安山岩的成因及其形成的构造背景

如题所述

不同种类中性岩的成因模式及产出造背景存在一定的差异。这里仅简要介绍安山岩的成因及其构造环境。

大量资料表明,安山岩成分变化较大,通常不能用单一的成因过程来解释其形成机制。例如,低MgO和高MgO安山岩就可能分别代表了派生岩浆和地幔原生岩浆的产物。

许多学者用玄武质岩浆结晶分异作用来解释安山岩的形成过程。这一模式早在20世纪20年代末就由鲍文提出。玄武质岩浆通过橄榄石、辉石、角闪石、磁铁矿及斜长石等矿物的分异结晶,熔体成分就会向安山质岩浆演化。这一模式得到了野外、矿物学及地球化学等证据的有力支持。例如,野外常见安山岩与玄武岩共生,二者具有相似的微量元素及同位素比值等。

然而,单一的分异结晶过程很难解释安山岩的某些成分变化特点,故而提出了玄武质岩浆的结晶分异及同化作用相结合的模式(AFC模式):即在玄武质岩浆结晶分异的过程中,存在岩浆对围岩的同化作用。这种情况,安山岩与玄武岩的微量元素及同位素比值也存在一定的差异。此外,在野外有时还可以观察到围岩的捕虏体,也表明了同化作用的存在。

上述两种模式产生的安山岩均是由派生岩浆形成的。一些学者认为,地幔岩石熔融也可以直接形成安山岩浆。这就要求对应的安山岩具有原生岩浆的地球化学特征,如高的MgO 、Cr及Ni含量,高镁安山岩就具有这样的地球化学属性。同位素的研究也表明,一些高镁安山岩的同位素组成,如Sr、Nd同位素等,与地幔同位素组成一致。此外,实验岩石学也表明,地幔岩石在含水条件下可以形成高镁的安山质熔体。

据研究,玄武质岩浆与流纹质岩浆通过岩浆混合作用也可以形成安山岩,这一模式得到了多种证据的支持(详见第九章)。例如,在野外,经常可以见到许多暗色微粒包体,在显微镜下可以看到矿物不平衡结构,如斜长石发育成分环带并可见熔蚀核。在地球化学上,包括全岩主量、微量及Sr-Nd等同位素,均存在两端元之间的直线变异图解。近年来锆石的Hf-O同位素研究,也为岩浆混合作用提供了有力的证据。

与玄武岩一样,安山岩也可出现在不同的构造环境中,除前述的俯冲带环境外,也有部分安山岩分布在大陆内部(如大陆裂谷)(Robyn,1979)及洋中脊(Byerly,1976;Byerset al.,1983)等环境,但总的来说,俯冲带仍是形成安山岩最重要的场所。

有关俯冲带安山岩的产生,讨论甚多,这里简要介绍多数人接受的模式。大洋壳主要是由拉斑玄武岩和等化学的侵入岩(辉长岩和辉绿岩)组成的,这些岩石和上覆的沉积物在进入到俯冲带之前是直接与海水接触的,因而大都遭受过海水的蚀变作用,形成含水的岩石(其中水可以呈非结构水存在于裂隙或孔隙中,也以结构水的形式存在于绿泥石、角闪石和蛇纹石等蚀变矿物中)。洋壳在消减过程中,冷的大洋板块将随消减深度的增加而增温并发生变质和脱水作用。当俯冲深度不大时,俯冲洋壳上部的沉积岩和火山岩将发生脱碳酸和脱水反应,产生CO2、H2O和CH4等流体,并上升进入上覆楔形地幔。在80~120km的深度,消减板块下部的蛇纹石和角闪石脱水,产生的流体上升进入上部的榴辉岩区或地幔楔形区。受流体影响的榴辉岩和地幔橄榄岩将发生两种变化,其一是流体携带的元素使其物质成分发生变化,如地幔楔中的橄榄岩可因流体交代转变成辉石岩,其二是流体的加入导致熔融温度降低,岩石密度降低,并进一步诱发部分熔融。无论是变质的洋壳物质和还是受流体交代的地幔楔物质,在部分熔融过程中都可产生安山质岩浆。

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