基于GEOROC和PetDB全球巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的洋內(nèi)島弧和陸緣弧構(gòu)造背景判別研究

熊佳杰，李嘉誠(chéng)，徐柳林，陳昶鋼

基于GEOROC和PetDB全球巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的洋內(nèi)島弧和陸緣弧構(gòu)造背景判別研究

熊佳杰，李嘉誠(chéng)，徐柳林，陳昶鋼

（成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059）

前人基于巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)構(gòu)建了多種構(gòu)造背景判別圖解用于區(qū)分洋內(nèi)島弧和陸緣弧，并得到了廣泛應(yīng)用。但最近研究表明基于巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)建立的構(gòu)造背景判別圖解可信度不高。基于此，本文收集了GEOROC和PetDB數(shù)據(jù)庫(kù)中的全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證已有的判別圖解的有效性和可靠性。研究結(jié)果表明可信度較高的判別圖解主要與Th、Ta有關(guān)，其余圖解不具普遍性。

洋內(nèi)島弧；陸緣?。粩?shù)據(jù)挖掘；構(gòu)造背景判別

洋內(nèi)島弧和陸緣弧構(gòu)造背景的研究已發(fā)表了很多的判別圖解（吳福元等，2019），然而經(jīng)過(guò)了多年的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這些構(gòu)造背景判別圖解的可信度不高，且存在多解性。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的發(fā)展，從數(shù)據(jù)出發(fā)的大數(shù)據(jù)研究更為精確，在判別圖研究中能發(fā)現(xiàn)更多效果更好的圖解。應(yīng)用全球巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)（GEOROC、PetDB等）對(duì)某些構(gòu)造背景的巖石進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果，有一些很有意義的發(fā)現(xiàn)。在上世紀(jì)70～80年代，以Pearce等為代表的一批學(xué)者致力于玄武巖構(gòu)造背景研究，創(chuàng)立了判別圖的方法，開辟了玄武巖地球動(dòng)力學(xué)研究的新途徑。之后有學(xué)者仍然努力探索，嘗試用新的方法去構(gòu)建的判別圖，取得了一些進(jìn)展，但得不到學(xué)術(shù)界的廣泛響應(yīng)，判別圖理論和方法走入了瓶頸。最近，有學(xué)者采用大數(shù)據(jù)方法，利用全球數(shù)據(jù)建立新的判別圖，發(fā)現(xiàn)其效果明顯優(yōu)于早先的判別圖（楊婧等，2016a，2016b；張旗等，2018；安屹等，2017），早先的判別圖是根據(jù)理論推導(dǎo)出來(lái)的，是典型地區(qū)研究的結(jié)果，得出的是因果關(guān)系。而新的判別圖解是根據(jù)全球數(shù)據(jù)庫(kù)的資料得出的相關(guān)關(guān)系，有效性更高。但這些圖解集中解決弧環(huán)境、板內(nèi)環(huán)境等大的構(gòu)造背景，對(duì)于如何建立有效區(qū)分洋內(nèi)島弧和陸緣弧環(huán)境的判別圖解仍是亟待解決的科學(xué)問(wèn)題。

圖1 Th/Yb-Ta/Yb圖（底圖據(jù)Pearce, 1983）

1 數(shù)據(jù)篩選

數(shù)據(jù)篩選是數(shù)據(jù)挖掘的前提，篩選的目的是剔除各種影響因素，使判別結(jié)果更為可信。前人對(duì)數(shù)據(jù)篩選的方法和注意事項(xiàng)已做了詳細(xì)的介紹（王金榮，2017），本文不再贅述。在篩選的基礎(chǔ)上，利用GEOROC數(shù)據(jù)庫(kù)（http://georoc.mpch-mainz.gwdg.de/georoc）和PetDB數(shù)據(jù)庫(kù)（http://www.earth-chem.org/petdb/search）對(duì)洋內(nèi)島弧和陸緣弧的巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和作圖。

