玄武岩的构造环境判别

已有的玄武岩构造环境判别图解尚存在不少问题,主要表现在不准确性、多解性和矛盾性几个方面。综合利用这些图解,建立一个模糊数学模型,找出玄武岩构造环境判别的最佳方案被证明是可行的。玄武岩形成的构造环境主要有洋中脊(MORB)、火山弧(VAB)、大陆裂谷(CRB)和板内(WPB)四种。经过对各种构造环境众多数据的分析和计算,最后所建立的数学模型和相应的计算机程序,对典型构造环境数据的检验得到了满意的结果。     

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。     

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。     

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。     

玄武岩在研究岩石圈深部过程及构造背景中的应用

玄武岩在反演地幔物质成分、分析构造环境和岩石圈的深部动力学研究中具有重要意义。系统地综述了玄武岩的成因和岩浆源区性质、利用玄武岩判别地幔类型、玄武质岩浆的演化与大陆动力学关系，以及判别构造环境等方面研究的现状。阐述了研究中存在的问题，提出了今后的研究和发展方向，认为玄武岩研究应在大陆动力学研究中扮演重要角色。     

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。     

全球新生代安山岩构造环境有关问题探讨

20世纪70～80年代,以Pearce为代表的一批科学家先后提出了玄武岩和花岗岩的构造环境判别图,将构造环境与岩石地球化学特征有机地结合起来,为岩浆岩大地构造环境研究开辟了新途径。但学术界对全球广布的安山岩构造环境及相关地球化学特征问题的讨论则相对不足。本文利用GEOROC 和PetDB 两个数据库对全球新生代安山岩进行数据挖掘,讨论了它们的地球化学特征及形成环境。初步将全球新生代安山岩归属为12个形成构造环境,其中67.71%产出于岛弧、陆缘弧等汇聚板块边缘环境,其余安山岩则形成于大陆板内、大陆溢流、洋岛、大陆裂谷、洋中脊等构造环境。研究表明,常用的玄武岩微量元素判别图以及LILE/HFSE 玄武岩判别图均在一定程度上可用于安山岩成因及环境判别, 暗示安山岩地球化学成分也可用于构造环境的判定。采用大数据思维,探索洋岛安山岩（OIA）和岛弧安山岩（IAA）中地球化学元素的关联关系,从获得的近20 000 个OIA-IAA 判别图中选出lg（Cs/Ta）-lg（Cu/Ta）、lg（CaO/Nb）-lg（Cs/Zr）和lg（Cu/Ta）-lg（Co/Nb）等6个图解,能有效限定它们的构造环境,为安山岩成因及形成环境研究提供了新的思路。这些初步成果说明科学大数据的研究方法可成为岩浆岩构造环境及地球化学研究中的重要有效手段。     

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.     

论构造地球化学图解的局限性

本文从实践和理论两方面讨论了应用构造地球化学图解分辨玄武质岩石产出的大地构造环境这一方法所存在的问题,认为J. A. Pearce等给出的构造地球化学图解,在很大程度上,是一种岩性分辨图解,图解分辨中存在不确定性的根本原因是控制玄武质岩石形成的条件参数与构造环境并不完全存在一一对应的映射关系,应用图解应持谨慎态度。     

玄武岩的构造环境判别及其多解性分析

玄武岩的地球化学成分蕴含着构造环境信息．但两者并非—一对应关系．选用非活动性的惰性元素及其比率等作为判别标志，能消除变质作用、地壳混染、后期蚀变及风化作用的影响，从而减少玄武岩判别图解的多解性，提高判别的精度．     

