成巖成礦構造環境判別

隨著板塊構造的興起，恢復地殼中各種巖石或礦床形成時的構造環境的研究越來越受到重視。現代地球科學理論認為，大規模的構造活動主要起源於巖石圈深部，熱力學狀態的變化和軟流圈運動的不均勻性導致了地球物質的大規模運動。這種運動促進了巖石圈的演化。壹般根據地球物理資料研究地殼結構，古構造環境(俯沖帶、島弧、洋中脊、弧後、板塊內部等。)按巖石組合類型進行恢復。但近年來的研究表明，由於不同構造環境中物質、熱源、物理化學條件和動力學機制的差異，巖石中形成的微量元素和組合(包括同位素組成)的含量明顯不同。比如大洋中脊玄武巖的熱源是上湧的軟流圈，物質來源是簡單洋殼的地幔，處於動態伸展狀態，沒有大陸地殼的汙染(只與海水相互作用)，這就決定了它們特定的微量元素組成特征，即富含Ti、Mn、P、Co、Ni、Cr、V、Cu、Zn、Au、gA、Mo等元素。在大陸地殼環境中，物質組成、熱源、物理化學條件和動力學機制與大洋地殼環境有很大不同。經過殼幔分異和長期的地殼演化，陸殼富集的微量元素有稀土元素、鎢、錫、鈾、hT、Be、Pb、Cs、Ta等。板塊運動使大洋地殼與大陸地殼之間，以及它們與上地幔之間發生物質交換，生成的巖漿成分隨構造環境而變化(圖5.438+05)。從圖中可以看出，覆蓋在洋殼上的沈積物隨著板塊的俯沖被帶到大陸上地幔，在地幔的高溫下熔融，並與板塊上方的大陸地幔物質混合，使得俯沖帶的大陸地幔楔的組成非常復雜。沈積物中水分子的加入降低了地幔物質的熔點。根據元素在部分熔融過程中的分布特征，地幔巖石中親宏觀石元素的K、Rb、Sr、U、Th、REE富集越來越強，導致俯沖帶下大陸地幔殘余巖石中親宏觀石元素差。地幔的對流使這種物質循環進入洋底地幔，成為大洋中脊拉斑玄武巖(MORB)的巖漿源，導致大洋中脊玄武巖中大離子親石元素虧損嚴重，而島弧巖漿富含大離子親石元素。因此，在跨越板塊俯沖帶的剖面上，隨著俯沖深度的增加，依次形成拉斑玄武巖系列、鈣堿性系列和堿性系列火山巖(巖漿巖)，其化學成分，尤其是微量元素的含量和組合也呈現出規律性的變化——成分極性。除了K2O和總堿含量之外，下列微量元素也顯示了跨越島弧的成分漸變(Condie，1976):

圖5.15俯沖帶殼幔地球化學循環

地球化學

根據上述特征，Pearce等人建立了微量元素圖來區分玄武巖(1982)和花崗巖(1984)的構造環境。

5.4.2.1不同構造環境下玄武巖微量元素特征

Pearce等人(1982)根據構造環境與各類玄武巖的時空關系，將玄武巖分為三種主要類型:①板塊邊緣深海環境中噴發的大洋中脊玄武巖(MORB)；②會聚板塊邊緣噴發的火山弧玄武巖(VAB)；③遠離板塊邊緣噴發的板內玄武巖。每個類別又分為子類。以標準洋中脊玄武巖為基礎，對上述不同構造環境下生成的玄武巖成分進行填圖，顯示各類玄武巖的基本地球化學特征如下(圖5.16):

(1)大洋中脊拉斑玄武巖曲線平坦。堿性玄武巖在Rb、Ba、hT、Ta、Nb局部隆起；後續元素與拉斑玄武巖壹致；快速擴張的大洋中脊玄武巖與MORB之比大於1，而緩慢擴張的大洋中脊玄武巖小於1(圖5.16a)。

(2)除Y、Yb、Sc和Cr外，板內拉斑玄武巖均有擡升。板內堿性玄武巖中的Ba、Th、Ta、Nb、Hf、Zr、Sm元素呈現雙重擡升(圖5.16b)。

(3)除Sr、K、Rb、Ba外，火山弧拉斑玄武巖選擇性富集，從Ta到Yb所有元素均呈現低豐度特征；而板內堿性玄武巖中Sr、K、Rb、Ba、Th和Ce、P、Sm等元素高度富集，呈峰谷重疊的曲線形態(圖5.16c)。

(4)過渡玄武巖具有相應的端元組分特征(圖5.16d)。

5.4.2.2微量元素對構造環境判別的局限性

應用各種巖石類型的微量元素判別構造環境時，應註意以下幾個方面:

(1)構造環境是地幔和地殼物質不斷耗散自身能量的壹種表現。首先，地殼結構必須建立在地質地球化學調查和地球物理數據的基礎上。然後根據不同構造環境下形成的各種巖石類型(巖漿巖、沈積巖、變質巖)的組合，恢復古構造環境。利用各種巖石中微量元素(同位素)的含量和組合來示蹤不同的構造環境，可以作為宏觀構造環境研究的證據，但不是主要證據。

(2)在利用以往的圖解判別構造環境時，必須明確原始圖解的應用前提和範圍，並考慮到地球的成分是不斷演化的，早期地幔(地殼)的成分和熱狀態與現代明顯不同。

圖5.16標準大洋中脊玄武巖(MORB)標準化的不同構造環境玄武巖地球化學圖(根據Pearceetal。,1982).

(3)構造環境的時空結構非常復雜，需要綜合的研究方法。首先是同壹構造環境下不同巖石類型的時空匹配；二是各種地球化學示蹤方法的匹配，如微量元素的匹配(高場強元素、石元素大離子等。)和同位素(鉛、鍶、釹等。).單壹類型或少量數據對環境的判斷結論往往是不確定的。

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