巖石地球化學(xué)講義.doc

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《巖石地球化學(xué)》講義-2 4 熔離作用 (liquation) 或巖漿不混溶作用(melt immiscibility) 巖漿冷卻或上升減壓時(shí)，原來(lái)均勻單相的熔體有時(shí)會(huì)分解成兩個(gè)成分不同的熔體相。這一過(guò)程成為熔離作用 (liquation)，它是由巖漿的不混溶性質(zhì)所決定的。這一過(guò)程類似于堿性長(zhǎng)石的出溶。分裂的組分一個(gè)偏酸性一個(gè)偏基性，或者一個(gè)是富Fe,Ni硫化物的熔體（有利于成礦），一個(gè)為硅酸鹽巖漿。這部分研究相對(duì)較弱（一些情況將在微量元素部分介紹）。 5 巖漿混合作用(mixing, mingling ) 兩個(gè)成分不同的巖漿發(fā)生混合，由于混合方式和混合比例的差異也使混合形成的巖漿成分有很大的變化。福建沿海平潭島上的I型花崗巖被認(rèn)為是巖漿混合作用的產(chǎn)物。周新民和董傳萬(wàn)等從野外地質(zhì)學(xué)，礦物學(xué)和巖石地球化學(xué)證實(shí)了花崗質(zhì)巖漿受到玄武質(zhì)巖漿混合的存在。 6 沉積巖中的混合作用 (Mixing in sedimentary rocks) Trends on variation diagrams for sedimentary rocks may result from the mixing of the different ingredients which constitute the sediment. Bhatia (1983), in a study of turbidite sandstones from eastern Australia, shows Harker diagrams in which there is a change in mineralogical maturity, i.e. an increase in quartz coupled with a decreas in the proportions of lithic fragments and feldspar (Fig 1-18). Fig 1-18 Harker variation diagrams for quartz-rich sandstone suites from eastern Australia (Bhatia, 1983). The increase in SiO2 inflects an increased mineralogical maturity, i.e. a greater quartz content and a smaller proportion of detrital grains. Argast and Donnelly (1987) 認(rèn)為在成分變化圖上，如果二元組分（x軸，y軸）密切相關(guān)（線性變化），則可能反映的是該套沉積巖是由兩種礦物組分混合的。如石英—伊利石，或長(zhǎng)石/石英—伊利石混合。如果變化是曲線或無(wú)規(guī)律（彌散的），則可能是三組分混合。如石英—伊利石—方解石。 7 風(fēng)化蝕變中的成分變化 (composition variation of rocks on weathering conditions 8 ) 圖1-19Al2O3-CaO*+Na2O-K2O三角圖 說(shuō)明花崗巖和輝長(zhǎng)巖在風(fēng)化作用中的成分變化, CaO*是指樣品中硅酸鹽中的CaO。 這里涉及的主要是化學(xué)風(fēng)化。不同抗風(fēng)化的能力不同，這樣易風(fēng)化的那些礦物中的活動(dòng)組分就容易流失。Nesbit & Young (1982)提出的化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)可以定量地反映蝕變的強(qiáng)弱。 CIA = Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O) 化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）越大說(shuō)明風(fēng)化蝕變?cè)綇?qiáng)。