區(qū)分大陸玄武巖和弧玄武巖的地球化學準則(夏林祈老師)

區(qū)分大陸玄武巖和弧玄武巖的地球化學準則夏林圻關鍵科學問題大陸地質(zhì)研究中，為了能夠準確地重建大陸地質(zhì)演化歷史和確定某些地質(zhì)單元形成的古構造環(huán)境，火山巖研究是一項不可或缺的內(nèi)容和手段。一般而言，用玄武質(zhì)巖漿來約束地質(zhì)單元的形成環(huán)境比較可靠，但在具體實踐中，試圖簡單地根據(jù)所研究的火山巖系中是否存在“似弧”的地球化學信號，就以為能夠?qū)⒋箨懓鍍?nèi)玄武巖和?。ò◢u弧和陸緣弧）玄武巖加以區(qū)分，仍應非常慬慎。

因為源自深部地幔的大陸玄武質(zhì)巖漿在通過大陸巖石圈（包括巖石圈地幔和地殼）到達殼內(nèi)巖漿房和上升至地表的途中，會受到不同程度大陸地殼或大陸巖石圈的混染，這種混染作用可以給出“似消減帶”信號（即“似弧”信號，如低Nb、低Ta和低Ti），從而導致研究者常常將受到混染的大陸板內(nèi)玄武巖誤判成弧玄武巖。

如何做到能夠有效地將大陸地殼或大陸巖石圈的混染效應加以剝離，避免將大陸板內(nèi)玄武巖誤判為弧玄武巖，就成為火山巖研究中一項十分重要的課題。

我們對于導致將受到混染的大陸板內(nèi)玄武巖誤判為弧玄武巖的原因已經(jīng)進行了很長時間的持續(xù)研究，在2007年，有關這方面的一些初步研究成果曾發(fā)表于“巖石礦物學雜志”（夏林圻等，2007）。

2013-2014年度，我們對于此項重要的基本理論問題重新加以梳理，建立了“區(qū)分大陸玄武巖和弧玄武巖的地球化學準則”，并發(fā)表于國際地學核心期刊“Earth-ScienceReviews”（Xia，2014）。現(xiàn)介紹如后:

巖石礦物學雜志2007年第26卷第1期

77-89頁已被SCI檢索刊物他引17次;

被CNKI《中國引文數(shù)據(jù)庫》檢索刊物他引94次。Earth-ScienceReviews2014,V.139,p.195-212

2.基本地球化學原理—區(qū)分大陸玄武巖和弧玄武巖的理論基礎3.典型事件的啟示

選取南太平洋Tonga?Kermadec島弧系的現(xiàn)代島弧玄武質(zhì)巖石和峨眉山大火成巖省的大陸玄武巖作為分析、比較的對象

Tonga?Kermadec是一個典型的現(xiàn)代島弧體系，具有島弧玄武質(zhì)熔巖的典型地球化學特點

全球0–350MaB.P.期間大火成巖省分布圖（據(jù)Courtillot等,1999;Wignall,2001;Bryan和Ernst,2008）

Tonga?Kermadec島弧系在新西蘭的NNE方向沿著太平洋板塊俯沖到澳大利亞–亞洲板塊之下形成的現(xiàn)代會聚邊緣分布，延伸>3000km。Louisville脊海山鏈與海溝相交將該島弧系分隔為北部Tonga島弧和南部Kermadec島弧。Tonga弧和Kermadec弧（新西蘭）的現(xiàn)代島弧玄武質(zhì)熔巖的（a）Nb/La?Nb（×10-6）圖解、（b）87Sr/86Sr?εNd圖解（圖解據(jù)Zindler

和Hart,1986）和（c、d）不相容微量元素原始地幔標準化（標準化值據(jù)Sun

和McDonough,1989）分配型式

Tonga弧和Kermadec?。ㄐ挛魈m）的現(xiàn)代島弧玄武質(zhì)熔巖形成的構造環(huán)境判別圖解。（a）Zr/Y?Zr（×10-6）圖解（該圖解適用于非堆晶玄武巖，據(jù)Pearce和

