关于岩石微量元素构造环境判别图解使用的有关问题

针对目前应用愈来愈广泛的不同岩石,特别是岩浆岩的微量元素构造环境判别图解使用过程中存在的问题,从这些判别图解建立的原理,介绍了微量元素构造环境判别图解的使用原则。强调指出所采集的样品必须新鲜(无蚀变或极弱蚀变)、非堆晶的岩石;选择的判别图解必须与判别的岩石类型相一致,即对花岗岩类要用花岗岩的判别图解,不能用玄武岩的判别图解;对特殊类型岩石要选择专门用于该类型岩石的判别图解,如碱性花岗岩,钾质火成岩;要应用多种图解综合判断;不能用单个样品,而应作多个样品分析;要注意所选择判别图解的特别说明等。此外,一些构造环境判别图解还能给出岩石的成岩过程和源区。     

新疆西天山智博铁矿床火山岩和侵入岩岩石地球化学

新疆西天山阿吾拉勒山集中产出多个大、中型海相火山岩型富铁矿床,引起人们的广泛关注。这些铁矿的成因被认为与火山作用有关,但对其成岩成矿的大地构造背景尚不清楚。文章研究了智博铁矿区出露的火山岩和侵入岩的岩石学、岩石地球化学,尝试探讨该问题。智博铁矿体赋矿围岩为早石炭世大哈拉军山组玄武岩和安山岩,侵入岩有晚石炭世花岗岩、花岗岩脉和闪长岩脉。玄武岩和安山岩在构造环境判别图解中投影于火山弧范围内,在花岗岩类构造环境判别图解中,320 Ma的花岗岩脉和319 Ma的石英闪长岩投影于岛弧环境,304 Ma的花岗闪长岩则投影于同碰撞环境。结合前人研究成果,认为智博地区在早石炭世为岛弧环境,晚石炭世可能经历了岛弧俯冲向同碰撞环境的转变。玄武岩亏损Ta、Nb,相对亏损Th,富集Rb、U、Pb;安山岩亏损Ta、Nb,富集轻稀土元素和Rb、U、Th、Pb,结合Sr/Th-Th/Ce和Th-Ba/Th图解判别,推测智博铁矿床玄武岩和安山岩岩浆源区为受到了俯冲带流体交代的楔形地幔。     

基于全球橄榄石数据的玄武岩构造环境智能判别方法及其验证

一直以来,探索玄武岩地球化学特征与大地构造环境之间的联系是地球化学领域的一个重要研究方向。橄榄石是岩浆最早期结晶的矿物之一,其在玄武质岩浆形成和演化过程中记录了诸多信息。鉴于此,学者们尝试利用橄榄石的元素组成判别大洋中脊玄武岩(MORB)、洋岛玄武岩(OIB)和岛弧玄武岩(IAB)三种构造环境。常用的玄武岩构造环境判别图解难以满足精度要求,于是引入机器学习算法作为判别手段来解决上述问题。机器学习判别方法的分类效果在很大程度上取决于参数选取的合理性。为此,本文提出一种耦合灰狼优化算法(GWO)和支持向量机(SVM)的智能判别方法。该方法利用GWO寻求SVM算法最优参数组合,以形成橄榄石组成元素和玄武岩构造环境之间的最佳映射关系,从而实现对MORB、OIB和IAB三种构造环境的准确判别。此外,根据公开发表的玄武岩样品的地球化学数据,结合混淆矩阵及其衍生评价指标,通过仿真实验、随机子抽样验证和k折交叉验证等方式评估了所提方法的判别性能。评估结果表明, GWO-SVM耦合判别方法在利用橄榄石成分判别玄武岩构造环境方面具有较好的分类效果,其判别准确率可达85%以上。由此可见,相较于传统判别图解方法,基于多算法融合的机器学习判别方法能够更加有效地提升构造环境判别效果。     

火山作用对板块构造环境的判别方法

在系统收集相关资料的基础上,将火山作用对板块构造环境的判别方法进行综述。不同的火山岩出现于板块构造的不同单元,判别方法主要依靠岩石的常量元素、稀土元素、微量元素进行图解判别。对碱性系列、钙碱性系列的岩石,只需使用各种构造环境的判别图解。对拉斑系列的岩石,需要进一步对岛弧拉斑玄武岩(OIB)、洋中脊玄武岩(MORB)、洋岛玄武岩(IAT)、板内玄武岩(WPB)的环境判别。中酸性火山岩多见于岛弧和伸展盆地,判别图解较少。     

