火山作用對(duì)板塊構(gòu)造環(huán)境的判別方法

李旭俊，劉仕承，嚴(yán)城民

(1.云南黃金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，云南 昆明 650200；2.云南省地礦局區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查大隊(duì)，云南 玉溪 653100)

火山作用的板塊構(gòu)造環(huán)境，一般通過常量元素、稀土元素、微量元素圖解判別。此方面的主要參考資料為：《巖石化學(xué)》(邱家驤等，1991)、《火成巖微量元素巖石學(xué)》(李昌年，1992)。在工作過程中，要注意收集期刊雜志發(fā)表的新方法、新圖解。

在使用地球化學(xué)圖解中要注意：①不同圖解適用的巖石類型不同，要注意判別圖解的適用巖石；②盡量選擇投影區(qū)不相重疊或重疊較少的圖解；③在同類巖石中，同時(shí)使用常量元素、稀土元素、微量元素進(jìn)行圖解判別，相互驗(yàn)證。

火山作用板塊構(gòu)造環(huán)境的判別圖解大致劃分為2種類型：①同一圖解對(duì)不同的板塊構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行判別，②對(duì)拉斑系列的巖石進(jìn)一步進(jìn)行環(huán)境判別。對(duì)堿性系列、鈣堿性系列的巖石，只需使用不同板塊構(gòu)造環(huán)境的判別圖解。對(duì)拉斑系列的巖石，需要進(jìn)一步進(jìn)行島弧拉斑玄武巖(OIB)、洋中脊玄武巖(MORB)、洋島玄武巖(IAT)、板內(nèi)玄武巖(WPB)的環(huán)境判別。

不同的判別圖解中，板塊構(gòu)造單元的名稱不完全統(tǒng)一，各個(gè)地質(zhì)工作者的理解也有明顯的分歧。此問題至今仍未有較好的方法進(jìn)行處理。為便于年輕地質(zhì)工作者的使用，本文對(duì)一些圖解中的板塊構(gòu)造單元術(shù)語(yǔ)進(jìn)行粗淺的分析。

火山巖的地球化學(xué)圖解中，大多使用廣義的玄武巖。也就是說：玄武巖的圖解可以在基性火山巖(玄武巖)、中基性火山巖(安山玄武巖)中使用，甚至還可以在中性巖(安山巖)中使用。

在使用巖石地球化學(xué)圖解中要注明4個(gè)內(nèi)容：①圖解的原創(chuàng)作者與年代；②圖解從什么資料中引出；③作圖瑞員的計(jì)算方法，簡(jiǎn)單者可以省略；④投影區(qū)說明。

1 火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境劃分

火山作用的板塊構(gòu)造環(huán)境劃分為板塊邊緣和板塊內(nèi)部，多數(shù)火山巖形成于板塊邊緣。板塊邊緣劃分為離散型板塊邊緣、聚斂型板塊邊緣、轉(zhuǎn)換斷層帶。這3種板塊邊緣又可進(jìn)一步劃分為不同的構(gòu)造單元。不同板塊構(gòu)造環(huán)境的巖石組合有一定差別(表1)。

火山巖系形成的板塊構(gòu)造環(huán)境為：①堿性系列主要形成于大陸克拉通、大陸裂谷、轉(zhuǎn)換斷層帶；②鈣堿性系列主要形成于俯沖帶、活動(dòng)大陸邊緣(島弧)、碰撞造山帶；③拉斑系列主要形成于大洋板內(nèi)、大洋島嶼、大洋中脊、大陸裂谷、陸間裂谷、俯沖帶、島弧、弧后盆地(邊緣海盆)、轉(zhuǎn)換斷層帶。

表1 不同板塊構(gòu)造環(huán)境的火山巖特征

2 常量元素圖解判別

2.1 確定玄武巖的各種板塊構(gòu)造環(huán)境

確定玄武巖的各種板塊構(gòu)造環(huán)境的主要3種圖解。

TiO2-10MnO-10P2O5圖解(圖1)將玄武巖劃分為：大洋島嶼拉斑玄武巖(OIT)、洋中脊玄武巖(MORB)、大洋島嶼堿性玄武巖(OIA)、島弧拉斑玄武巖(LAT)、鈣堿性玄武巖(CAB)。該圖解對(duì)洋中脊、洋島、島弧環(huán)境的玄武巖分辨率較高，將其他環(huán)境的玄武巖難于判別。鈣堿性玄武巖區(qū)的巖石，尚需用其他圖解進(jìn)一步判別。

FeO*-Al2O3-MgO圖解(圖2)將玄武巖劃分為：洋脊與洋底、洋島、造山帶、大陸板內(nèi)、擴(kuò)張中心島嶼。造山帶可能包含了洋島、島弧，大陸板內(nèi)是否包含大陸克拉通、大陸裂谷、陸間裂谷、被動(dòng)陸緣，擴(kuò)張中心島嶼似乎與大洋的3種環(huán)境(洋脊、洋底、洋島)相重疊。