Norry,1979）；（b）Th/Yb?Ta/Yb圖解（圖解據(jù)Pearce,1982）；（c）Hf/3(×10-6)?Th(×10-6)?Ta(×10-6)圖解（圖解據(jù)wood,1980）；（d）Hf/3(×10-6)?Th(×10-6)?Nb/16(×10-6)圖解（圖解據(jù)wood,1980)峨眉山大火成巖省是一個典型的大陸溢流玄武巖省

中國大陸板內(nèi)火山巖分布圖據(jù)Xia等,2012

峨眉山LIP分布于中國西南部揚子克拉通的西部（包括云南、四川、貴州和廣西等省），面積超過5×105km2，由大陸溢流玄武巖和共生的鎂鐵質(zhì)–超鎂鐵質(zhì)層狀侵入體構成。

火山巖系主要由玄武質(zhì)熔巖組成，苦橄巖和火山碎屑巖次之。火山巖系的最上部主要由厚層熔巖流和粗面質(zhì)、流紋質(zhì)凝灰?guī)r組成。與火山巖系共生的侵入巖（包括有正長巖和層狀輝長巖）同樣也顯示了這種雙峰式成分組成。峨眉山玄武巖的噴發(fā)峰期為~260Ma（B.P.）

據(jù)Xu等,2001;He等,2003峨眉山大火成巖省（中國）晚二疊世（260–251MaB.P.）大陸玄武質(zhì)熔巖的（a）Nb/La?Nb（×10-6）圖解、（b）87Sr/86Sr(t)?εNd(t)圖解（圖解據(jù)Zindler

和Hart,1986）和（c、d）不相容微量元素原始地幔標準化（標準化值據(jù)Sun

和McDonough,1989）分配型式

峨眉山大火成巖?。ㄖ袊┩矶B世（260–251MaB.P.）大陸玄武質(zhì)熔巖形成的構造環(huán)境判別圖解。（a）Zr/Y?Zr（×10-6）圖解（該圖解適用于非堆晶玄武巖，據(jù)Pearce和Norry,1979）；（b）Th/Yb?Ta/Yb圖解(圖解據(jù)Pearce,1982)；（c）Hf/3(×10-6)?Th(×10-6)?Ta(×10-6)圖解（圖解據(jù)wood,1980）；（d）Hf/3(×10-6)?Th(×10-6)?Nb/16(×10-6)圖解（圖解據(jù)wood,1980)上述典型的弧玄武質(zhì)熔巖和典型大陸玄武質(zhì)熔巖間的比較，給予了我們一些有益的啟示：（1）大陸玄武質(zhì)熔巖的Nb濃度明顯地比弧玄武質(zhì)熔巖的Nb濃度要高；（2）未受到巖石圈混染的大陸玄武質(zhì)熔巖顯示“隆起狀”似OIB微量元素分配型式（也就是缺乏Nb、Ta、Ti負異常）；（3）地幔柱源巖漿遭受大陸地殼或大陸巖石圈混染時可以產(chǎn)生明顯的Nb、Ta和Ti虧損；（4）雖然受到巖石圈混染的大陸玄武質(zhì)熔巖和弧玄武質(zhì)熔巖都具有Nb、Ta、Ti負異常，但是前者的不相容微量元素濃度明顯地比消減帶玄武巖的不相容微量元素濃度要高；（5）在各種構造環(huán)境判別圖解中，僅僅是未受到巖石圈混染的大陸玄武質(zhì)熔巖的成分點才恒定地落在板內(nèi)玄武巖（WPB）成分域內(nèi)；（6）當利用使用Nb、Ta、Ti作為判別因子的構造環(huán)境判別圖解時，受到巖石圈混染的大陸玄武質(zhì)熔巖樣品的成分點會向著低Nb、低Ta、低Ti的方向遷移，落到了弧（包括島弧和陸緣?。┬鋷r的成分域之中；（7）受到巖石圈混染的大陸玄武質(zhì)熔巖樣品的成分點，只是在一些不采用Nb、Ta、Ti作為判別因子的構造環(huán)境判別圖解中才落入WPB成分域。4.應用實例