本次研究中所用的數(shù)據(jù)主要是數(shù)據(jù)庫(kù)中Convergent Margins的數(shù)據(jù)，第一次篩選區(qū)分出洋內(nèi)島弧和陸緣弧的數(shù)據(jù)，第二次篩選以玄武巖和中酸性巖兩種類別來(lái)分別篩分，總共個(gè)26440樣品，經(jīng)過(guò)篩選篩分出玄武巖數(shù)據(jù)4636個(gè)，中酸性巖數(shù)據(jù)5412個(gè)。樣品主要分布在西太平洋。

2 判別圖的研究

（1）Th/Yb-Ta/Yb圖。Pearce（1983）根據(jù)島弧和非島弧Th/Ta值的差異設(shè)計(jì)了Th/Yb-Ta/Yb圖解（圖1）。通過(guò)投圖表明（1407個(gè)樣品），樣品大多在島弧區(qū)域，且洋內(nèi)島弧樣品Ta/Yb大多小于0.1，陸緣弧樣品大多Ta/Yb大于0.1，因此用該圖區(qū)分出洋內(nèi)島弧和陸緣弧是較為有效的。

圖2 V-Ti圖（底圖據(jù)Shervais，1982）

圖3 Zr-Ti圖（底圖據(jù)Pearce，1976）

（2）V-Ti圖。Shervais（1982）利用Ti/V值設(shè)計(jì)了V-Ti圖解（圖2），該圖解用來(lái)區(qū)分IAT、MORB和OIB十分有效，且倍受研究者的青睞。本次使用的樣品數(shù)據(jù)中Ti元素缺失的數(shù)據(jù)較多，造成可用來(lái)投圖的樣品數(shù)較少，通過(guò)投圖（85個(gè)樣品）表明，樣品大多進(jìn)入IAT和MORB區(qū)域，未能有效的區(qū)分出洋內(nèi)島弧和陸緣弧。

（3）Zr-Ti圖。Pearce（1976）設(shè)計(jì)了Zr-Ti圖解（圖3）。本次使用的樣品數(shù)據(jù)中Ti元素缺失的數(shù)據(jù)較多，造成可用來(lái)投圖的樣品數(shù)較少（僅85個(gè)樣品），結(jié)果不具普遍性。

（4）Hf-Th-Nb（Ta）圖。Wood（1980）利用島弧玄武巖Th/Ta的性質(zhì)設(shè)計(jì)了Hf-Th-Nb（Ta）圖解（圖4），用來(lái)區(qū)分島弧和非島弧的玄武巖。通過(guò)投圖（1536個(gè)樣品），樣品幾乎覆蓋了島?。↖AT+CAB區(qū)域）的全部范圍，且洋內(nèi)島弧樣品大多投入IAT區(qū)域，而陸緣弧樣品大多投入CAB區(qū)域，可看出洋內(nèi)島弧具有較高的Hf值，陸緣弧具較高的Th值，可大致區(qū)分出洋內(nèi)島弧和陸緣弧，但其之間的界線模糊不清，因此該圖解的有效性也不太高。

圖4 Hf-Th-Nb（Ta）圖（底圖據(jù)Wood，1980）

（5）La/Yb-Sc/Ni圖。Bailey（1981）設(shè)計(jì)了La/Yb-Sc/Ni圖（圖5）。通過(guò)投圖表明（1122個(gè)樣品），樣品幾乎覆蓋了各種構(gòu)造環(huán)境區(qū)域，洋內(nèi)島弧與陸緣弧相互混雜，不能區(qū)分出其界線，因此該圖解有效性不高。

（6）La/Yb-Th圖。Condie（1986）設(shè)計(jì)了La/Yb-Th圖（圖6）。通過(guò)投圖（1936個(gè)樣品）表明，樣品大多進(jìn)入演化的大洋弧和大陸邊緣弧區(qū)域，但并不能明顯區(qū)分出洋內(nèi)島弧與陸緣弧，因此該圖解的有效性也不高。

