离散板块边界岩浆岩组合

如题所述

离散板块边界的构造环境是以拉张应力为主的构造环境,包括洋中脊和大陆裂谷。洋中脊是地球上最重要的离散型板块边界,也是地幔部分熔融发生规模最大和新洋壳产生的场所。洋中脊是“板块漂移”和“洋底扩展”的初始点,也是奠定板块构造学说的重要组成部分。洋中脊产出的岩石以基性岩为主(玄武岩、辉长岩等),并伴有其他岩石组合,构成蛇绿岩组合。

1.洋中脊玄武岩

洋中脊新产生的来自于软流圈地幔经过减压熔融所形成的岩浆,进一步演化和喷出在海水底部、大洋地壳顶部形成的发育最丰富的洋中脊玄武岩(Mid-Ocean Ridge Basalt,MORB),属于低钾拉斑玄武岩,也称大洋拉斑玄武岩、洋脊拉斑玄武岩或深海拉斑玄武岩。MORB化学成分特征是SiO2偏低,低K2O(<0.2%),低TiO2(<2.0%),而有较高的A12O3、CaO、Cr2O3;(87Sr/86Sr)i的比值较低,一般为0.7029~0.7035。其岩石特征是含有橄榄石、辉石和斜长石,属于橄榄拉斑玄武岩。橄榄石和斜长石是常见的斑晶矿物,富钙单斜辉石斑晶少见;其中橄榄石有两个世代,在斑晶和基质中均可出现;辉石主要是普通辉石,斜长石主要出现在基质中。岩石通常为微粒结构,因为岩浆喷发到大洋底部,喷发到海水中,从900~1000℃骤然降低到海水的温度,因此,形成的岩石发育外壳为玻璃质的冷凝边、内部为细粒结构、整体显示为枕状构造,有时为气孔构造,也可以呈层状、块状或透镜状产出。骤然降温的岩浆也会加热海水,形成独特的水热系统,一方面,将MORB热液蚀变为细碧岩,玄武质岩浆分异形成的中酸性火山岩,因遭受热液蚀变转变成角斑岩和石英角斑岩,另一方面,蚀变的热液可以形成海底矿产。

2.蛇绿岩套

与上述的洋中脊玄武岩一起产出的还有低钾拉斑玄武质的辉绿岩、辉长岩和角闪岩、蛇纹岩、橄榄岩等岩石,这些岩石组成了蛇绿岩套的层序。

蛇绿岩套(ophiolite suit)是代表标准的大洋岩石圈岩石组合与结构特征的一组镁铁质-超镁质岩的组合,发育完整的蛇绿岩套包括的岩石组合(图3-5),从底部向上依次出现的岩石序列是:

◎地幔超镁铁质岩石单元:包括纯橄岩、二辉橄榄岩、方辉橄榄岩等,显示明显的火成堆积结构和变质变形组构,且现今观察到的多为强烈蚀变后变为蛇纹石化的地幔岩石;这代表了洋中脊大洋岩石圈中壳-幔分界面——莫霍面(Moho)之下的超基性的地幔岩石部分。

图3-5 典型蛇绿岩套的岩石组合

(据Philpotts&Ague,2009)

在该单元上部由具有层状构造和火成堆积结构的辉长岩、橄长岩、二辉岩、二辉橄榄岩和纯橄岩以及少量易剥橄榄岩底辟体组成,其下有方辉橄榄岩捕虏体和豆荚状铬铁矿透镜体的堆积纯橄岩。主要组成矿物是富镁的橄榄石和辉石变种,一般不出现向富铁方向演化的趋势,以此与大型岩盆状镁铁质-超镁铁质层状堆积体相区别。该层实际上为壳-幔过渡层,之下为岩石学莫霍面。该单元下部由具有变质变形结构的地幔橄榄岩组成,通常为亏损的方辉橄榄岩和少量的纯橄岩,这是原始的、非层状的地幔残留物。最为常见的是由橄榄岩蚀变而成的蛇纹岩或蛇纹石片岩,其中可以发现未蚀变的纯橄岩、橄榄岩及辉石岩的岩块或透镜体,它们之间通常见不到淬火边或接触变质带。在这些地幔橄榄岩中可以见到少量的辉石岩脉。

◎堆晶辉长质杂岩单元:以堆晶结构为特征。这是蛇绿岩套中厚度最大、结构更为复杂的一个单元。上部通常由具有块状构造的堆晶辉长岩组成,且从下到上,显示从富镁铁质到更富斜长石成分的变化;下部是由具有片理化构造的辉长岩构成,同时可以出现闪长岩和斜长花岗岩。该单元之下为地震莫霍面,与地幔岩石单元接触。

◎席状岩墙群单元:主要由辉绿岩、玄武岩、细粒辉长岩组成,呈密集的岩墙或岩脉产出,它们平行于区域的主要断裂。在洋中脊轴部,垂直的席状岩墙侵位于浅部脆性的伸展环境。很多岩墙只在一侧发育淬火边,这意味着晚期岩墙使早期岩墙破裂并侵位其中。在席状岩墙群单元也可以发育幔源酸性岩石——斜长花岗岩。