玄武岩类岩石大地构造环境的Th、Nb、Zr判别

本文通过研究Th、Nb、Zr的地球化学性质和判别机理，根据世界上典型大地构造环境区玄武岩类的Th、Nb、Zr数据，研究了Th、Nb、Zr判别玄武岩大地构造环境的地球化学机理，发现大同构造环境区玄武岩系的Th、Nb、Zr特征具有显著差异，其比值特征能将玄武岩形成的大地构造位置很好地划分出来，提出了判别玄武岩大地构造环境的Nb/Zr-Th/Zr双对数判别图，试图能较好地区分出大洋板块发散边缘，板块汇聚边缘，大洋板内，大陆板内及地幔热柱形成的玄武岩，得出了玄武岩大地构造环境判别的标志，指出了用Th、Nb、Zr判别玄武岩大地构造环境的方法。     

玄武岩类形成的大地构造环境的Th／Hf—Ta／Hf图解判别

Th,Ta,Hf是一组耐熔强亲岩浆元素，由于地球化学性质的相似性，其相互之间的比值关系能将深部作用的地球化学过程较好地恢复出来，玄武岩类，是原始玄武岩浆形成的岩石的Ta/Hf及Th/Hf比值，能较好地反映其源区的Th,Ta,Hf之间的分异特征，在一般情况下，这一特征与某种确定的大地构造环境有密切关系和确定的因果联系，可用来判别玄武岩类形成的大地构造环境及其源区Th,Ta,Hf分异特征，本文根据典型大地构造环境玄武岩类的Th,Ta,Hf数据，提出了玄武岩类形成的大地构造环境判别的Th/Hf-Ta/Hf双对数图及判别方法。     

微量元素La,Nb,Zr在判别大地构造环境方面的应用

La，Nb，Zr是一组耐熔强亲岩浆元素。其相互之间的比值关系恢复深部作用的地球化学过程。玄武岩类特别是原始玄武岩浆形成的岩石的La／Zr及Nb／Zr比值，能较好地反映其源区的La，Nb。Zr之间的分异特征，在一般情况下这一特征与某种确定的大地构造环境有密切关系，可用来判别玄武岩类形成的大地构造环境及其源区分异特征。本文根据世界上典型大地构造环境区玄武岩类的La，Nb，Zr数据。划分玄武岩形成的大地构造位置，提出了La／Zr-Nb／Zr双对数图及判别方法。     

广西大厂矿田花岗岩地球化学特征及其构造环境

厘定了广西大厂矿田岩浆岩的侵入期次,并在花岗岩岩石学研究的基础上,通过岩石主量元素稀土元素及微量元素成分分析,运用岩石主量元素及微量元素构造环境判别图解结合岩体产出的地质条件,对区内花岗岩形成的构造环境进行了综合判别.提出大厂矿田不同期次花岗岩形成于后造山向板内环境的转化阶段,区内成岩的主体构造环境为较稳定的区域拉张环境,这种长期稳定的以拉张为主体的构造环境是区内超大型矿床形成的有利条件.     

花岗岩构造环境问题:关于花岗岩研究的思考之三

花岗岩与大地构造环境之间的关系是花岗岩研究的热门话题,许多人认为,利用地球化学标志可以判别花岗岩形成的大地构造环境.勿庸置疑,花岗岩构造环境判别方法是仿效玄武岩提出来的.因此,本文从回顾玄武岩构造环境判别开始.详细剖析了Pearce et al.(1984b)和Barbalin(1999)关于花岗岩构造环境判别的研究成果,指出了花岗岩构造环境判别中存在的问题.我们认为,花岗岩地球化学性质主要反映的是花岗岩源区的性质和构造环境,而非花岗岩形成时的构造环境.本文按照全球花岗岩的分布将花岗岩分为产于大洋及其边缘(海岸)的、产于板块边缘和陆内与碰撞有关的和产于陆块内部的三类花岗岩.(1)产于大洋及其边缘(海岸)的花岗岩源于洋壳类型的玄武岩(MORB、IAT、OIB等),花岗岩具明显的地幔印记εNd(t)同位素比值高,Sr同位素比值低),大体可以用现有的判别图判别其形成的构造环境.(2)与碰撞作用有关的花岗岩大多分布在陆块边缘,同碰撞和后碰撞指的是构造(变形)事件,与板块构造环境(洋脊、岛弧、洋岛、裂谷等)在概念上是不同的.区分同碰撞和碰撞后花岗岩不能单靠花岗岩的地球化学标志,也不能单靠花岗岩构造判别图,而应当从岩石组合和岩石性质两方面入手:碰撞有利于形成埃达克岩和(具低Sr低Yb特征的)淡色花岗岩;碰撞后的伸展背景有利于形成非常低Sr高Yb的A型花岗岩.(3)产于陆块内部的花岗岩其形成主要与地幔来源的热有关,花岗岩的地球化学性质主要决定于源岩及形成时的深度,与地表浅层构造作用和事件无关.研究表明,地球上只有大约10%的花岗岩可以探讨其形成的构造环境,20%左右的花岗岩需要研究它们与构造事件的关系(同碰撞或后碰撞),而约70%的产于陆壳上的花岗岩,既无从考虑其形成的构造环境,也无需研究其与构造事件的关系.因此,花岗岩构造环境判别不具有普遍的意义.文中指出,花岗岩构造环境判别方法既存在理论上的不足和概念上的混淆,也存在操作上的困难,需要重新思考.     