Al2O3—CaO*+Na2O—K2O三角圖可以說(shuō)明風(fēng)化作用造成的成分變化趨勢(shì)（圖1-19）。圖1-19顯示花崗巖和輝長(zhǎng)巖的初始變化是沿著平行Al2O3—CaO*+Na2O的軸方向發(fā)展，K2O幾乎不變，而CaO*+Na2O減低和Al2O3升高；隨著風(fēng)化進(jìn)一步發(fā)展，K2O也顯著丟失，成分向Al2O3頂點(diǎn)方向發(fā)展。這一發(fā)展過(guò)程表明早期由于斜長(zhǎng)石的分解，隨后是鉀長(zhǎng)石和鐵鎂硅酸鹽礦物的分解。 CIA和上述三角圖解可以用來(lái)研究現(xiàn)代風(fēng)化剖面和各種沉積巖的元素變化特征，建立標(biāo)準(zhǔn)變化模式，從而解讀古老的風(fēng)化剖面成分變化的原因和條件。 8．變質(zhì)巖中的成分變化 變質(zhì)巖中的成分變化涉及到兩方面，一種是原巖所固有的，即變質(zhì)巖的成分反映的只是原巖的成分變化。如在蘇格蘭太古代Lewisian雜巖中條帶狀片麻巖的主量元素所表現(xiàn)的線性趨勢(shì)。但也有認(rèn)為這種變化反映了一種富鐵鎂的組分與長(zhǎng)英質(zhì)組分的構(gòu)造混合。 變質(zhì)巖中的另一方面成分變化涉及到元素的活化轉(zhuǎn)移，即原巖成分發(fā)生變化。變質(zhì)巖中的成分變化固然可以通過(guò)固態(tài)擴(kuò)散和部分熔融的熔體抽取而產(chǎn)生。但是，外來(lái)的流體（有時(shí)包含少量熔體）與巖石的相互作用（交代作用metasomatism）是造成元素變化（轉(zhuǎn)移）的重要因素。 主量元素的活化轉(zhuǎn)移受三個(gè)主要因素控制： 未蝕變的（原巖）中礦物成分和穩(wěn)定性； 蝕變產(chǎn)物中礦物的成分和穩(wěn)定性； 流體相的成分、溫度和體積。 元素的運(yùn)動(dòng)可以從新形成的礦物相和成分變化來(lái)檢測(cè)，也可以根據(jù)一些新出現(xiàn)的脈體。協(xié)變圖中分散的成分變化仍具有很好的指示意義，盡管化學(xué)蝕變有時(shí)會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)變化，掩蓋其他諸如結(jié)晶分離作用的效應(yīng)。對(duì)一些蝕變巖石的研究表明主要元素在不同條件下的變化存在差異。表1-8總結(jié)了一些對(duì)玄武巖和花崗巖成分變化的研究。在玄武巖中Ti, Al, P一般是不活動(dòng)的，而Ca, Na幾乎總是活潑的。同樣，花崗巖中的Ti, Al, Mn, P一般也是不活潑的。沉積巖的研究較薄弱，除Al不活動(dòng)外，其他元素的活動(dòng)性的認(rèn)識(shí)很低。 表1-8 各種水熱條件巖石中主要元素的活動(dòng)性 Rock type Alteration condition Si Ti Al Fe Mn Mg Ca Na K P Komatite Basalt Hydrothermal alteration － － － ＋ － － － Basalt Hydrothermal alteration ＋ － － － － － ＋ Basalt Submarine weathering － ＋ － － － ＋ Basalt Weathering － － － － － Basalt Greenschist facies metamorphism Basalt Amphibolite facies metamorphism Granite Weathering － Granite Contact metamorphism ＋ － － － － ＋ Granite Granulite facies metamorphism － Calcareous sediments Medium grade metamorphism － － Calcareous sediments Contact metamorphism sandstone- clay Diagenesis , element mobile; ＋, element enriched; －, element depleted. 