（7）Th/Ta-Yb圖。Goton and Schandl（2000）在Pearce的Th/Yb-Ta/Yb圖上進(jìn)行修改變換設(shè)計(jì)出來(lái)了Th/Ta-Yb圖解（圖7）。通過(guò)投圖（1627個(gè)樣品）表明，樣品幾乎覆蓋了各種構(gòu)造環(huán)境，洋內(nèi)島弧與陸緣弧的投點(diǎn)區(qū)域相同，不能相互區(qū)別開來(lái)，因此該圖解有效性仍不高。

圖6 La/Yb-Th圖（底圖據(jù)Condie，1986）

3 討論

（1）玄武巖判別圖解。在玄武巖的判別圖解中，Th/Yb-Ta/Yb圖和Hf-Th-Nb（Ta）圖的有效性較高，可以大致區(qū)分出洋內(nèi)島弧和陸緣弧，這些圖之所以比較好，可能是與Th、Ta之間的含量含量關(guān)系有關(guān)，推測(cè)陸緣弧具有較高的Th和Ta值。而其余判別圖解（V-Ti圖、Zr-Ti圖）有效性較低。

圖7 Th/Ta-Yb圖（底圖據(jù)Goton and Schandl，2000）

（2）中酸性巖判別圖解。三個(gè)中酸性巖的判別圖解（La/Yb-Sc/Ni圖、La/Yb-Th圖、Th/Ta-Yb圖）均未能有效的區(qū)分出洋內(nèi)島弧與陸緣弧的界線。

4 結(jié)論

（1）洋內(nèi)島弧和陸緣弧構(gòu)造判別圖解很多，但可信度高的判別圖解并不多，說(shuō)明這些圖解可能都是某區(qū)域局部的一些數(shù)據(jù)得出的結(jié)果，在區(qū)分洋內(nèi)島弧和陸緣弧時(shí)不能夠使用，不具普遍性。

（2）可信度較高的判別圖解主要與Th、Ta元素有關(guān)，如Th/Yb-Ta/Yb圖和Hf-Th-Nb（Ta）圖，其余判別圖建議謹(jǐn)慎使用。

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安屹，楊婧，陳萬(wàn)峰，王金榮，張旗，潘振杰，焦守濤．2017．N-MORB、E-MORB和OIB的區(qū)別及其可能的原因：大數(shù)據(jù)的啟示[J]. 地質(zhì)科學(xué)，52（3）：727-742．

王金榮，陳萬(wàn)峰，張旗，焦守濤，楊婧，潘振杰，王淑華．2017．N-MORB和E-MORB數(shù)據(jù)挖掘——玄武巖判別圖及洋中脊源區(qū)地幔性質(zhì)的討論[J]. 巖石學(xué)報(bào)，33（3）：993-1005．

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Discrimination of Tectonic Setting between Intra-Oceanic Island Arc and Continental Margin Arc Based on GEOROC and PetDB Global Petrochemical Database

XIONG Jia-jie LI Jia-cheng XU Liu-lin CHEN Chang-gang

(College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059)

Many discriminant diagrams of tectonic setting have been constructed by predecessors based on petrogeochemical data in order to distinguish between intra-oceanic island arc and continental margin arc. But the study indicates that the reliability of these discriminant diagrams is not high. Thus, this study verifies the validity and reliability of these discriminant diagrams by the available petrogeochemical data from GEOROC and PetDB databases. The results indicate that the most reliable discriminant diagrams are mainly related to Th and Ta and the rest of the diagrams are not universal.

intra-oceanic island arc; continental margin arc; tectonic setting discrimination

P595

A

1006-0995（2022）02-0321-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.02.027

2021-06-30

熊佳杰（2000— ），男，四川富順人，在讀本科生，資源勘查工程（固體礦產(chǎn)）