小兴安岭石林林场A型花岗岩地球化学特征及构造环境

根据岩石学及地球化学等特征,对小兴安岭北部石林林场A型花岗岩进行了构造环境研究。石林林场A型花岗岩为高钾钙碱性系列、过铝质岩石,富集大离子亲石元素Rb、Th、U、La、Ce和轻稀土元素。岩石化学成分特点及Na2O--K2O图解表明,花岗岩为铝质A型花岗岩。通过对Nb--Y构造环境判别图解、R1--10 000 Ga/Al判别图解及构造环境讨论表明,石林林场花岗岩形成于陆内拉张环境。     

低钙质黑色页岩的物质来源

沉积岩中元素的富集取决于每个元素的化学性质。这些元素是风化作用、沉积作用、成岩作用、石化作用和低级变质作用的产物。但是人们认为,不活泼的碎屑物质组分具有初始火成源的特征。这一认识对研究黑色页岩的物质来源有很大帮助。为了确定低钙质(CaCO_3<1％)海相黑色页岩中碎屑花岗质和火山物质的来源,采用研究火成岩的典型微量元素判别图来检验那些表面上化学性质不活泼(即不受成岩作用、氧化还原作用和低级变质作用的影响)微量元素的富集。通过对寒武纪至侏罗纪完整的地层剖面中约200个黑色页岩样品的中子活化分析获得叮化学分析数据。La—Th—Sc三角图解能鉴别出微量元素来自上地壳、陆壳,或是洋壳(Taylor和Mclennan,1985)。所有低钙质黑色页岩样品都集中在上地壳的区域内。人们普遍用Th—Hf—Co三角图来鉴别它们是来自上地壳还是整个陆壳,或是洋壳。在黑色页岩形成的环境中,由于Co元素对氧化还原很敏感,故在三角图解中,用一个不活泼的化学元素(如Rb)替代Co是必要的。取代以后,所有黑色页岩样品均集中在上地壳的区域内。为了确定花岗质组分的来源(Pearce等,1984),样品在Ta—Yb图解和Rb—(Yb+Ta)图解上的投点都集中在边缘分离火山弧花岗岩(VAG)、同碰撞花岗岩(Syn—COLG)与板块内花岗岩(WPG)三者的交界处。大部分样品落于火山弧花岗岩域内,无洋脊花岗岩(ORG)出现。Wood等(1979)的Th—Hf/3—Ta三角图解证实了海相黑色页岩中少量的微量元素来自玄武岩。黑色页岩的投影点很集中,且集中在高Th含量区域,但落于各种玄武岩区域之外,说明黑色页岩来自大陆壳。     

藏北冈塘错地区OIB型和E-MORB型玄武岩组合及大地构造意义

通过对西藏羌塘中部冈塘错地区玄武岩地球化学特征研究,发现该区有OIB型和E-MORB型两类玄武岩.对两类玄武岩进行主量元素、稀土元素和微量元素地球化学图解分析及大地构造意义探讨,结合区域地质背景,认为冈塘错地区玄武岩形成于洋岛环境,可能受地幔柱岩浆活动影响,E-MORB型玄武岩的出现说明该区可能存在洋底高原.     

