热。同碰撞花岗岩的发育程度受碰撞期间地壳加厚的程度控制。

碰撞晚期到碰撞期后:形成在微量元素特征上与火山弧岩浆作用相似的钙碱性岩套。象火山弧岩浆一样,它们被认为是由俯冲的大洋岩石圈上面富LIL的地幔楔形成的,但有可能与下部地壳的熔融体混染而被改变。地壳熔融可以由下地壳热释放和上地幔绝热减压或者碰撞期后次要俯冲而产生的幔源岩浆造成的。

碰撞期后:以碱性岩为特征,碱性岩浆作用具有板内地球化学特性并可能发育在没有被俯冲作用水化的任何被切割的地幔区。上地幔熔融可能由绝热减压引起, 接着是地壳增厚和侵蚀。它也可能由碰撞期后象海西造山带的裂谷构造或象阿拉伯地盾的走滑断层作用所引起。如果岩石圈构造允许适量的地幔挥发份释放或岩浆进入地壳的话,那么,实际上,碰撞期后岩浆作用能发育在碰撞事件的任何阶段。

岛弧与大陆的碰撞发生在岛弧与被动陆缘之间,被动陆缘的前导洋壳在岛弧之下俯冲,当洋壳完全消失时,大陆因质轻而不能俯冲,于是大陆与岛弧碰撞缝合在一起。它与陆—陆碰撞不同的是,蛇绿岩、蓝片岩、混杂堆积等俯冲组合位于陆侧与洋侧的岩浆弧之间;主要的逆冲断层都是向洋侧倾斜向陆逆冲的。

(三)、关于蛇绿岩组合的简要讨论

蛇绿岩是缝合构造带中的典型岩石组合类型,通常认为它是一种特殊的镁铁质至超镁铁质岩石组合,它不能用作一个岩石名称或填图岩性单元。在一个完整发育的蛇绿岩中,从底部向上岩石类型产出顺序如下:(1)超镁铁质杂岩:由不同比例的方辉橄榄岩、二辉橄榄岩和纯橄榄岩组成,通常具有变质构造组构(有时称构造岩)并多少被蛇纹石化;(2)辉长岩质杂岩:通常具堆晶结构,普遍包含堆晶橄榄岩和辉石岩且比超镁铁质杂岩较少变形;(3)镁铁质席状岩墙杂岩;(4)镁铁质火山杂岩,通常呈枕状。伴

生岩石类型包括:(1)一个上覆沉积岩系剖面,典型的是带状燧石岩、薄层页岩和少量灰岩,也可以呈夹层产出;(2)与纯橄榄岩伴生的通常是豆荚状铬铁矿体;(3)钠质长英质侵入岩和喷出岩。蛇绿岩可以是(剖面)不完全、被肢解的或被变质了的。蛇绿岩不仅可以形成于洋中脊环境,而且还可形成于诸如岛弧、弧前、弧后(边缘海)、小洋盆等多种构造环境中,而真正代表深海洋壳的蛇绿岩在大陆造山带中则极为罕见。总之,蛇绿岩并非一个单一的岩石 构造组合类型,它常常是由来自二种或二种以上的不同构造环境下形成的岩石组合的混杂堆积。 四、转换断层带岩浆活动

转换断层(transform fault)是一种特殊的类型。它是指那种位移突然中止或者改变形式和方向的平移断层(Wilson,1965)。换句话说就是在断层转换点转变为走向不同和力学性质不同的构造带的“平移”断层。相应的断层运动方式表现为,沿断层的水平剪切运动,在转换点突然中止,并转变为拉张的洋中脊、裂谷带,或者转变为挤压的海沟或造山带。它与一般的平移断层以及一般的断层组合均不同。自1952年在北太平洋发现第一条转换断层以来,已陆续在各大洋中发现了许多横断大洋中脊的水平断裂带(转换断层)。

关于转换断层带的岩浆活动及其火成岩组合,尚无详细的研究资料。对于洋底转换断层,由于强烈的拉张可使地壳变薄,并可出现与海底扩张类似的火山喷发和洋壳海底,形成低钾拉斑玄武岩组合,其特征与大洋拉斑玄武岩十分类似。由于转换断层带属于板片中的断裂带或构造薄弱带,它也可成为板内继发性岩浆活动的发源地,形成与上地幔热柱(热点)或上地幔热羽有关的板内拉斑玄武岩或碱性玄武岩系列火成岩组合。 五、结语

岩石圈板块的运动直接受深部作用过程的制约。岩石圈—软流圈的物质组成、结构与温度分布是研究岩石圈动力学最重要的参数。对岩石圈—软流圈的物质组成、结构、温度分布约束的岩石学方法主要来自三个方面,即火山岩—侵入岩,深源包体和变质岩的研究。岩浆来自上地幔或深部地壳,火山喷发或侵入是上地幔、深部地壳对流在地表或浅部地壳的表现。因此,对火成岩—岩浆的喷出或侵入的产物—岩石学的研究必能提供许多上地幔—深部地壳的信息。因此,根据不同大地构造环境下形成的岩石组合,特别是火成岩岩石组合或系列,提出大陆动力学及岩石圈演化的深部动力学约束,这无疑是一项十分有意义的前沿研究。


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