花岗岩成因分类及其Pearce判别 Barbarin方案(3)

2018-11-28 19:50

尽管我们已经从大洋盆地直接取得了一些花岗岩样品,但是我们所知道的关于这些花岗岩的知识仅仅是来自于蛇绿岩套,他们仅仅局部小范围存在于深层火山岩的最上部。Coleman &Peterman (1975) and Coleman & Donato (1979)建议将这种岩石叫做大洋斜长花岗岩,但是由于这里的岩石还有除了洋脊以外大洋内部的岩石,所以在这里我们称之为洋脊花岗岩。所以这组岩石包括洋壳花岗岩和蛇绿岩套中的花岗岩,但是不包括切穿这些层序的侵入体花岗岩以及与岛弧和洋岛有关的花岗岩。

我们还要对洋脊花岗岩形成的不同类型的洋脊进行精确分类,这也是很有用处的。在表一中我们已经完成了这项工作,将他们的地球化学背景与相关玄武岩进行结合比较。最初是将其分为与俯冲带无关的洋脊和与俯冲带有关的洋脊。对于前者,如果其最初火山产物是N-MORB,就叫做正常洋脊,如果其最初火山产物是E-或者T-MORB,就叫做异常洋脊,他们的微量元素特征是完全不同的(Sun &Nesbitt, 1977; Wood, 1979)。地球化学证据表明,只有科西嘉,亚平宁和一些伊朗的大洋斜长花岗岩形成于与俯冲无关的洋脊,地球化学证据将这些洋脊称为正常洋脊(见表一)。我们所取的异常洋脊样品仅取自大西洋中脊,属于E-MORB。而地幔柱附近的异常洋脊的斜长花岗岩,目前还没有可用的数据,像宝威特和冰岛的。

俯冲带洋脊的最初火山产物也是N-MORB的话也称之为正常洋脊,如果产物是岛弧拉斑玄武岩或者玻古安山岩的话则称之为上俯冲带(SSZ)。本次研究中的大洋斜长花岗岩取自撒米恩托等地的蛇绿岩套,他们的地球化学特征象征着弧后形成环境(弧后是弧里面),其玄武岩地化特征位于正常洋脊的边缘。相反,取自特鲁多斯山,安塔利亚等地的大洋斜长花岗岩则是取自SSZ性质的蛇绿岩套(e.g. Pearce et al., in press)。他们的一些地化证明(Gealey, 1980)这些斜长花岗岩具有弧前(弧前是弧顶那侧)性质,与汤加海沟的斜长花岗岩具有相似特征(Sharaskin etal., in press)。

所有构造子群的大洋斜长花岗岩都具有角闪石作为特征镁铁质矿物,在Streckeisen图解上投在石英闪长岩和英云闪长岩上。还有一些Engel & Fisher (1975)在印度洋取的石英二长岩,是属于比较狭窄的范围之内,在这里并没有录入数据库中。利用Peacock参数可以发现各子群的区别:与俯冲带无关的正常和异常洋脊基本都属于钙碱性,正常弧后洋脊为钙碱性,SSZ洋脊是富钙的。这是一个重要的区别,尽管有一些相似之处。

火山弧花岗岩

火山弧花岗岩在背景上有很大变化,有海洋环境还有大陆环境,在成分上有拉斑玄武岩(tholeiitic)系列,钙碱性以及钾玄质系列(Peccerillo & Taylor, 1976).。还有一些与拉斑玄武岩海洋弧有关。子群中可用的数据仅取自Canyon杂岩体,这个杂岩体整体具有拉斑玄武岩岛弧性质。也有一些取自切穿蛇绿岩(ophiolite)的小型侵入体(<10 km across)、岩床以及岩浆房最上部结晶形成的花岗岩。这些例子在地质方面都与最初岛弧有一定相同点,并且与之相关的玄武岩地化特征也提供了一些依据,但还不足以确定。我们可用的数据来自活动-近期活动的海洋岛弧,包括太平洋西南部,加勒比海以及阿拉斯加增生契。这些样品大部分是钙碱性,也有一部分拉斑玄武岩系列。

一部分样品取自侵入活动大陆边缘的花岗岩。所有这些样品取自美国西海岸,主要是西部山脉和安第斯山脉,这里主要有沿海岸线分布的侏罗纪-白垩纪复合岩基和内陆分布的白垩纪和第三纪小型侵入体。所有这些侵入体都是钙碱性,高K钙碱性或者钾玄质shoshonitic(Peccerillo & Taylor)。

在选择火山弧花岗岩样品时一定要注意选择洋壳俯冲的样品。安第斯山脉东部的花岗岩就是岛弧-大陆碰撞事件形成的,是属于碰撞花岗岩而不是火山弧的。一些第三纪喜马拉雅的花岗岩也没有录入数据库,因为他们在俯冲带和碰撞二者之间很难区分。

火山弧花岗岩在主量元素和矿物学特征方面有着很大程度、很系统的变化。大洋拉斑玄

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武岩岛弧的花岗岩在Streckeisen图表上主要投在石英闪长岩和英云闪长岩上,角闪石是其特征镁铁质矿物,根据Peacock的分类是属于富钙系列。钙碱性岛弧(大洋和大陆)的花岗岩在Streckeisen图标上主要为石英闪长岩、石英二长岩、英云闪长岩和花岗闪长岩上,角闪石和黑云母是其特征镁铁质矿物,属于钙碱性系列。活动大陆边缘的高K钙碱性和钾玄质岩在Streckeisen图表上投在石英二长岩、华刚闪长岩和花岗岩上,黑云母+-角闪石是其特征镁铁质矿物,属于钙碱性和碱钙系列。子群a-c中的花岗岩从偏铝质到过铝质变化,从M型ab到I型bc变化。

