第2章 区域和造山带构造地球化学研究.ppt

第二章 区域和造山带构造地球化学研究 ——地球化学进展课程 2002年8月 一、本领域研究发展概况 上世纪60年代中板块构造学说兴起，使地质学家视野首次扩大到全球，甚至整个太阳系。这带动了地学各学科思维体系的革命，并使地球化学研究全面地向地球、太阳系、宇宙的扩展。大地构造的地球化研究是一个方面得体现，其发展概况如下： 1.简史： 上世纪60—70年代，集中研究近代各类板块构造环境中岩石的地球化学特征及形成机制，探索构造环境地球化学判别的标志、方法和图解，工作集中于洋域及其周边。70年代中以来，研究逐步向大陆区域和造山带发展。通过蛇绿岩、火山岩、花岗岩、沉积岩和变质岩等形成构造环境的地球化学判别，进而探索构造性质、格局和演化。这已经成为现今地球化学研究区域和造山带构造的常规内容 2.存在问题： 虽然这种构造地球化学研究已作出许多重要成果与贡献，但由于大陆发展的长期和复杂性，这种研究途径的本身和应用上尚有待改进和完善； 在大陆构造研究方面地球化学的理论和方法的潜力还远未得到发挥，需不断开发和挖掘； 要解决地球化学如何通过区域和造山带构造研究揭示大陆动力学的问题。 3.课程安排 （1）本章论述如何改进提高通过岩石形成构造环境的地球化学判别，进而探索区域和造山带构造发展问题； （2）第三章讨论如何开发地球化学理论与方法，尤其将研究壳幔组成和演化的理论和方法用于大地构造研究的问题（由区域壳幔系统约束区域构造）； （3）第四章论述化学地球动力学与大陆动力学研究的问题。 二、岩石构造环境地球化学判别运用中出现的问题： 数据精确度不高； 选择判别标志和图解带有盲目性： 岩石地球化学判别标志本身存在多解性，例如，具有洋脊玄武岩（MORB）化学特征的玄武岩可以产出于洋脊、弧后盆地及边缘海盆等环境； 岩石变质或蚀变的影响等。 这些问题常常导致误判。如何改进，以下几点值得注意。 （一）正确理解构造环境与岩石地球化学特征的内在联系是，除数据精度基础外，克服盲目性、提高岩石构造环境地球化学判别效果的首要因素。按地质运动中各种基础运动形式的相互依存、相互制约和相互转化的地学哲学观，对各类岩石形成过程来说，构造(环境)起着沟通物源、约束过程发生场所和运移途径，以及制约热动力学条件的作用。具体说明如下： 1.不同构造切割壳幔的深度和部位不同，洋脊可沟通地幔的软流圈，B型俯冲可导致俯冲洋壳与岩石圈地幔的相互作用，A型俯冲可引起俯冲陆壳与另一侧地壳深部和地幔的相互作用，等等。由于地球各层圈及层圈内不同部分均为化学成分差异的物质库，所以特定构造和构造环境就沟通着不同物质库（源区）及其组合，使岩石一定程度上继承源区的化学特征。 2.不同构造限定着岩石形成过程活动场所与运移途径的不同，例如，洋脊构造限定了玄武岩浆沿扩张脊活动，形成的岩石只同海水作用，成分常受海水蚀变的影响；B型俯冲限定岩浆在岛弧区自下而上运移，穿过大洋岩石圈（洋内岛弧）或大陆岩石圈（大陆岛弧），因而岩石会受洋或陆壳物质影响而表现出成分差异。 3.不同构造环境显示出不同的热动力学和物理化学条件，影响着各类成岩过程的机制和特征。 例如，洋脊环境受制于地幔高热流，使热通过玄武岩浆向外逸散，只发生岩浆快速结晶或固结，一般不引起较大的成分分异。板内裂谷构造同样是地幔软流圈上隆或地幔热柱作用引起岩石圈裂解的结果，幔源岩浆可以通过结晶分异突变、岩浆不混熔分层等方式形成双模式岩套（机制未完全搞清），也可由于幔源岩浆热的烘烤使下地壳部分熔融形成不同源的双模式岩套，但不引起岩浆中高场强元素（HFSE）相对于大离子亲石元素（LILE）的分异或亏损。 又如，B型俯冲带中为地幔对流下降处，随俯冲洋壳下插温度升高和脱水变质，形成富水条件下的部分熔融，必然造成富含于难熔（溶）矿物（钛酸盐类、金红石、锆石等）中的高场强元素（Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、P）更多地留在源区的残余固相中，而大离子亲石元素（K、Rb、Ba、Th、U、REE）（多含于一般造岩矿物中，且具有不相容性）则倾向富集于形成的岩浆和溶液中，因此俯冲消减带中的火山岩和侵入岩均显示HFSE相对于LILE亏损的特征。这种特征被称之为消减带组分——SZC。 总之，上述有关构造性质和构造环境对岩石地球化学特征约束实质的阐明，虽然只是结合岩浆作用讨论的，但也适用于沉积作用。只是对沉积作用而言，物源应是受构造环境制约的剥蚀区的物质成分，构造限定的成岩条件则更多是风化剥蚀速率及水动力学条件。变质作用物源则是卷入构造运动的岩浆岩或沉积岩，而构造运动则限定着热动力学条件。 （二）选择有效判别标志和方法的原则 1.由物源看，地壳和地幔的各个结构层均可视为物质库，在它们之间元素组成差别最明显的应是强和较强不相容元素，即LILE(Rb、Th、K、Ba、LREE