玄武岩的成因.构造环境分类

研究意义:因为玄武质岩浆直接来源于上地幔,并可产于多种构造环境中,所以研究玄武岩对于反演地幔物质成分、分析构造环境和地球的深部动力学均具有重大意义。

1、玄武质岩浆的形成

1)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。

2)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

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 source

MORB 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SiO2;

C 、 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LIL 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。

研究意义:因为玄武质岩浆直接来源于上地幔,并可产于多种构造环境中,所以研究玄武岩对于反演地幔物质成分、分析构造环境和地球的深部动力学均具有重大意义。

1、玄武质岩浆的形成

1)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。

2)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

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 source

MORB 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SiO2;

C 、 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LIL 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。


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