玄武岩构造背景判别Pearce.doc

利用基本火山岩的微量元素判断构造环境
. PEARCE and . CANN
摘要
我们对200个玄武质岩石进行了Ti, Zr, Y, Nb and Sr分析,他们分别来自不同的构造背景并且其背景已经得到确认。板内喷发的玄武岩(洋岛和大陆玄武岩)可以利用Ti-Zr-Y来判别,洋底玄武岩和低钾的拉斑玄武岩以及岛弧钙碱性玄武岩可以利用Ti-Zr(蚀变样品)图解和Ti-Zr-Sr图解来判别(新鲜样品),Y/Nb可以作为判断玄武岩是拉斑玄武岩还是碱性性质的参数。Troodos Massif of Cyprus的岩脉和枕状容颜投在了拉斑玄武岩洋底岩石区域。
前言
近些年里,许多人对地球化学来判别构造环境有着很大的兴趣,尤其是地质无法判断的背景。这些模型的原则就是利用未知岩石来与已知构造背景的岩石微量元素方面进行比较。我们所运用的方法就是利用Ti,Zr和Y元素含量来直观地,统计地来对蛇绿岩套熔岩进行分类【1】。这种原则也被运用到太古代洋壳的判断上,例如澳大利亚西部,大不列颠古生代和阿尔卑斯山中生代。
本文在这个方向上进行了更深入的研究,尤其是在判别岩浆与不同构造环境的关系上,并且为此我们采集了很多样品。我们的数据直观地分成两组。第一组使用活动性差的元素,Ti,Zr和Y,这与之前的文章是相同的【1】。第二组是附加元素,Sr,它可以做出更好的判断,但是仅仅对于新鲜或者轻微蚀变的岩石。并且,我们还制作了Y和Nb的图解,可以用来判断拉斑玄武岩和碱性系列,可以用于蚀变岩石。
本文的结构如下:
根据构造位置将现今火山岩进行分类
选择标准化的样品
选择合适的元素
做出合适的图解
碱性和拉斑玄武岩的区别
运用实例
岩浆类型划分
对于火山岩最有意义的分类莫过于根据其喷发的构造环境进行分类。我们的分类见图1.
第一个分类就是根据最主要的板块运动,分为板块边缘和板内。接下来分为四组:洋底玄武岩(扩散板块边缘);火山弧玄武岩(汇聚板块边缘);洋岛玄武岩(板内洋壳);大陆玄武岩(板内陆壳)。这四种类型在现在都能很清楚的辨别出来。下面我们对他们分别讨论。
洋底玄武岩
我们通过对洋底火山岩的分析证明,它们是一种很均一的岩石类型【7】。主要是玄武岩,其他的一些玄武岩-安山岩-流纹岩的岩石虽然有,但是特别少。这些岩石基本都是拉板玄武质的,仅有少数地区由于变迁会成为碱性,例如45°N大西洋中脊【10】。目前有人在观察扩张速度在1 cm/yr到10 cm/yr的洋底,他们发现岩石的不同组成可能与洋底扩张速率有关。
Karig研究发现,扩散板块边缘不仅发生在大洋盆地中,也发生在岛弧后的小的海洋盆地。这些盆地被认为是蛇绿岩套的起源【12】。然而,目前为止证据表明,这些小的海洋盆地和大洋盆地在化学方面几乎没有差别。所以,洋底玄武岩代表了一种变化范围很小的岩浆类型。

研究证明,火山弧的火山作用产物的差异有两种情况有关,一是弧的演化阶段【14】、;二是贝尼奥夫带以上的火山喷发的垂直高度【15】。这种差异可以产生复杂的化学变化,根据经验可以分为三种岩石系列:低钾拉斑玄武岩系列,钙碱性系列和钾玄质系列,,无论在时间和空间上,这种系列都是低钾拉板玄武质系列---钙碱性----钾玄质系列逐渐变化的。
Jakes和White对火山弧岩石的化学性质进行了总结【17】,可以看出它比洋底玄武岩要复杂的多。并且发生分离的岩石比例要大得多,尤其是在安山岩为主的钙碱性系列中。
本文中的火山弧玄武岩样品是根据Jakes和White推荐的主量元素【18】进行细分的。根据K2O相对于SiO2和Na2O的含量,将不同地区的玄武岩分为低钾拉斑玄武岩系列和钙碱性系列,由于数据缺乏,钾玄质并没有出现在表中。

洋岛玄武岩在地球化学方面变化范围很大,有拉板玄武质系列,也有中等碱性,也有很强的碱性系列。分离结晶的产物很普通,研究表明其岩石类型具有双峰式特征,玄武岩一个峰,粗面岩和响岩另一个【20】峰。在这里我们将这种玄武岩作为单独的一组,尽管他们与断裂带和热点的关系可以将其进一步细分。
大陆玄武岩
这种岩浆目前很受到限制,最主要的例子就是非洲裂谷。但是这并没有影响到它在过去的重要性。目前被忽视的这种岩石类型曾经是巨大的溢流玄武岩,并且在大陆破裂以及板块边缘扩张之前发生(Cox for Gondwanaland)【24】。尽管我们取了很多这种样品,但是经过分析还是没能够了解它的构造体系。
实际上,我们几乎不可能从化学方面区分洋岛和大陆玄武岩,所以这里我们统一叫做板内玄武岩,这样能更好的进行分类。
拉斑玄武岩和碱性系列在岩石学上的差别是很重要的,但是与构造背景没有很大关系,