實(shí)際上，在熱液與巖石作用（交代作用）中，微量元素的變化更加明顯，尤其是那些不相容元素。圖1-20顯示了受到來(lái)自更深部的巖漿及其所含的流體的交代作用影響，橄欖巖中單斜輝主量元素（Mg, Fe）和微量元素的變化。深部侵入到地幔橄欖巖中的巖漿與橄欖巖發(fā)生作用，富集或虧某些元素。從遠(yuǎn)離接觸帶的地方到接觸帶，橄欖巖的Mg#逐漸降低，同時(shí)伴隨著Sr, LREE (Ce, Sm)升高和Sc, HREE (Y, Yb)的降低，而Hf沒(méi)有很大變化。如果在接觸帶兩側(cè)成分含量相差很大（如圖1-20中的Hf），表明該元素的活動(dòng)性較低，而兩側(cè)不同巖石中的豐度一致（如Sr）則表明該元素具有很強(qiáng)的活動(dòng)性。 在這一圖中，Sr, Ce, Sm，Hf是不相容元素，他們富集在輝石巖中（由巖漿結(jié)晶形成），而Yb，Sc為相容元素富集在橄欖巖中（部分熔融的殘留，見(jiàn)圖-17）。同樣，輝石巖本身內(nèi)部也顯示明顯的成分梯度。在輝石巖中靠近接觸帶，Sr, Ce, Sm, Hf降低是因?yàn)橐徊糠忠褌鬟f（擴(kuò)散）到橄欖巖中去了，而Sc，Yb的升高是受到圍巖橄欖巖混染的結(jié)果。 圖1-20 雷州橄欖巖包體中單斜輝微量元素與Mg#相關(guān)圖。 圖中虛線代表輝石巖與橄欖巖的接觸界線，輝石巖是深部巖漿侵入到地幔橄欖巖中結(jié)晶的產(chǎn)物。 三、巖石形成構(gòu)造背景的判別(discrimination of tectonic enviroment) Pearce and Cann (1971, 1973)最先提出依據(jù)巖石的化學(xué)成分來(lái)限定巖漿起源的大地構(gòu)造背景。在這兩篇重要的論文中作者論述了利用地球化學(xué)數(shù)據(jù)區(qū)別產(chǎn)生與不同背景的玄武巖的可能性。他們建立了現(xiàn)在已被大家所熟知的“構(gòu)造巖漿判別圖(Tectono-magmatic discrimination diagram)”，即利用一個(gè)巖石的化學(xué)成分就可在這些圖上判辨出它的構(gòu)造背景。他們的成果和這種相對(duì)簡(jiǎn)便的操作得到了廣泛的應(yīng)用。隨后又有大量的論文發(fā)表支持這一觀點(diǎn)。這種方法的意義在于可以分辨出古老的當(dāng)時(shí)的構(gòu)造背景已被改造的面目全非的火山巖產(chǎn)出的構(gòu)造背景。然而，近來(lái)的地球化學(xué)家已擺脫了這種按“譜”限定構(gòu)造-巖漿判別圖解的方法，更加深入的研究為什么不同大地構(gòu)造環(huán)境具有不同的地球化學(xué)特征。 Pearce and Cann (1971, 1973)的開(kāi)創(chuàng)性的工作將三種分開(kāi)的思維方法結(jié)合起來(lái)，即判別式的統(tǒng)計(jì)技分析術(shù)，在熱液條件下不運(yùn)動(dòng)的微量元素的快速精確分析，以及不同構(gòu)造環(huán)境的識(shí)別。 3.1 判別式分析 判別式分析是一種統(tǒng)計(jì)技術(shù)，用于對(duì)樣品的歸類。為了分離出特征的變量參數(shù)需對(duì)大量的變量進(jìn)行分析。最有效的判別因子用來(lái)作為二元變化圖和三角圖解的坐標(biāo)軸。把已知類型（如構(gòu)造背景）的樣品根據(jù)其元素豐度計(jì)算出相應(yīng)的判別因子進(jìn)行投影，劃分出這些類型之間的界線。根據(jù)這個(gè)已經(jīng)限定區(qū)域的圖解，就可以對(duì)未知類型的樣品進(jìn)行分類（判別）。因此，尋找最有效的判別因子使各種類型的樣品盡可能地分開(kāi)而不重疊是至關(guān)重要的。 判別因子最好是單各元素的函數(shù)，而不是包含幾個(gè)元素的復(fù)合判別函數(shù)。這樣，就便于使用和理解。Pearce and Cann (1971, 1973)研究表明Ti, Zr, Y, Nb, Sr是判別不同大地構(gòu)造玄武巖的最有效判別因子。 3.2 不活動(dòng)元素 構(gòu)造-巖漿判別圖中的判別因子最好是那些不活動(dòng)的（不活潑的）元素，而且它們易于分析獲得。