下面，我們將應用上述啟示于一些構造環(huán)境仍有爭議的火山巖系中國大陸板內(nèi)火山巖分布圖天山（中國）LIP的石炭紀玄武質(zhì)熔巖

據(jù)Xia等,2012天山及其鄰區(qū)廣泛分布的石炭紀–早二疊世裂谷火山巖構成了一個在中國西北部重要的、新近發(fā)現(xiàn)的大火成巖?。╔ia等，2004，2008，2012，2014）。該大火成巖省又可以進一步被劃分為天山和塔里木2個亞?。˙ryan和Ernst,2008；Xia等，2012；夏林圻等，2013）

據(jù)Xia等,2008

廣泛分布的早石炭世弱變形和未變質(zhì)火山巖系不整合覆蓋在強烈變形、變質(zhì)前石炭紀地層之上。該早石炭世早期區(qū)域性不整合應是代表了古亞洲洋結束的時間。

石炭紀裂谷火山巖系的底部單元（354-345Ma；大哈拉軍山組）不整合覆蓋在元古宙白云質(zhì)大理巖和花崗質(zhì)片麻巖之上。這些地區(qū)，元古宙基底和上伏火山巖系之間保存有厚層（厚度80–100米）巨礫巖、礫巖和砂礫巖，礫巖中含有下伏基底巖石的次園形–次棱角狀礫石，證明區(qū)域性隆升和剝蝕先于火山作用。

在中天山陸塊中，早石炭世火山沉積巖系與元古宙花崗片麻巖和早-中奧陶世變火山巖呈角度不整合或斷層接觸。基底巖石為陸相不整合所蓋，在不整合面上常常可以見到古風化帶、殘積礫石和底礫巖。物源分析表明，礫石主要為基底巖石。上述早石炭世火山沉積巖系以從陸相至海相的退積序列為特征，反映了一種遞進的裂谷拉伸作用。

除了北天山蛇綠巖帶中的巴音溝蛇綠巖外，北疆地區(qū)出露的最年輕的蛇綠巖為青河蛇綠巖，其SHRIMPU–Pb鋯石年齡為352.1±4.4Ma(吳波等，2006)。

研究（Xia等，2005a；徐學義等，2006a,b）揭示，早石炭世中期的巴音溝蛇綠巖套（344Ma—324.6Ma）是侵位于早石炭世早期的裂谷火山巖系（基底單元）之中，其上又為晚石炭世地層不整合覆蓋。是基底單元的裂谷化和碎裂作用產(chǎn)生了北天山洋盆，該洋盆是古亞洲洋閉合之后的一新生的“紅海型”洋盆（Xia等，2005a）。

古生代代洋盆是沿著從北向南①②③等3個主要縫合帶閉合。

通常認為，古亞洲洋的最后閉合是沿著中天山南緣縫合帶發(fā)生。

迄今為止，已經(jīng)發(fā)表了大量有關上述縫合帶中高壓–低溫變質(zhì)巖石的年齡（422—226Ma）。

迄今為止，對于作為天山造山作用碰撞標志的區(qū)域性高壓–低溫變質(zhì)作用的時間并未達成一致性的意見。現(xiàn)提出一種可供參考的解釋如下：(A)較老的年齡（422–364Ma）可能是指示了與消減和增生較早階段有關的變質(zhì)作用（Wang等，2010）或者是由于高壓變質(zhì)礦物中存在過剩40Ar所致（Klemd等，2005）；(B)360Ma–351Ma范圍的年齡值可能為峰期俯沖高壓–低溫變質(zhì)作用的年齡，暗示古生代洋盆最有可能是在早石炭世早期閉合的；(C)較年輕的的年齡值（346–302Ma）被當作是高壓–低溫變質(zhì)巖石折返過程中退變質(zhì)作用的時間（Gao和Klemd，2003；Stupakov等，2004；Klemd等，2005；Volkova和Sklyarov；2007；Simonov等，2008；Wang等，2010，2011）；(D)最年輕的年齡值（291–226Ma）可能與后期流體導致的鋯石重結晶作用有關（deJong等，2009;Su等，2010）。

李奇祥等最近（2010）獲得了天山東段覺羅塔格裂谷中四頂黑山鎂鐵質(zhì)–超鎂鐵質(zhì)雜巖中輝長巖的鋯石LA-ICP-MSU-Pb年齡為351.5±1.9Ma。該鎂鐵質(zhì)–超鎂鐵質(zhì)雜巖與357.7±3.5Ma的A型花崗巖共生，這些也標示著古亞洲洋在早石炭世早期已經(jīng)閉合。