藏北羌塘南部冈玛错地区展金组玄武岩的成因及其构造意义

羌塘南部地区大面积出露玄武岩、基性岩墙等基性岩类,区域上它们沿龙木错—双湖—澜沧江板块缝合带南侧展布。已有较多的研究报道认为基性岩墙的时代为晚石炭世—早二叠世。玄武岩呈夹层状产出于展金组中,随着羌塘地区地质研究程度的不断提高,玄武岩的确切时代、构造属性等已成为探讨研究区构造演化亟待解决的问题。在野外观察的基础上,选择羌塘南部典型的玄武岩进行地球化学研究。玄武岩属于碱性系列岩石,富集Ti和Fe;轻稀土元素富集,轻、重稀土分异明显;在构造环境判别图解上,主要投在板内环境区域;总体表现出与地幔柱成因同类岩石相似的特点。对玄武岩的研究,为羌塘南部晚古生代地幔柱的存在提供了有力的证据。     

N-MORB和E-MORB数据挖掘——玄武岩判别图及洋中脊源区地幔性质的讨论

MORB分为N-MORB和E-MORB,二者的区分通常是以LREE亏损和富集为标志。玄武岩的基本理论主要是在MORB研究成果的基础上建立起来的。通常认为,N-MORB和OIB是两个独立的端元,E-MORB是N-MORB与OIB不同程度混合形成的。在20世纪70~80年代,玄武岩构造环境判别图的建立极大促进了玄武岩在地球动力学及大地构造背景研究的进展,其方法应用持续盛行了几十年。然而,国外学者现在已逐渐淡化玄武岩判别图解的应用,但在中国仍有方兴未艾之势。本文利用Pet DB数据库5万多个MORB数据的投图表明,全体样品投图的效果显然比抽样和典型样品得出的结果更扎实可靠,许多原先被广泛应用的主量、微量元素判别图无论从实践上还是理论上均存在一些问题。本文的研究结果进一步表明,MORB样品既有LREE亏损的,又有富集的,但亏损和富集程度与早先定义的差异较大,揭示了洋脊下地幔不均一性要比早先认识的更为复杂,成分范围变化更大,仅少数是强烈亏损的,部分可能是相当富集,甚至可以与OIB源区相类比;玄武岩构造环境判别图需要重新审视,基于岩浆成因机理的多维度、高置信度的判别体系有待于建立。     

贵东岩体地质地球化学特征及其形成的构造环境识别

本文在研究贵东花岗岩岩体岩石矿物组合、结构构造等地质特征的基础上 ,运用花岗岩的岩石化学、微量元素和同位素等分析数据 ,采用目前广泛应用的几种岩石化学图解、微量元素和同位素图解等方法 ,判别了贵东岩体形成的构造环境为造山带后碰撞型     

基于镁铁-超镁铁岩中单斜辉石主量元素含量的决策树集成算法对比

依靠岩浆构造环境的地球化学成分认识岩浆形成过程是岩石地球化学中的重要应用。当前利用岩石地球化学成分判别构造环境的工作还不够深入。用4种基于决策树的机器学习方法对来自全球新生代洋岛玄武岩(OIB)、岛弧玄武岩(IAB)及大洋中脊玄武岩(MORB)等镁铁-超镁铁岩中单斜辉石的13种主量元素构成数据集进行了岩浆构造环境判别和主要特征排序。通过对比4种基于决策树的机器学习方法,验证了树类算法对于地球化学成分识别问题的有效性,并总结出4种方法在处理岩浆构造环境判别问题时的优劣:决策树算法判别过程更易于理解,但是其准确率欠佳;boosting算法中的AdaBoost和GBDT对于岩浆构造环境的鉴别准确度较高,但构造过程复杂;bagging集成算法随机森林在权衡性能和模型可理解性时不失为一个良好的选择。此外,还通过4种算法的特征重要性排序得出Cr_2O_3,TFeO,TiO_2,FeO和Al_2O_3是进行岩浆构造环境判别的重要成分。     

北祁连水洞峡蛇绿岩地球化学特征及构造环境

水洞峡蛇绿岩主要由辉石岩、辉长岩和玄武岩组成。玄武岩的Sm-Nd年龄值为492.9±22.6Ma,表明为早奥陶世岩浆产物。玄武岩具有较高的SiO2和TiO2含量,LREE富集,基本无铕异常,具有较低的Th/Ta比值,和较高的Ta/Hf的值,主要地球化学特征与WPB相似,与OIB有区别,在构造环境判别图解中,玄武岩均投入WPB区域。根据上述特征并结合区域地质构造特征,认为可能形成于板内拉张环境。     