浅析花岗岩类成矿专属性判别

花岗岩类具有成矿专属性。在不同大地构造背景及造山作用不同阶段,不同源岩的部分熔融形成类型、矿物学、岩石学和地球化学成分、成因、分异演化均不同的花岗岩类,它们均与相关的成矿元素组合具有一定的相关系,对花岗岩类成矿起关键性的控制作用。由此可见在判别花岗岩类的成矿专属性时需要综合考虑:野外判别、岩石化学成分判别、地球化学特征判别、花岗岩类成矿元素组合的大地构造控制判别。     

板块汇聚边缘玄武岩大地构造环境的Th、Nb、Zr判别

根据Th、Nb、Zr的地球化学性质和判别机理，利用世界上典型大地构造环境区玄武岩类的Th、Nb、Zr数据，研究了Th、Nb、Zr判别玄武岩大地构造环境的地球化学机理，发现不同构造环境区玄武岩系的Th、Nb、Zr特征具有显著差异，其比值特征能将玄武岩形成的大地构造位置很好地划分出来。提出了板块汇聚边缘玄武岩大地构造环境的Nb/Zr Th/Zr判别图，该图不但能较好地区分出板块汇聚边缘中的洋—洋俯冲带、洋—陆俯冲带及陆—陆碰撞带，同时还能反映出岛弧区大地构造环境演化的趋势。     

花岗岩拓扑学的反思

花岗岩成因与大地构造环境相结合的研究是壳、幔动力学研究中的重要组成部分。文中以花岗岩热力学体系的某一拓扑学处理为基础 ,把地质环境、花岗岩侵位和岩石、矿物、化学元素的共生组合相结合 ,形成“三位一体” ,建立起了花岗岩拓扑学的观点 ,用以说明一个地区的大地构造旋回各个阶段的花岗岩系的属性 ,并以此反映出大地构造中的某些基本问题。在拓扑学处理中以代表花岗岩体系主要组分的KNCASH为基础 ,建立了一系列不同层次的元素判据 ,描绘出花岗岩系的演化痕迹。其中TAS图解居于首位 ,用以说明演化的主要趋向 ;Al及Alk饱和度图解说明在各个主要趋向中Al及Alk的变化以及它们与源岩和演化过程的关系 ;K2 O在整个体系中是一个灵敏指示计 ,KS、K/N以及岩石中的K2 O含量对评价陆壳的参与程度以及岩浆作用过程中的变化是有效的。在上述前提下 ,以中国的主要花岗岩为准提出了一个花岗岩岩系分类 ,待进一步修正。     

碱硅图解及其应用

碱硅图解是岩石化学最常用的一种图解。其本身形式和应用途径效果的变化很大,本文对此作了历史评介。所推荐的形式是横座标为硅质而纵座标为碱质。由于在图解上,暗色矿物的排列大致与鲍文反应系列相近,且因硅不饱和而导致某些矿物消失,从右至左为石英—斜方辉石—钠长石—正长石—单斜辉石—其他硅酸盐,正好与 CIPW 法的演算归属次序相似,所以碱硅图解具有较坚实的依据。为了核对此图解对于区分岩类的有效程度,已专门汇总了近2000个分析数据存入电算,它基本上限于兼有矿物含量及化学分析数字的深成岩,以便于将它们重新按地科联的分类系统加以划分。深成岩数据超出前人,这样大数量的重新划分也是前所未见。但是一经投点在碱硅图解上,立即可见:各岩类的图区过大,且叠压相当严重,因而各种岩石很难相互区别。对产生这种现象的原因,文中已作说明。附图上对于基性深成岩划分较详,其目的是使读者能给玄武岩类找到相应性质的深成岩,以便对前者加深了解,并对前人的玄武岩分类作出评价。文中对此已经涉及。最后所附主要深成岩类概略碱硅图解,是据电算平均数字绘制的,结果相当理想。     

阿克苏前寒武纪蓝片岩原岩产出的大地构造背景

阿克苏蓝片岩地体位于塔里木盆地西北缘。在其东南侧蓝片岩与上覆震旦纪地层不整合接触,因此被认为是目前世界上仅有的两个有确切证据的前寒武纪蓝片岩之一。过去人们对这个地区的工作主要围绕高压变质的同位素定年展开,若干个年龄数据均表明阿克苏蓝片岩的俯冲折返过程发生在新元古代。但是关于俯冲之前蓝片岩原岩产出的大地构造环境,目前还缺乏研究。本文通过对研究区内基性片岩的地球化学分析,得出蓝片岩原岩主要是洋壳玄武岩的结论。样品硅含量和一系列玄武岩不活动元素分类图解表明所有样品的原岩是拉斑玄武岩。由于明显的元素含量差异,样品被划分为A、B两组。稀土元素配分曲线、原始地幔标准化微量元素蛛网图以及常见的玄武岩大地构造判别图解都表明A组样品具有异常洋脊玄武岩的特征,而B组样品具有正常洋脊玄武岩的特征。阿克苏蓝片岩的原岩是新元古代邻近塔里木的某一洋壳的残片,它作为俯冲带增生楔的一部分经历深俯冲—折返过程,最终出露于地表。     