根據(jù)上述早石炭世早期區(qū)域性不整合、最年輕蛇綠巖的年齡（352Ma）、高壓–低溫變質(zhì)帶峰期俯沖變質(zhì)作用的年齡（360–351Ma）、以及352Ma含銅、鎳鎂鐵質(zhì)–超鎂鐵質(zhì)侵入體和358MaA型花崗巖的產(chǎn)出等證據(jù)，我們推斷古亞洲洋的最終閉合是發(fā)生在早石炭世早期。天山大火成巖省石炭紀玄武質(zhì)熔巖的（a）Nb/La?Nb（×10-6）圖解、（b）87Sr/86Sr(t)?εNd(t)圖解（圖解據(jù)Zindler

和Hart,1986）和（c、d）不相容微量元素原始地幔標準化（標準化值據(jù)Sun

和McDonough,

1989）分配型式

天山大火成巖省石炭紀玄武質(zhì)熔巖形成的構造環(huán)境判別圖解。(a)Zr/Y?Zr（×10-6）圖解(該圖解適用于非堆晶玄武巖，據(jù)Pearce和Norry,1979);(b)Th/Y?Ta/Yb圖解(圖解據(jù)Pearce,1982)；(c)Hf/3(×10-6)?Th(×10-6)?Ta(×10-6)圖解(圖解據(jù)wood,1980);(d）Hf/3(×10-6)?Th(×10-6)?Nb/16(×10-6)圖解（圖解據(jù)wood,1980)

中國大陸板內(nèi)火山巖分布圖發(fā)育于我國揚子克拉通西北緣的碧口前寒武紀陸塊上的碧口群火山巖系

據(jù)Xia等,2012碧口群火山巖系(846-776MaB.P.)

發(fā)育于我國揚子克拉通西北緣的碧口前寒武紀陸塊上。新太古代魚洞子群構成碧口群火山巖系的下伏基底，新元古代晚期地層呈平行不整合或角度不整合覆蓋于碧口群火山巖系之上。該火山巖系的組成主要為玄武質(zhì)火山巖，其次為酸性火山巖，中性火山巖量微。

據(jù)Xia等，2012揚子克拉通（中國）西北緣碧口地塊上新元古代中期（846–776MaB.P.）碧口群玄武質(zhì)熔巖的（a）Nb/La?Nb（×10-6）圖解、（b）87Sr/86Sr(t)?εNd(t)圖解（圖解據(jù)Zindler

和Hart,1986）和（c、d）不相容微量元素原始地幔標準化（標準化值據(jù)Sun和McDonough,1989）分配型式

揚子克拉通（中國）西北緣碧口地塊上新元古代中期（846–776MaB.P.）碧口群玄武質(zhì)熔巖形成的構造環(huán)境判別圖解。(a)Zr/Y?Zr（×10-6）圖解(該圖解適用于非堆晶玄武巖，據(jù)Pearce和Norry,1979);(b)Th/Y?Ta/Yb圖解(圖解據(jù)Pearce,1982)；(c)Hf/3(×10-6)?Th(×10-6)?Ta(×10-6)圖解(圖解據(jù)wood,1980);(d）Hf/3(×10-6)?Th(×10-6)?Nb/16(×10-6)圖解（圖解據(jù)wood,1980)中國大陸板內(nèi)火山巖分布圖青藏高原中、南部古新世–始新世早期(65?40MaB.P.)火山巖主要分布于拉薩地塊(包括有林子宗火山巖系及相關基性巖脈和達孜玄武質(zhì)火山巖系)，少量分布于羌塘地塊(包括有南羌塘地塊的拉嘎拉玄武巖(59MaB.P.)和北羌塘地塊的邦達錯堿性玄武巖(60–45MaB.P.))

