基于大数据方法建立大洋安山岩构造环境判别图

岩浆岩的地球化学元素往往对其构造环境具有一定的指示作用,前人使用构造环境判别图描述二者之间的关联关系。然而,安山岩因其岩石成因的复杂性和构造环境的"单调性",在判别图研究领域并未受到重视。收集了GEOROC和PetDB两个数据库中的全球新生代洋中脊安山岩(MORA)、洋岛安山岩(OIA)和岛弧安山岩(IAA)。使用43个元素组成的924个比值建立超过42万个直角坐标系,将三类安山岩数据投入坐标系中,并通过MATLAB计算三者之间的交叠率筛选出4个最佳判别图:lg(Ga/Cs)-lg(Ba/Nb)、lg(TFeO/Ga)-lg(Eu/Pb)、lg(K2O/Nb)-lg(Ga/Cs)和lg(MnO/Pb)-lg(Cs/Nb)。利用核密度曲线对比图分析判别图中的元素及元素比值,结果表明:①LILE(大离子亲石元素)与HFSE(高场强元素)的比值关系能有效区分MORA和IAA;②LILE与其他元素的比值关系则更有利于从三者中识别出OIA;③LILE在一定程度上比HFSE更易于判别大洋安山岩的构造环境。研究表明,安山岩可以成为一种使用范围更广泛的构造环境指示剂,其判别效果甚至优于玄武岩判别图。这也进一步说明,安山岩的成因虽然比玄武岩复杂,但是大数据方法是提取出具有构造环境指示意义的相关关系的有效途径。     

西藏隆巴俄桑地区玄武岩与安山玢岩的地球化学:对班公湖-怒江洋构造演化的启示

狮泉河-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带的构造属性及其与班公湖-怒江缝合带演化的关系,是了解班公湖-怒江洋中生代构造演化的关键.对隆巴俄桑地区的玄武岩和安山玢岩脉开展了岩石地球化学研究.结果表明,玄武岩属拉斑玄武岩系列,富集LREE和大离子亲石元素Rb、Ba、K、Sr、Pb等,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti,与岛弧拉斑玄武岩特征一致.安山玢岩脉属拉斑玄武岩系列,有向钙碱系列演化的趋势,富集大离子亲石元素Rb、Ba、K、Sr、Pb、U等,亏损高场强元素Nb、Ta,显示岛弧成因岩浆岩地球化学特征,低ΣREE（11.8×10-6~13.8×10-6）,（La/Yb）_N=0.37~0.43,亏损LREE,与N-MORB相似,具有岛弧岩浆岩（IAB）和正常洋中脊玄武岩（N-MORB）双重特征,与不成熟的弧后盆地玄武岩（BABB）特征一致.综合区域地质资料认为,隆巴俄桑玄武岩和安山玢岩形成的构造环境均与俯冲相关,可能分别形成于班公湖-怒江洋壳南向俯冲消减相关的洋内或者活动大陆边缘的岛弧环境和不成熟的弧后盆地环境,是中侏罗至早白垩世期间班公湖-怒江洋壳南向俯冲消减的再循环的产物.      

祁连造山带东段中寒武世深沟组中-基性火山岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征及构造环境

拉脊山构造带南东端磨沟地区出露一套变安山岩夹片理化变玄武岩组合,其原岩分别为亚碱性拉斑系列安山岩和玄武岩。研究表明,变安山岩锆石U-Pb年龄为503.1±6.6Ma,形成于中寒武世。玄武岩稀土元素总量为93.40×10~(-6)～135.39×10~(-6),(La/Yb)_N值为2.76～3.64,δEu为0.87～1.00,微量元素蛛网图具有不相容元素富集特征,没有明显的Nb、Ta负异常,与板内火山岩特征相似。安山岩稀土元素总量低于玄武岩,而微量元素蛛网图具有富集大离子亲石元素Cs、Rb、Ba等,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti等特征。岩石成因研究表明,玄武岩没有经历显著的地壳混染,为软流圈地幔石榴子石+尖晶石二辉橄榄岩低程度部分熔融的产物,而安山岩为地壳部分熔融的产物。构造环境判别表明,深沟组火山岩形成于大陆裂谷环境,表明祁连地块中部的拉脊山构造带南东端可能没有发育成熟的洋盆系统,随后在南祁连洋早古生代俯冲消减过程中以裂谷型岩石圈碎片的方式构造侵位于中祁连地块南缘。     

