板块构造学.doc

俯冲带岩浆作用和变质作用俯冲带岩浆作用和变质作用位于板块俯冲边界的岛弧—海沟系以及活动大陆边缘,热流值出现急剧的变化。在海沟地带,热流值极低;而位于火山岛弧地带的热流值相当的高。这种热异常是地球深部动力的地表的反映。板块俯冲所导致的压力和热力效应,又在很大程度上控制着俯冲带的岩浆活动和变质作用的发生。一、板块俯冲带的岩浆活动岛弧和活动大陆边缘石火山活动的强烈地区,常平行于海沟呈弧形展布,俯冲带的火山活动以中酸性,特别是安山岩类为主;并且富含气体(主要为水蒸气),表现出爆发的性质。喷出物以碎屑物质占优势,这是岩浆弧火山岩与其他构造环境火山岩的主要区别。有火山碎屑、侵入岩以及变质岩屑构成的厚层杂砂岩,泥岩经常与火山岩互层,这种互层系是识别岩浆弧火山岩的重要标志之一,在岩浆弧区与火山岩共生的还有大量中酸性深成岩,它们广泛的侵入到火山岩和沉积岩堆积中。俯冲带岩浆活动产生的主要岩石系列有:a、岛弧拉斑玄武系列;b、钙碱系列;c、岛弧碱性系列,以及其间的过渡系列(表1-1)。岛弧拉斑系列与洋脊拉斑系列的区别是:铁镁比较高,SiO2较高,稀土丰度偏低,初始锶比值较高;钙碱系列与岛弧拉斑系列相比,很少有铁的富集,SiO2较多,明显富集大离子亲石元素,轻稀土略富集,随SiO2的增加K2O增长较快;岛弧碱性系列少有或没有铁的富集,碱元素含量高,随SiO2的增加K2O急剧增长(如图),进一步分为两组:由碱性橄榄玄武岩、橄榄粗安岩、粗面岩、碱流岩组成的钠质组和由橄榄粗安岩、安粗岩等组成的钾质组(表1-2)。表1-1三种火山岩系列在诸构造中的分布表1-2不同系列火山岩化学成分比较火山岩系列的鉴别由于钙碱系列火山岩可以作为岛弧的标志性岩石,故火山岩系列的鉴定在识别古岛弧,回复古构造环境中具有重要意义。稀土元素的分配形式在判别火山岩的共生系列中很有价值。如图4-9所示,随着从拉斑玄武岩系到钙碱性系列、碱性系列,稀土元素的分配型式从平坦型转变为富集型至强富集型。而洋中脊拉斑玄武岩和岛弧玄武岩均显示平坦型。就已经蚀变的火山岩而言,Cr-Ti法可能是判别这两种玄武岩的唯一地球化学方法。岛弧地区火山岩系列的分布在发育成熟的岛弧中,上述三种火山岩系列都可能出现,并具有一定的分布规律:由海沟向陆一侧,不仅喷出体积和岩浆规模减小,岩石成分也表现出水平分带性。拉斑系列、钙碱系列、碱性系列依次出现。岛弧火山区向海沟一侧的界限叫做火山前锋,拉斑玄武系列紧邻火山前锋分布;陆侧为钙碱性火山岩分布区;碱性系列离海沟最远,可达二、三百公里,甚至更远。随着远离火山区,岩浆喷发的规模趋于减弱。三种火山岩的分布可能有一些重叠(图10-4)。另外,在未成熟的岛弧中,拉斑玄武岩系列占绝对优势;而在那些经历长期演化的成熟岛弧或者活动大陆边缘中,可以出现大量钙碱性和碱性系列火山岩,拉斑玄武岩往往少见。这是岩浆岩随时间的分布规律。都城秋穗发现,三种火山岩系列的分布还与岛弧的活动性有关。总的来看,大多数火山岩或者是钙碱系列,或拉斑玄武系列可以单独存在,更多的是同时出现。碱性系列的火山岩一般数量有限。因此,在岛弧火山岩中,以玄武-安山岩类最为常见。岛弧的成分极性吉尔(Gill,1974)总结了岛弧火山岩的化学成分在空间上的系统变化。指出:从岛弧的大西洋侧到大陆侧,Fe、重稀土。Na/K减少,K、Rb、Ba、Cs、Pb、U、Th、轻稀土、Th/U、Rb/Sr、La/Yb、Sr87/SR86则逐渐增加。这种随着与海沟轴距离和俯冲带深度的增加,火山岩成分有规律的变化的现象称为成分的极性,其可以只是俯冲带倾斜的方向。岛弧的极性可以从岛弧和海沟的位置关系,岛弧弧形的凸面指向以及贝尼奥夫带的倾向等方面表达出来。例如海沟位于岛弧洋侧,岛弧凸面指向大洋,贝尼奥夫带倾向大陆,该岛弧属于正常极性,反之,则为倒转极性。随着俯冲深度的加大,拉斑玄武系列、钙碱性系列、碱性系列的火山岩一次排序。若取SiO2含量相同的火山岩对比,则K2O、Na2O+K2O、K/Na值向贝尼奥夫带带深度增大方向递增(图4-11)。当SiO2为60%时,这种关系可表示为(Condie,1973):h=(K2O)-,h的单位为公里。除了K2O和总碱以外,下列大离子亲石元素、稀土元素(REE)以及元素比值也显示出岛弧成分的递变现象:俯冲带倾角愈缓,这种成分递变现象表现愈明显。如果俯冲带近于直立,则不显示成分极性,在这种岛弧地区(如所罗门群岛),拉斑玄武岩系列、钙碱性系列和碱性系列火山岩呈现自下而上依次叠覆的关系。康迪发现,岛弧、活动大陆边缘火山岩的成分与下伏地壳的厚度之间有一定关系。大体而言,现代岛弧拉斑玄武岩系列火山岩产于地壳厚度≤20公里、俯冲带较浅(≤150公里)的地段之上;钙碱性系列火山岩产于地壳厚度中等(20~