◎枕状玄武岩单元:主要为发育典型的枕状构造的洋中脊玄武岩。

◎放射虫硅质岩单元:这是大洋海水底部的深海远洋沉积物,经过沉积作用形成的薄层硅质岩、薄层页岩和少量灰岩,其中含有放射虫。由于放射虫的组合特征可以很好地限制这些沉积岩的时代,因此可以很好解释这个蛇绿岩套所代表的大洋的发育的时代。在枕状玄武岩和放射虫硅质岩单元中,可以见到层控硫化物矿床或者矿化,可以寻找层状硫化物、海底喷流型的矿床(黑烟囱、灰烟囱)。

上述为标准蛇绿岩剖面的岩石组合和岩石层序,但是在实际野外观察到的蛇绿岩,由于经历一定的地质历史,而且蛇绿岩的保存也需要经历很多构造过程(如蛇绿岩的剥露与回返),往往缺失上述层序中的某一个或者某两个,构成不完整的蛇绿岩套,甚至出现构造混杂的蛇绿岩,因此,在鉴别该地区是否存在蛇绿岩套时,需要利用多学科知识,谨慎对比,综合判断。

由于蛇绿岩套代表了已经消亡的古洋壳的残留体,以及古洋岩石圈剖面的全部或者一部分,表明某一地区在某一时期发育大洋,因此它是鉴别古板块缝合线存在的标志。深入研究蛇绿岩,对于揭示已经消亡的古大洋的发展和演化历史、古大洋的构造属性、古构造古地理格局等,都具有十分重要的意义。我国是一个不同时期的多陆块最终拼合形成的复杂的大陆,因此在陆块拼合之前,陆块之间在多个时期发育古大洋。现今在内蒙古地区、秦岭造山带、祁连山、新疆以及青藏高原等地存在多处蛇绿岩剖面,其中代表晚侏罗世-早白垩世发育的新特提斯洋的日喀则蛇绿岩、班公错-怒江蛇绿岩等是世界上发育最完整的剖面之一。

需要强调的是,在大陆边缘、大洋地幔柱、超级俯冲带、岛弧和增生弧地区都可以形成蛇绿岩(Dilek&Fumes,2011),从一个蛇绿岩套的研究到恢复原有的古大洋的研究不可能简单实现,不仅需要综合运用岩浆岩岩石学,还要分析其中的沉积岩与沉积环境、古生物学特征,蛇纹石化和热液蚀变的变质作用过程,还需运用岩石地球化学等知识,综合判断岩石形成的构造环境,鉴别所研究的蛇绿岩究竟是形成于洋中脊环境,还是形成于大洋的其他环境。

3.大陆裂谷

大陆裂谷(terrestrial rift)也具有拉张的应力构造环境,它发育在一个完整的大陆内部,代表了从逐渐拉伸裂开到最后可能在拉开的部位形成新的初始洋壳,在大约120~200Ma之前开始形成的大西洋就是从裂谷拉张开始的。现今发育的典型大陆裂谷有死海、东非大裂谷、德国与法国之间的莱茵地堑、西伯利亚的贝加尔裂谷等。大陆裂谷地表表现为中心下陷、两边发育一系列正断层围限的狭长构造带。地表的裂陷对应着深部软流圈的上涌,并发育了一系列特殊的岩浆岩组合。与大陆裂谷作用相伴生的是各种碱性岩浆作用,包括碱性岩组合或双峰式岩浆岩组合。

现今的东非裂谷是一个30Ma以来持续发展的、依然具有现今岩浆活动的地区,地表的一系列近南北向的正断层代表了大陆地壳的持续伸展作用,并导致地壳拉伸减薄,软流圈上涌,有利于软流圈顶部发生减压熔融,产生的岩浆沿着一系列正断层上移,或喷发,或侵入到地壳浅部。

与世界上其他裂谷地区的岩石类似,东非裂谷以碱性岩石最为发育,构成了包括埃塞俄比亚、肯尼亚和坦桑尼亚北部等地区的大面积的碱性岩浆岩省,在地形上构成了3000m高的东非高原,在这里识别出了多种与构造环境、裂谷发展不同阶段伴生的岩浆作用(Gill,2010)。各期岩石组合为:

(1)黄长岩-霞石岩-响岩组合:间有碳酸岩出现,岩石中不出现长石类矿物。这类岩石在裂谷发育之前开始大量出现。该组合明显属于幔源的原生岩浆的产物。

(2)碧玄岩-碱性玄武岩-碱玄岩-响岩组合:代表不饱和度最弱的一组岩石大量出现在裂谷发育最强烈的时期;具有演化的原生岩浆特征。

(3)过渡成分的玄武岩-橄榄粗安岩-粗面岩组合:间有碱性流纹岩,也具有演化的原生岩浆特征。

(4)介于上述各岩石组合的混合岩石。

此外在裂谷发育的地区还有碳酸岩岩浆喷发。另外,随着裂谷构造的发展,岩浆作用愈来愈向富碱性演化,在空间上则从西部向东部逐渐迁移。

双峰式岩浆岩组合:又称为双模式岩浆岩组合,是指在一定区域、近于同时形成的基性岩浆岩与酸性岩浆岩共生,中间明显缺失或很少有中性岩浆岩伴生的岩石组合。可以是喷出岩系列的拉斑玄武岩-流纹岩组合、侵入岩系列的辉长岩-花岗岩组合,也可以是碱性系列的碱性玄武岩-粗面岩、响岩组合。双峰式岩浆岩组合往往与裂谷环境有关。

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