扬子西缘洋岛型与岛弧型火山岩岩石成因与构造意义:从板内裂谷到洋-陆俯冲

扬子西缘晚中元古代—早新元古代岩浆岩对扬子陆块构造演化以及Rodinia超大陆的汇聚和裂解至关重要。本文获得扬子西缘会理群天宝山组玄武质凝灰岩和盐边群渔门组角闪安山岩SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为(1 035±15) Ma和(884±9) Ma。天宝山组玄武质凝灰岩属于碱性玄武岩系列,富集大离子亲石元素和高场强元素,具有正的ε_Nd(t)值(4.6),表现出与洋岛玄武岩相似的地球化学特征。天宝山组火山岩来自以石榴子石和尖晶石为稳定区的地幔橄榄岩1%~5%的部分熔融。渔门组角闪安山岩属于钙碱性岛弧玄武岩系列,以富集大离子亲石元素和轻稀土,亏损高场强元素为特征,具有明显的Nb、Ta、Ti负异常,ε_Nd(t)值为1.1~2.8。渔门组火山岩来自以石榴子石和尖晶石为稳定区的地幔橄榄岩5%~15%的部分熔融。构造背景判别图解指示天宝山组玄武质凝灰岩形成于被动大陆边缘板内裂谷盆地,而渔门组角闪安山岩形成于活动大陆边缘岛弧环境。根据本文获得的年代学及地球化学数据,笔者认为扬子西缘与大陆裂谷相关的天宝山组火山岩和与板块俯冲有关的渔门组火山岩,记录了新元古代早期构造动力学背景由板内裂谷转为洋-陆俯冲的变化。     

西准噶尔阔尔真阔腊金矿区玄武安山岩锆石U-Pb年龄及其地质意义

萨吾尔地区位于西准噶尔东北缘,广泛发育古生代岩浆岩,这些岩浆岩的年代学以及地球化学研究对于限制西准噶尔地区区域构造演化具有重要的意义。阔尔真阔腊金矿床是萨吾尔地区最重要的金矿床,矿区内主要出露玄武安山岩、安山岩、闪长玢岩和少量闪长岩,其中玄武安山岩和安山岩是直接赋矿围岩。玄武安山岩中锆石LA-ICP-MS U-Pb 谐和年龄为339.4±4.8Ma,表明其形成于早石炭世。矿区内玄武安山岩和安山岩属于高钾钙碱性系列,相对洋中脊玄武岩富集Sr、Ba、Th等大离子亲石元素,亏损Nb、Ti等高场强元素。玄武安山岩和安山岩具有较高的Th/Yb（0.87～4.84）值,较低的Th/Zr（0.023～0.071）值,这些特征与形成于岛弧环境中的火山岩相似,其原始岩浆可能为受俯冲板片析出流体交代的地幔部分熔融形成,板片熔体交代作用并不明显。同处于西准噶尔地区的哈图金矿床赋矿玄武岩具有岛弧玄武岩和N-MORB的地球化学特征,受俯冲流体交代作用弱,可能形成于弧后盆地环境。在西准噶尔地区,岛弧和弧后盆地环境中都可以形成火山热液型金矿床。     

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。     

西准噶尔谢米斯台山东段早石炭世玄武安山岩的成因及意义

本文对西准噶尔谢米斯台山东段早石炭世的火山岩进行了Ar-Ar年代学、岩石学和地球化学研究。Ar-Ar定年结果显示,这些火山岩喷发时间为338.7±6.9 Ma。在地球化学方面,它们显示钙碱性的特征,富集大离子亲石元素(LILE)和轻稀土元素(LREE),亏损高强场元素(HFSE,如Nb和Ta)以及具有高的Rb/Y和Ba/Nb比值,显示岛弧岩浆的特征。而在Th-Hf/3-Nb/16环境判别图中,所有样品落在岛弧玄武岩区域。结合古地理、古地磁、岩浆岩以及大地构造研究成果,作者认为西准噶尔地区在早石炭世处于岛弧环境,即准噶尔洋向西北侧和东南侧的双向俯冲。在亚洲洋的构造演化过程中,还存在斋桑洋、北天山洋和准噶尔洋等多个洋内俯冲系统。     