哀牢山构造岩浆带晚二叠世-早三叠世火山岩特征及其构造环境

本文对中国云南哀牢山构造岩浆带内的雅轩桥、帽盒山、绿春火山岩等开展了相关研究.雅轩桥附近的火山岩为晚二叠世,岩性主要为橄榄粗安岩-玄武岩(少量安山岩),在TAS图上既有碱性又有亚碱性.钾含量较低(＜1.19％),为低钾钙碱-中钾钙碱性,Peacock碱钙指数以钙碱性为主.与MORB相比,其痕量元素蛛网图亏损Nb、Ta,而富集Pb,从Zr-V曲线呈平坦型,并且整体比MORB亏损.稀土元素配分模式与MORB相近,但略显轻稀土元素富集和重稀土元素亏损.在构造环境判别图上均位于火山弧环境.他郎河边(雅轩桥地区)火山岩为英安岩,属亚碱性,中钾钙碱性,Peacock指数为钙性.痕量元素蛛网图、REE模式图以及大地构造环境判别图,均表明其属于弧的构造环境.由上推测雅轩桥火山岩在晚二叠世属于弧火山岩.帽盒山玄武岩的锆石SHRIMP U-Pb测年结果为249±1.6Ma,为早三叠世.岩性为亚碱性钠长玄武岩,低钾钙碱性系列,Peacock碱钙指数以钙性为主.痕量元素蛛网图和REE配分模式图与MORB相比,LREE略微富集.在构造环境判别图中位于从E-MORB向岛弧过渡的构造环境.绿春地区流纹岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄为247.3±1.8Ma,为早三叠世,属亚碱性,钾玄岩系列,Peacock碱钙指数为碱钙性.痕量元素蛛网图、REE配分模式图及大地构造环境判别图显示其为成熟岛弧向陆陆碰撞的过渡环境.结合前人研究,推测哀牢山洋在晚泥盆世形成,可能在石炭世-早二叠世(?)处于洋的扩张期.晚二叠世时,在哀牢山洋的西侧出现了雅轩桥的初始孤火山岩,预示着至少在这一时期,哀牢山洋已经开始俯冲.到三叠世早期(249±1.6Ma),在哀牢山洋的东侧出现了具有弧和MORB的双重特性的帽盒山玄武岩,可能指示此时哀牢山洋盆已经变小,或已转化为孤间或弧后盆地,洋的演化进入了晚期阶段,并且在局部地段,如绿春地区,此时(247.3±1.8Ma)已经进入到成熟岛弧向陆陆碰撞的过渡阶段.因此支持哀牢山洋在晚三叠世闭合的结论,亦符合上三叠统一碗水组不整合在哀牢山蛇绿混杂岩之上的事实.     

玄武岩构造环境判别图评估——全体数据研究的启示

玄武岩作为一种大洋和大陆广泛分布的基性岩,其成因理论主要是在对大火成岩省研究的基础上奠定的,其构造环境判别的理论则主要是在板块构造理论的基础上创建的。本文利用GEOROC和Pet DB数据库对全球大洋中脊玄武岩(MORB)、洋岛玄武岩(OIB)和岛弧玄武岩(IAB)进行了数据挖掘研究,发现早先的判别图判别效率不尽相同。部分判别图判别效率偏低的原因可能是早先的研究大多是以典型案例的研究为基础展开的,没有考虑到大数据给出的结果,说明典型和抽样的代表性可能不足。通过对判别图解的研究和比较,并对部分判别图进行了改进,发现许多图解可以把IAB与MORB、OIB分开,但MORB和OIB之间仍然有一些重叠不易区分,并借此推测MORB与OIB源区具有一定的相似性。所以,利用大数据研究可以使玄武岩构造环境判别的研究上升到一个新的层面。     

玄武岩的地球化学型式与构造环境的判别

1.玄武岩构造环境的图解判别法存在的问题玄武岩形成的构造环境是地质研究的重要课题之一。目前,这方面已积累了相当多的资料,并已提出了许多研究方法。其中,图解判别法是国内外运用广泛的一种方法,甚至有一些研究者十分迷信和依赖这种方法及其结论。在一些地区业已检验和证实了这种方法及其结论的合理性;但是,近年来很多研究表明,这种方法还存在一些令人困扰的问题:一是多解性,表现为同一岩系的成分点落在了不同构造岩浆区。因