板内花岗岩

根据花岗岩侵入的地壳性质,我们可以对板内花岗岩进一步分类。一共分为三个子群:A子群花岗岩侵入到正常厚度的陆壳B子群花岗岩侵入到较薄的陆壳中,C子群花岗岩侵入到洋壳中。A/B的是按照相关岩脉群而划分,B/C是按照大陆架边缘划分。

数据库中大部分花岗岩在Streckeisen图解上都投在石英正长岩,花岗岩和碱性花岗岩区域,根据Peacock碱灰指数属于碱性系列,并且属于A型花岗岩。而在另一方面,他们却有很大差别:鉄镁质矿物从富钠角闪石+富钠辉石到黑云母+富钠角闪石,在成分上从过铝质到过碱质。大部分B子群里的花岗岩都属于钙碱性系列,包含富钙角闪石和辉石,有时候也有橄榄,根据Shand's指数属于变铝质系列。

碰撞花岗岩

花岗岩是大部分岩浆活动的产物,根据碰撞类型(陆陆、陆-岛弧,弧-弧)以及与主碰撞关系(同碰撞,碰撞后)进一步分类。数据库中大部分花岗岩都取自陆陆碰撞区,同碰撞和碰撞后期几乎各占一半(see Harris et al., in press, for a more detailed description of sample locations),并且大部分取自岩浆活动与板块构造比较容易理解的地区,例如Hercynian, Himalayan and Alpine belts。在弧-大陆碰撞的花岗岩主要有三种类型:1、阿曼的晚白垩纪和与阿曼蛇绿岩侵位有关的马斯拉岛;2、希腊北部的侏罗纪花岗岩,其与Guevgueli蛇绿岩侵位有关(Bebien, 1982);3、玻利维亚中新世花岗岩,它是在南美大陆与安第斯山西麓碰撞时侵入的(Bourgois & Janjou, 1981)。其中,阿曼和马斯拉岛花岗岩属于后碰撞时期产物,希腊和玻利维亚花岗岩是同碰撞产物。

同碰撞花岗岩在Streckeisen图解上投在花岗岩区域含有白云母,过铝质,在很多方面都表心啊出S型花岗岩特征。后碰撞花岗岩通常具有黑云母,角闪石作为铁镁质矿物,在Streckeisen图解上所投位置与火山弧C子群相同,属于钙碱性系列,偏铝质到轻微的过铝质,大部分特征与I型花岗岩类似。但是值得注意的是,尽管二者在数据库中并没有得到很好的体现,S型花岗岩和A型花岗岩在这种构造背景下都能够发生侵入。

不同类型花岗岩的微量元素特征

表2列出了这四种花岗岩的化学分析数据和确切的产出构造背景。为了阐述这些分析数据中的主要特征,我们已经将他们在表一种标绘出来。由于利用玄武岩的数据标准来对花岗岩进行分析的话是很难的,所以我们找到另一种标准。这种标准就是假设的洋脊花岗岩(ORG),这种假设的花岗岩石通过N-MORB分离结晶而计算出来的。这种标准中的元素仅仅局限于在MORB分异中与酸性成分不兼容的元素,所以玄武岩标准中的主要元素如Ti、P、Eu和Sr等元素并不包括在内。为简单起见,我们用Ce,Sm和Yb元素来表示稀土元素;在表一中我们已经对数据进行了求利陨石标准化,这里没有重复添加。元素的排序是根据MORB geneses过程中相对不兼容的顺序排列的(从Yb到Rb),并且K2O在这里添加到了LHS中。

这组标准化的成分有以下特点:1、最终来源于没有受到富集事件的上地幔;2、分异成

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花岗岩的玄武岩就有简单的斜长石-橄榄石-单斜辉石-磁铁矿组合;3、没有受到地壳重熔,同化以及挥发分占主导的过程。由于花岗岩最初起源都假设为了很简单,所以他们会随着环境不同而发生系统性的变化。

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洋脊花岗岩的典型模式在表1中已经有所体现。由于我们所选择的标准是正常洋脊,所以无论是否是俯冲带侵入的花岗岩,其曲线都是平缓的。但是在K2O和Rb的含量上有很大差异,这原因可能是挥发相或者蚀变造成的。还有可能就是MORB(由于蚀变和低丰度的原因,其真实含量很难获得)的这些元素的值被高估了。而异常洋脊的花岗岩的模式则与其有着偏离,主要表现在Th,Ta,Nb和Ce的含量较高。其解释是源区玄武岩在这些元素上选择性的富集(e.g. Wood, 1979)。采自Troodos Massif 的俯冲带上不边缘的花岗岩,其模式曲线相对标准曲线来讲其高离子势的元素含量较低;并且相对其他元素,它的Th和Ba含量高,K2O和Rb含量低。它的Th/Ta比例很高,这更趋近于岛弧拉斑玄武岩系列而不是洋脊花岗岩,这种特征与岛弧拉斑玄武岩的玄武岩特征很下相似(Pearce et al., in press)。(花岗岩研究时要重视与之关联的玄武岩的性质,二者相互补充)

火山弧花岗岩的模式曲线见图1b。与火山弧玄武岩相似,花岗岩也富集K,Rb,Ba,Th,Ce和Sm,较少的是Ta,Nb,Hf,Zr,Y和Yb。在给出的四种模式曲线中,差异最大的就是取自Oman的后期侵入的花岗岩,它可以代表最原始的岛弧拉斑玄武岩系列的大洋斜长片麻岩。它的元素含量普遍较低,并且是所有模式中唯一从Ta到Yb具有完美的弧形。然而,它在Ba和Th相对的富集情况也是很明显的。其他的曲线形态相似,仅在含量上有所差别。

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