西秦岭天水阴崖沟早古生代草滩沟群火山岩地球化学特征及其地质意义

天水阴崖沟草滩沟群中发育有变质火山岩,其岩石类型主要为变玄武岩、变安山岩、变英安岩和变流纹岩;研究区变火山岩主体属于拉斑系列,其原始岩浆来源于富集地幔;变火山岩的微量元素特征表现为富集大离子亲石元素Cs、Ba、Th和U,而相对亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti和Y;微量元素构造环境判别显示其形成于俯冲消减带之上的岛弧环境;结合已有年代学资料,显示天水—武山洋在晚奥陶世已经存在并开始俯冲,形成阴崖沟草滩沟群岛弧火山岩;同时从岩石组成、形成时代及地球化学特征来看,阴崖沟草滩沟群火山岩与东秦岭丹凤岩群火山岩相似,这为确定天水一武山构造带是早古生代商丹古缝合带的西延部分提供了证据。     

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。     

南秦岭勉略构造带中堂沟火山岩地球化学特征及其地质意义

通过对分布于勉略构造带中段三岔子西侧中堂沟地区的火山岩进行详实的野外地质剖面调查,发现其为一套绿片岩相浅变质火山岩,岩石组合以变安山岩为主,含有少量的变玄武岩和变英安岩,主体为钙碱性系列。岩石地球化学研究表明3类岩石均具有轻稀土富集型稀土配分曲线,并显示弱的Eu负异常;微量元素方面,岩石普遍富集大离子亲石元素Cs、Rb、Ba,亏损高场强元素Nb、Ta,相对亏损P、Ti,不活动微量元素Zr、Hf、Tb、Y等既无明显的相对亏损也无显著的相对富集。在La-La/Nb、Nb-Nb/Th和La/Yb-Sc/Ni等环境判别图解中,变玄武岩和变安山岩样品点均落在岛弧火山岩范围内,并结合其岩石组合特征指示该套火山岩应形成于大陆边缘弧(活动陆缘)环境。其中变玄武岩和变安山岩岩浆起源于楔形地幔的部分熔融,且有陆壳物质的参与;变英安岩的形成则与壳源物质的部分熔融有关。     

矿物微量元素组成用于火成岩构造背景判别

火成岩中的矿物,特别是稳定副矿物的微量元素组成可用于火成岩构造–岩浆背景的判别。产于不同构造背景火成岩中单颗粒锆石原位微量元素含量的准确测定,积累了大量资料。本文介绍了用锆石微量元素含量的二维核密度分布投影,构建了U/Yb-Nb/Yb、Sc/Yb-Nb/Yb和U/Yb-Sc/Yb构造背景判别图解,可以区分洋中脊、地幔柱影响的洋岛及俯冲有关的弧(大陆弧)等不同构造背景形成的火成岩。单斜辉石、尖晶石、黑云母和角闪石的微量元素或主量元素组成同样可用于构造背景识别。     