據(jù)Xia等,2012青藏高原中、南部古新世–始新世早期（65?40MaB.P.）火山巖主要分布于拉薩地塊，其成分變化很寬，從玄武質(zhì)到流紋質(zhì)均有發(fā)育，除少數(shù)中–酸性火山巖樣品屬鈣堿系列外，大多數(shù)火巖均屬拉斑系列，只在北羌塘地塊的邦達錯地區(qū)發(fā)育有同時代的堿性玄武巖。據(jù)Mo等,2003;Nomade等,2004;Luo等,2006;Gao等,2006青藏高原中、南部古新世–始新世早期（65?40MaB.P.）玄武質(zhì)熔巖的（a）Nb/La?Nb（×10-6）圖解、（b）87Sr/86Sr(t)?εNd(t)圖解（圖解據(jù)Zindler

和Hart,1986）和（c、d）不相容微量元素原始地幔標準化（標準化值據(jù)Sun和McDonough,1989）分配型式

青藏高原中、南部古新世–始新世早期（65?40MaB.P.）玄武質(zhì)熔巖形成的構造環(huán)境判別圖解。(a)Zr/Y?Zr（×10-6）圖解(該圖解適用于非堆晶玄武巖，據(jù)Pearce和Norry,1979);(b)Th/Y?Ta/Yb圖解(圖解據(jù)Pearce,1982)；(c)Hf/3(×10-6)?Th(×10-6)?Ta(×10-6)圖解(圖解據(jù)wood,1980);(d）Hf/3(×10-6)?Th(×10-6)?Nb/16(×10-6)圖解（圖解據(jù)wood,1980)中國大陸板內(nèi)火山巖分布圖華北克拉通1.8–1.65GaB.P.火山巖和鎂鐵質(zhì)巖墻

據(jù)Xia等,2012古元古代晚期（1.8?1.6GaB.P.）巖漿巖（包括巖墻、巖床、侵入體和火山巖）廣泛分布于華北克拉通。巖墻的組成以鎂鐵質(zhì)巖墻為主，少量為中-酸性?；鹕綆r系的巖石組成，以中性熔巖為主，玄武質(zhì)熔巖、酸性熔巖、火山碎屑巖和同時代次火山巖墻-巖床-侵入體次之。據(jù)Xia等,2013華北克拉通1.8–1.65GaB.P.玄武質(zhì)熔巖和鎂鐵質(zhì)巖墻的（a）Nb/La?Nb（×10-6）圖解、（b）87Sr/86Sr(t)?εNd(t)圖解（圖解據(jù)Zindler

和Hart,1986）和（c、d）不相容微量元素原始地幔標準化（標準化值據(jù)Sun和McDonough,1989）分配型式

華北克拉通1.8–1.65GaB.P.玄武質(zhì)熔巖和鎂鐵質(zhì)巖墻形成的構造環(huán)境判別圖解。（a）Zr/Y?Zr（×10-6）圖解（該圖解適用于非堆晶玄武巖，據(jù)Pearce

和Norry,

1979）；（b、c、d）FeOT

(用FeO表示全鐵)含量介于51?56%的樣品?MgO

（%）?Al2O3（%）圖解（該圖解僅適用于SiO2，圖解據(jù)Pearce等，1977）；（e）Hf/3(×10-6)?Th(×10-6)?Nb/16(×10-6)圖解（圖解據(jù)wood,1980)；（f）Th/Yb?Ta/Yb圖解（圖解據(jù)Pearce,1982）全球0–350MaB.P.期間大火成巖省分布圖（據(jù)Courtillot等,1999;Wignall,2001;Bryan和Ernst,2008）美國西北部的Columbia河玄武巖群（CRBG；17–6.0MaB.P.）

Columbia河玄武巖群（CRBG；17–6.0MaB.P.）覆蓋了美國俄勒岡洲、華盛頓洲和西愛達苛洲（Hooper等，2007；Wolff等，2008；Reidel等，2013）的大部分地區(qū)，主要由拉斑玄武巖、玄武安山巖和極少量安山巖組成。Columbia河玄武巖群（CRBG，美國）玄武質(zhì)熔巖的（a）Nb/La?Nb（×10-6）圖解、（b）87Sr/86Sr(t)?εNd(t)圖解（圖解據(jù)Zindler

和Hart,1986）和（c、d）不相容微量元素原始地幔標準化（標準化值據(jù)Sun和McDonough,1989）分配型式

Columbia河玄武巖群（CRBG，美國）玄武質(zhì)熔巖形成的構造環(huán)境判別圖解。（a）Zr/Y?Zr（×10-6）圖解（該圖解適用于非堆晶玄武巖，據(jù)Pearce

和Norry,

1979）；（b、c