圖1 判別火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的TiO2-10MnO-10P2O5圖解Fig 1.Diagram TiO2-10MnO-10P2O5 of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(E.D.Mullen，1983；轉(zhuǎn)引自邱家驤，1991)OIT-大洋島嶼拉斑玄武巖；MORB-洋中脊玄武巖；OIA-大洋島嶼堿性玄武巖；LAT-島弧拉斑玄武巖；CAB-鈣堿性玄武巖

圖2 判別火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的FeO*-Al2O3-MgO圖解Fig 2.Diagram FeO*-Al2O3-MgO of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(T.H.Pearce，1977；轉(zhuǎn)引自邱家驤，1991)FeO*=FeO+0.9 Fe2O31-洋脊與洋底；2-洋島；3-造山帶；4-大陸板內(nèi)；5-擴(kuò)張中心島嶼

F1-F2、F2-F3圖解(圖3)將玄武巖劃分為：板內(nèi)玄武巖(WPB)、低鉀拉斑玄武巖(島弧拉斑玄武巖)(LKT)、鈣堿性(高鋁)玄武巖(CAB)、鉀玄巖(SHO)、洋底(洋中脊)玄武巖(OFB)。板內(nèi)玄武巖應(yīng)該限指大陸板內(nèi)，否則與洋底(洋中脊)玄武巖(OFB)重疊。鈣堿性(高鋁)玄武巖主要分布于環(huán)太平洋地區(qū)的造山帶。鉀玄巖主要形成于島弧環(huán)境。

圖3 判別火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的F1-F2、F2-F3圖解

WPB-板內(nèi)玄武巖；LKT-低鉀拉斑玄武巖(島弧拉斑玄武巖)；CAB-鈣堿性(高鋁)玄武巖；SHO-鉀玄巖；OFB-洋底(洋中脊)玄武巖

F1=0.0088(SiO2)-0.0774(TiO2)+0.0102(Al2O3)+0.0066(FeO*)-0.0017(MgO)-0.0143(CaO)-0.0155(Na2O)-0.0007(K2O)

F2=0.0130(SiO2)-0.0185(TiO2)-0.0129(Al2O3)-0.0134(FeO*)-0.0300(MgO)-0.0204(CaO)-0.0481(Na2O)+0.0715(K2O)

F3=0.0221(SiO2)-0.0532(TiO2)-0.0361(Al2O3)-0.0016(FeO*)-0.0310(MgO)-0.0237(CaO)-0.0614(Na2O)-0.0289(K2O)

2.2 不同板塊構(gòu)造環(huán)境的拉斑玄武巖

判別拉斑玄武巖的板塊構(gòu)造環(huán)境常用TiO2-10MgO-10P2O5圖解(圖4)、TiO2-FeO*/MgO圖解(圖5)。這2種圖解只能在拉斑玄武巖系列中使用，或者是進(jìn)一步分辨島弧拉斑玄武巖(OIB)、洋中脊玄武巖(MORB)、洋島玄武巖(IAT)。

圖4 判別拉斑玄武巖板塊構(gòu)造環(huán)境的FeO﹡/MgO-TiO2圖解Fig 4.Diagram FeO*/MgO-TiO2 of Tholeiite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)W.Glassley，1974；轉(zhuǎn)引自邱家驤，1991)Ⅰ-洋島玄武巖(IAT)；Ⅱ-洋中脊玄武巖(MORB)；Ⅲ-島嶼拉斑玄武巖(OIB)

圖5 判別拉斑玄武巖板塊構(gòu)造環(huán)境的TiO2-FeO﹡/MgO圖解Fig 5.Diagram TiO2-FeO*/MgO of Tholeiite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Migashiro，1974、1975；轉(zhuǎn)引自邱家驤，1991)OIB-島弧拉斑玄武巖；MORB-洋中脊玄武巖；IAT-洋島玄武巖

3 稀土元素與微量元素圖解判別

3.1 確定玄武巖的各種板塊構(gòu)造環(huán)境

判別玄武巖板塊構(gòu)造環(huán)境的常用4種圖解。

Hf/3-TA-Th圖解(圖6)將玄武巖劃分為：洋中脊玄武巖(M型)、洋中脊玄武巖(P型)、板內(nèi)堿性玄武巖及分異產(chǎn)物、島弧拉斑玄武巖及分異產(chǎn)物。板內(nèi)堿性玄武巖不包括大洋板塊。

V-Ti圖解(圖7)將玄武巖劃分為：鈣堿性玄武巖(CAB)、島弧拉斑玄武巖(LIT)、洋中脊玄武巖(MORB)、大陸溢流玄武巖(CFB)、洋島玄武巖(OIB)。鈣堿性玄武巖需使用其他圖解進(jìn)一步判別。

2Nb-Zr/4-Y圖解(圖8)將玄武巖劃分為：板內(nèi)堿性玄武巖、板內(nèi)堿性玄武巖和板內(nèi)拉斑玄武巖、富集型洋中脊玄武巖、板內(nèi)拉斑玄武巖和島弧拉斑玄武巖、正常洋中脊玄武巖和火山弧玄武巖。此圖解實(shí)際上只判別出板內(nèi)玄武巖、洋中脊玄武巖、火山弧玄武巖，要此基礎(chǔ)上需進(jìn)一步判別。