Basalt geochemistry as a diagnostic indicator of tectonic setting

Basalt geochemistry can be used as a diagnostic indicator for determining the tectonic setting of origin, because specific plate tectonic settings often impart distinctive geochemical characteristics. For example: (1) mid-ocean ridge basalts (MORB) and oceanic island basalts (OIB) have clearly distinguishable trace element and Sr-Nd isotope geochemical characteristics; (2) arc related basalts, including IOAB (intra-oceanic arc basalts), IAB (island arc basalts) and CAB (continental arc basalts), exhibit following distinguishing features: all are characterized by low Nb/La ratios (<0.85) and negative Nb, Ta and Ti anomalies; most exhibit low Nb concentrations (<8 ppm), high positive ɛ_Nd values and low enrichment of incompatible elements except the continental arc shoshonitic basalts that possess high concentrations of incompatible trace elements and lower to negative ɛ_Nd values; (3) although contamination by continental crust or lithosphere can impart subduction-like signature (e.g., low Nb, low Ta and low Ti) and lead to misidentification of contaminated continental intraplate basalts as arc related, there are still some essential differences between continental intraplate basalts and arc related ones; such as: uncontaminated continental intraplate basalts have high Nb concentrations, Nb/La > 1, “hump-shaped” OIB-like trace element patterns and moderate positive ɛ_Nd values that distinguish them from the arc related ones; whereas, the contaminated continental intraplate basalts are characterized by pronounced negative Nb, Ta and Ti anomalies, but their concentrations of incompatible trace elements are conspicuously higher than those of subduction-zone basalts that also distinguishes them from the arc related ones; (4) an important difference between back-arc basin basalts (BABB) and the MORB is that the former exhibit both MORB-like and arc-like geochemical characteristics; (5) most oceanic plateau basalts (OPB) show diagnostic geochemical characteristics of enriched MORB (E-MORB) to transitional MORB (T-MORB); only the Kerguelen Plateau is an exception; the early (pre 90 Ma) volcanism of the Kerguelen Plateau is associated with the Early Cretaceous break-up of Gondwana and displays features of continental flood basaltic volcanism; with time, the tectonic setting of the Kerguelen plume-derived volcanism changed from a rifted continental margin setting (133–118 Ma) through a young, widening ocean (118–40 Ma), finally to an oceanic intraplate setting (~40 Ma to the present).Tectonic discrimination diagrams should not be used in isolation, but can still be useful as part of holistic geochemical characterization. For example: (1) MORB and OIB are distinguishable from each other in the 3Tb-Th-2Ta diagram; (2) the arc related basalts, including IOAB, IAB and CAB, constantly plot in the arc-related basalts fields in the Th/Yb-Ta/Yb diagram; (3) the 3Tb-Th-2Ta diagram can be utilized to fully illustrate both MORB-like and arc-like characteristics of BABB; (4) some discriminant diagrams (such as Zr/Y-Zr, Th/Yb-Ta/Yb, 3Tb-Th-2Ta and Hf/3-Th-Nb/16 diagrams) can be used to distinguish continental intra plate basalts from arc related ones; (5) although there are not any discrimination diagrams published that delineate an OPB field, some trace element diagrams can still reveal diagnostic characteristics of the OPB.     

苏门答腊(印度尼西亚)的火山岩及其地球化学-构造环境判别

本文介绍了苏门答腊(印度尼西亚)火山岩的时代、分布和产状。根据火山岩的岩石化学资料,应用PetroGraph和Minpet2.0岩浆岩地球化学作图软件对60多个中、新生代火山岩岩石化学分析数据进行处理,并对其地球化学-构造环境判别图解的解释,探讨新生代火山岩盆地及其中生代-古生代基底的火山岩形成构造环境。根据这些判别图,认为苏门答腊新生代火山岩盆地基底为大陆边缘裂谷(初始裂谷),并在渐新世以后转化为大陆边缘火山弧。高钾橄榄玄粗岩系列和埃达克岩与苏门答腊火山岩体系共生,显示该区具有寻找斑岩-低温热液型铜-金矿找矿远景。     

甘肃北山北带北亚带西缘泥盆纪火山岩地球化学特征

分布于甘肃北山北亚带西缘（双沟山—马鞍山北一带）的泥盆纪火山岩主要为一套浅变质的安山岩、英安岩、流纹岩,局部见少量玄武岩。岩石硅碱成分显示为钙碱性系列,钠质类型;稀土总量为（65．48×10^-6～196．69×10^-6）。属轻稀土富集型,稀土配分型式为右倾曲线;微量元素配分型式类似于岛弧及活动大陆边缘特征,具明显的ULE富集和Nb、Ti等的亏损;同时,从基性到中性熔岩的εNd（t）均为正值（6．46～6．59）,暗示其源区类似亏损地幔源区。Y-Nb和Rb-（Y＋Nb）构造判别图解显示本区中酸性火山岩形成于岛弧环境。综合分析火山岩的岩石学、地球化学特征,并结合区域构造背景,认为该套火山岩产于活动大陆边缘岛弧带环境,属俯冲型火山作用,形成于俯冲造山带的构造背景。     

