玄武岩在研究岩石圈深部过程及构造背景中的应用.doc

.,2002文章编号:1001-8166(200205-0685-08玄武岩在研究岩石圈深部过程及构造背景中的应用张树明1,2,王方正1(,湖北武汉 430074;,江西抚州 344000摘要:玄武岩在反演地幔物质成分、分析构造环境和岩石圈的深部动力学研究中具有重要意义。系统地综述了玄武岩的成因和岩浆源区性质、利用玄武岩判别地幔类型、玄武质岩浆的演化与大陆动力学关系,以及判别构造环境等方面研究的现状。阐述了研究中存在的问题,提出了今后的研究和发展方向,认为玄武岩研究应在大陆动力学研究中扮演重要角色。关键词:玄武岩;岩石圈深部过程;构造环境;大陆动力学中图分类号:+6 文献标识码:A 玄武岩是地球上分布最为广泛的火成岩之一,其原生岩浆源于上地幔,成分与地幔源岩密切相关,其岩浆的发生又与全球构造(如裂谷扩张、板块俯冲消减、地幔的深部作用等过程有关。因此玄武岩,在反演地幔物质成分、分析构造环境及岩石圈的深部动力学方面具有十分重要意义。玄武岩研究很长时间都是侧重于对大洋玄武岩的研究,主要是因为大洋玄武岩基本上没有遭受成分复杂的大陆岩石圈的混染,在一定程度上可以认为是源自软流圈和下地幔热柱,能够更真实地反映玄武岩的源区性质,并通常作为大陆玄武岩研究时的重要参考[1]。与大洋玄武岩相比,大陆玄武岩的形成及演化过程具有更为复杂多样的地球化学特征[2]。随着现代测试手段和研究方法的不断提高,以及相关资料的积累,玄武岩的研究,尤其是大陆玄武岩研究将进入到一个新的阶段。1 玄武岩成因和岩浆源区性质近代实验研究[3~7]认为玄武岩浆是由地幔内部的部分熔融作用所致,原生玄武岩浆起源于上地幔,尤其是上地幔低速带。但问题是显而易见的,如岩浆是由什么样的地幔物质并通过何种途径衍生而来?成分如何?到达地表前是如何演化的?等等。近年来,对玄武岩成因的认识发展较快,认为地幔的潜能温度、岩石圈的拉张程度和拉张速率、岩石圈力学边界层的初始厚度、岩石圈和软流圈的成分、岩石圈和软流圈在部分熔融中的行为、熔浆萃取过程和效率、源自软流圈的岩浆与岩石圈地幔和地壳的相互作用等都是岩石圈拉张过程中控制岩浆性质和生成量的主要因素[2,8~12]。玄武质岩浆的形成源区包括地幔热柱、软流圈、岩石圈地幔和地壳四大端元[13,14]。研究表明,MORB型岩浆未见于大陆环境,而大多数大陆玄武岩的地球化学性质不同于大洋玄武岩,其差异说明,大陆玄武岩岩浆作用除软流圈、地幔热柱外,还有其他源的参与(混染,而岩石圈(包括地壳和地幔是最可能的候选源[15,16],这些端员组分对岩浆生成的相对贡献程度的不同造成了大陆玄武岩复杂、多变的地球化学性质。岩石地球化学是最常用来示踪岩浆的起源、不收稿日期:2001-12-12;修回日期:2002-05-10.*基金项目:国家自然科学基金项目“中国东部显生宙下地壳的形成与演化”(编号:40133020资助. 作者简介:张树明(1965-,男,江西抚州人,副教授,在职博士研究生,主要从事火成岩和基础地质研究及教学工作. E-mail:zsmfjxy@同岩浆的相互混合及岩浆的演化和固结过程的方法。岩浆生成制约因素最多的是俯冲带岩浆,由于俯冲带岩浆形成过程难以模拟,使岩石地球化学特征成为探讨其成因的良好信息。大洋玄武岩研究发现[17,18],岛弧岩石亏损高场强元素Nb、Ta、Ti、Zr、Hf和重稀土元素Yb、Y等,富集大离子亲石元素Rb、Cs、Ba、Sr、Pb、U、Th、K和轻稀土元素La、Ce等,前者来自亏损地幔楔,后者为俯冲的板块所提供。位于美国加利福尼亚南SanJoaquin盆地Tecuya火山岩中的玄武岩的εNd(t=2~6、(87Sr/86Sri=~,与洋中脊玄武岩比较,富轻稀土,具较高的Th/U、Th/Ta、Rb/Ta、Ba/Ta、Cs/Rb值,但K/Rb值较低,表明其源区为亏损上地幔(洋中脊玄武岩源区,并混入了少量地壳物质,故为被混染的MORB。Sharma等[19]研究后认为Tecuya火山岩是东太平洋隆起与北美板块相互碰撞、洋中脊玄武岩与大陆壳相互作用的结果。大陆岩石圈能否作为玄武岩浆源是大陆岩浆作用研究领域中争论最激烈的问题之一,许多大陆玄武岩(如美国西部、巴西帕拉南(Parana及大多数溢流玄武岩显示了大洋玄武岩所不具备的微量元素和同位素地球化学特征,因此大陆玄武岩通常被认为主要来自大陆岩石圈地幔[2,20~25],但这一解释并未得到地球物理模拟计算支持[26,27]。解决由物理和化学研究所引出的矛盾最简单的成因岩石学模型是岩浆源自软流圈,岩浆在上升过程中会与岩石圈发