皖南伏川蛇绿岩形成环境的地球化学标志

皖南伏川蛇绿岩套，沿祁门－歙县－三阳坑断裂带分布，具构造侵位特征。在AFM图解上，具有拉斑玄武岩的演化趋势，但在玄武岩分类图解和Na2O/K2O-(Na2O K2O)相关图上，则具有岛弧火山岩的特征。在微量元素含量和稀土元素配分型式上和在Ti-Cr、Ti-Zr判别图上，也接近岛弧火山岩而与洋脊玄武岩差别较大。又，根据其形成的地质环境为一古岛弧。通过PEE的模拟计算，伏川蛇绿岩可能是上地幔5％熔融的产物。由于变质橄榄岩中富集轻稀土元素，可以认为伏川上地幔是一种富集地幔。     

青藏高原双湖地区二叠系玄武岩地球化学及其大地构造意义

对青藏高原羌塘地块中部双湖地区发育的二叠系碱性系列和拉斑系列玄武岩进行了详细的地球化学研究。碱性系列玄武岩富集LILE和LREE,其La/Nb比值和OIB相近,Ti/V比值明显高于典型MORB,在微量元素构造环境判别图解上位于OIB区域。拉斑系列玄武岩具有相对平坦的稀土元素配分模式,和典型MORB相比,其Ti/V比值也明显偏高,在微量元素构造环境判别图解上位于MORB和OIB重合的区域,表明岩石起源于一个低度富集的地幔源区。结合区域地质背景,认为双湖二叠系拉斑系列-碱性系列玄武岩组合可能形成于陆间裂谷到小洋盆环境,这套玄武岩的产出可能代表古特提斯洋沿龙木错—双湖构造带在不同地区的发育程度不同,双湖地区在二叠纪应为一个陆间裂谷到小洋盆环境。     

东天山土屋-延东斑岩铜矿围岩的同位素年代和地球化学研究

东天山土屋-延东大型斑岩铜矿的成岩成矿时代及其构造背景还存在很大争议。本文报道了铜矿远矿围岩—企鹅山群的同位素年代和地球化学研究结果。研究表明,企鹅山群安山岩中锆石 SHRIMP U-Pb 谐和年龄值336.5±6.6Ma,玄武岩的透辉石、斜长石和全岩 Sm-Nd 内部等时线年龄值334±36Ma,两个结果一致地表明企鹅山群形成于早石炭世。元素地球化学研究表明,企鹅山群玄武岩样品属于岛弧拉斑玄武岩系列,其稀土元素配分模式显示轻稀土相对富集,重稀土相对亏损的右倾模式,与洋中脊玄武岩相比,具有大离子亲石元素相对富集、高场强元素相对亏损的特征,具有俯冲带岛弧火山岩的典型特征。构造环境判别图解也指示企鹅山群形成于俯冲带环境。本研究对土屋-延东大型斑岩铜矿的成岩成矿作用时代及其构造背景问题提供了重要制约。     

西藏冈底斯带东段石炭纪构造环境讨论

冈底斯带东段石炭纪构造环境存有争议。本文通过岩石地球化学分析,发现石炭纪诺错组和来姑组火山岩具有碱性系列向拉斑系列过渡的特征,具有双峰火山岩特点;石炭纪玄武岩样品的平均化学成分与大陆拉斑玄武岩的平均值较为接近;微量元素除Ti、Yb、Y之外,其他元素都富集,其中Rb、Th、Ce富集程度相对较高;稀土元素特征表现为轻稀土富集,铕、铈异常不明显。显示出石炭纪玄武岩的地球化学特征均与大陆拉斑玄武岩相似。构造环境判别图解显示,石炭纪玄武岩样品主要落入板内环境的大陆拉张带(或初始裂谷)玄武岩区。因而认为冈底斯东段在石炭纪属于陆内裂谷或被动陆缘裂谷环境。     

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。