Ti/100-Zr-3Y圖解(圖9)將玄武巖劃分為：A、B-島弧拉斑玄武巖；B、C-島弧鈣堿性玄武巖；B-洋底玄武巖；D-板內(nèi)玄武巖。

圖6 判別火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的Hf/3-Ta-Th圖解Fig 6.Diagram Hf/3-Ta-Th of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Wood，1979；轉(zhuǎn)引自李昌年，1992)A-洋中脊玄武巖(M型)；B-洋中脊玄武巖(P型)；C-板內(nèi)堿性玄武巖及分異產(chǎn)物；D-島弧拉斑玄武巖及分異產(chǎn)物

圖7 判別長(zhǎng)英質(zhì)火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的V-Ti圖解Fig 7.Diagram V-Ti of Felsic Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Shervais，1986；轉(zhuǎn)引自李昌年，1992)CAB-鈣堿性玄武巖；IAT-島弧拉斑玄武巖；MORB-洋中脊玄武巖；CFB-大陸溢流玄武巖；OIB-洋島玄武巖

圖8 判別火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的2Nb-Zr/4-Y圖解Fig 8.Diagram 2Nb-Zr/4-Y of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Mecschede，1986；轉(zhuǎn)引自李昌年，1992)A1-板內(nèi)堿性玄武巖；A2-板內(nèi)堿性玄武巖和板內(nèi)拉斑玄武巖；B-富集型洋中脊玄武巖；C-板內(nèi)拉斑玄武巖和島弧拉斑玄武巖；D-正常洋中脊玄武巖和火山弧玄武巖

圖9 判別火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的Ti/100-Zr-3Y圖解Fig 9.Diagram Ti/100-Zr-3Y of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Pearec，1973；轉(zhuǎn)引自李昌年，1992)A、B-島弧拉斑玄武巖；B、C-島弧鈣堿性玄武巖；B-洋底玄武巖；D-板內(nèi)玄武巖

2.2 不同板塊構(gòu)造環(huán)境的拉斑玄武巖

拉斑玄武巖系列可出現(xiàn)在不同的板塊構(gòu)造單元，以洋中脊、板內(nèi)、島弧環(huán)境較為常見，需使用相關(guān)圖解進(jìn)一步判別。

Ti-Zr圖解(圖10)、Zr/Y-Zr圖解(圖11)一般僅在拉斑玄武巖系列中使用，進(jìn)一步分辨島弧拉斑玄武巖(IAB)、洋中脊玄武巖(MORB)、洋島玄武巖(IAT)、板內(nèi)玄武巖(WPB)。

圖10 判別拉斑玄武巖系列板塊構(gòu)造環(huán)境的Ti-Zr圖解 Fig 10.Diagram Ti-Zr of Tholeiite Series Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Pearce，1973；轉(zhuǎn)引自李昌年，1992)

圖11 判別拉斑玄武巖系列板塊構(gòu)造環(huán)境的2Nb-Zr/4-Y圖解Fig 11.Diagram 2Nb-Zr/4-Y of Tholeiite Series Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Pearce，1982；轉(zhuǎn)引自李昌年，1992)

2.3 不同板塊構(gòu)造環(huán)境的長(zhǎng)英質(zhì)火山巖

長(zhǎng)英質(zhì)火山巖多見于島弧和伸展盆地，判別圖解較少。一般使用La-Yb圖解(圖12)Hf-Zr圖解(圖13)。

圖12 判別長(zhǎng)英質(zhì)火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的La/Yb-Yb圖解Fig 12.Diagram La/Yb-Yb of Felsic Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Condis，1986；轉(zhuǎn)引自李昌年，1992)Ⅰ-弧火山巖；Ⅱ-伸展盆地(包括大陸殼內(nèi)或在大陸附近的大陸裂谷和弧后盆地)火山巖

圖13 判別長(zhǎng)英質(zhì)火山巖板塊構(gòu)造環(huán)境的Hf-Zr圖解Fig 13.Diagram Hf-Zr of Felsic Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(據(jù)Condis，1986；轉(zhuǎn)引自李昌年，1992)Ⅰ-弧火山巖；Ⅱ-伸展盆地(包括大陸殼內(nèi)或在大陸附近的大陸裂谷和弧后盆地)火山巖

3 小結(jié)

火山巖出露于板塊構(gòu)造的不同單元，主要依靠巖石的常量元素、稀土元素、微量元素進(jìn)行圖解判別。對(duì)堿性系列、鈣堿性系列的巖石，只需使用各種構(gòu)造環(huán)境的判別圖解。對(duì)拉斑系列的巖石，需要進(jìn)行島弧拉斑玄武巖(OIB)、洋中脊玄武巖(MORB)、洋島玄武巖(IAT)、板內(nèi)玄武巖(WPB)的環(huán)境判別。中酸性火山巖多見于島弧和伸展盆地，判別圖解較少。