大陆板内玄武岩数据挖掘:成分多样性及在判别图中的表现

通常认为,大陆溢流玄武岩(CFB)、裂谷玄武岩(CRB)、板内玄武岩(WPB)均产于板内构造环境,其地球化学特征与OIB类似,源于富集的下地幔,与地幔柱的活动有关。本文利用GEOROC数据库对全球CFB、CRB和WPB数据进行挖掘,发现上述三类玄武岩判别图投图几乎落入了全部的构造环境域,有些甚至主要落入MORB和IAB区,而不是落入WPB区。结果表明原先的玄武岩判别图的判别功能值得商榷,尤其对大陆玄武岩来说,许多判别图都存在问题。全体CFB、CRB和WPB的地球化学成分变化巨大,暗示其源区具有强烈的不均一性:部分CFB、CRB和WPB来自富集的地幔柱,仍然具有经典的OIB的特征;部分来自MORB的源区,与MORB的再循环作用有关;部分来自岛弧岩石圈之下的亏损地幔源区,以强烈亏损Nb-Ta为特征,类似岛弧玄武岩的地球化学特征。许多地区的大陆玄武岩可分为低钛和高钛两类,低钛玄武岩大多是亏损或强烈亏损的,而高钛玄武岩通常是富集型的。本文的研究表明,富集型大陆玄武岩可能来自富集的下地幔,而亏损的和强烈亏损的玄武岩可能来自具有MORB或岛弧特征的软流圈地幔。进一步指出,源区性质可能是大陆玄武岩多样性的主控因素,其次为部分熔融程度、熔融深度、结晶分离、陆壳混染以及AFC过程。     

Statistical evaluation of tectonomagmatic discrimination diagrams for granitic rocks and proposal of new discriminant-function-based multi-dimensional diagrams for acid rocks

The four tectonic discrimination diagrams of Pearce et al. [Journal of Petrology, v. 25, p. 956–983] for granitic rocks were first evaluated using the literature cited by these authors as well as from our new database. The first diagram (Y?Nb) cannot discriminate volcanic-arc and collision settings. Both Y?Nb and Yb?Ta diagrams have an overlapping field for within-plate and ocean-ridge granitoids. The remaining two diagrams (Y?+?Nb?Rb and Yb?+?Ta?Rb) use a mobile element (Rb) in their y-axis. Although these diagrams successfully discriminate volcanic-arc and within-plate granites, they perform less well for collision tectonics. Besides, felsic or acid rocks are scarce in ocean-ridge settings, which limits the usefulness of these diagrams for this geological environment. Therefore, using an extensive database, we proposed a set of five new discriminant-function-based multi-dimensional diagrams for acid magmas from four tectonic settings (island arc, continental arc, continental rift, and collision). The very similar tectonic settings of island and continental arcs are discriminated for the first time. These diagrams are based on correct statistical treatment of compositional data, because they use natural logarithm transformation of major-element ratios and linear discriminant analysis (LDA). The use of discordant outlier-free samples prior to LDA improved the success rates by about 3–5%. Success rates of these diagrams as inferred from a testing set were between 76% and 88% for island arc, 60% and 92% for continental arc, and 72% and 84% for both continental rift and collision settings. Finally, application of these new diagrams to case studies not compiled in our initial database used for constructing these diagrams provided the following results: a collision setting for the Himalayas at about 30 Ma; an island arc setting for Quaternary acid rocks from geothermal boreholes in El Salvador; an island- or continental-arc setting for northern Italy at 35–52 Ma; a continental-arc setting for the Italy–Austria border at about 30 Ma; either a rift or a collision setting for northern Nigeria at about 164 Ma; a collision setting for central Nigeria at about 144 Ma and for the Cretaceous Masirah ophiolites of Oman; and an island arc setting for the Cretaceous Semail ophiolites of Oman. In spite of the relative mobility of major elements, these applications suggest utility of the new discrimination diagrams for all four tectonic settings.     

甘肃天水地区百花岩浆杂岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年及其地质意义

摘〓要：[HT5K]利用阴极发光和LA ICP MS微区定年分析方法，对甘肃天水地区百花岩浆杂岩中的辉长岩进行了单颗粒锆石U Pb同位素分析。百花岩浆杂岩体主要由辉石岩—辉长（闪长）岩—闪长岩—石英闪长岩组成，构成较完整的同源岩浆演化序列，地球化学研究表明其形成于岛弧构造环境。对百花岩浆杂岩中辉长岩的LA ICP MS锆石U Pb同位素定年结果表明，其同位素年龄为(449.7±3.1)Ma（MSWD=1.9），形成于晚奥陶世，表明西秦岭北带岛弧型岩浆岩的形成时代为晚奥陶世，结合区域地质资料，揭示出以西秦岭北缘关子镇蛇绿岩为代表的古洋盆的俯冲作用及产生岛弧型岩浆活动的时限为中晚奥陶世。 