這些不活潑元素通常在熱液蝕變情況下不活動(dòng)，這樣這些圖解可以運(yùn)用到蝕變的巖石或變質(zhì)巖。也是應(yīng)用最廣的。但不是所有的判別圖都用微量元素，也并不都用不活潑的元素。 許多判別圖解是利用高場(chǎng)強(qiáng)元素，如Ti, Zr, Y, Nb, P，這些元素在水溶液中是相對(duì)不活潑的，除非體系中存在富F。在洋底蝕變，中-低級(jí)變質(zhì)作用中也是穩(wěn)定的，但是對(duì)它們?cè)诟呒?jí)變質(zhì)作用中的穩(wěn)定性的情況還不是很清楚。 3.3 地質(zhì)構(gòu)造背景 至今已識(shí)別出20多種巖石的大地構(gòu)造背景。Pearce and Cann (1971, 1973) 最初認(rèn)識(shí)到起源于火山弧、大洋底和板塊內(nèi)部的巖石地球化學(xué)特征。目前，構(gòu)造環(huán)境的化學(xué)判別已擴(kuò)展到了花崗巖和沉積巖。表1-9是各種巖石可能形成的構(gòu)造背景的綜合表。利用玄武巖的地球化學(xué)不同類型的洋中脊可以被區(qū)分，而不同類型的碰撞帶最好利用花崗巖的地球化學(xué)特征來(lái)判別。被動(dòng)大陸邊緣缺乏巖漿活動(dòng)，因此可以根據(jù)沉積巖的化學(xué)特征來(lái)識(shí)別。板內(nèi)的構(gòu)造環(huán)境可以利用玄武巖和花崗巖，而火山弧可以利用上述所有三種類型的巖石加以判別。 表1-9 各種巖石的大地構(gòu)造背景 大洋中脊 Ocean ridge 正常大洋中脊（以N-MORB為特征） 異常大洋中脊（以E-MORB為特征） 早期引張中心（Incipient spreading center） 弧后盆地中脊 Back-arc basin ridge 弧前盆地中脊 Fore-arc basin ridge 火山弧 Volcanic-arc 大洋弧 Ocean-arc -以拉斑玄武巖為主 大陸弧-Continent-arc以鈣堿性玄武巖為主 活動(dòng)大陸邊緣 Active continental margin 碰撞背景 Collisional setting 陸-陸碰撞帶 陸-弧碰撞帶 板內(nèi)環(huán)境 Intraplate setting 大陸內(nèi)部-正常地殼 normal crust 大陸內(nèi)部-減薄的地殼 attenuated crust 大洋島 Ocean island 裂谷帶 Rifting 被動(dòng)大陸邊緣 Passive continental margin 3.4 判別圖運(yùn)用中需注意的問(wèn)題 判別圖很少時(shí)候能給出確切的大地構(gòu)造背景，它們更多的是給出一些線索，因此它們決不能用來(lái)作為證據(jù)。例如，用現(xiàn)代火山巖資料建立起來(lái)的判別圖來(lái)確定太古代火山巖的構(gòu)造背景將很可能產(chǎn)生模棱兩可的結(jié)果。此外，判別圖決不能用于單個(gè)樣品，而需要一套樣品數(shù)據(jù)。這樣做是為了排除一些偶然的虛假的結(jié)論。 下面將介紹一些廣為使用的判別圖，并對(duì)它們的適用性作一些評(píng)價(jià)。主要是考慮以下幾方面因素： 1. 用于構(gòu)建判別圖和界限的樣品的數(shù)目和情況； 2. 不同區(qū)域中樣品點(diǎn)的重疊程度； 3. 用作判別因子的元素的活動(dòng)性對(duì)圖解使用的影響； 4. 所描繪的構(gòu)造環(huán)境的范圍（種類） 需要指出的是大多數(shù)判別圖是經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，這種方法本身沒(méi)有什么問(wèn)題，但是要使一個(gè)圖最有效的被利用就需要理解它的工作原理。這是一個(gè)圖所隱含的重要的合理的信息。 3.5 用主量元素作為判別因子的判別圖 大量的構(gòu)造判別圖是基于微量元素的（這部分將在以后章節(jié)中介紹），但是主量元素（包括一些少量元素minor elements）在構(gòu)造判別中也具有相同的作用。 3.5.1 玄武巖的主量元素判別圖 用主量元素做判別圖往往較微量元素的差，因?yàn)镸ORB, 弧后盆地拉斑玄武巖和火山弧玄武巖的主量元素含量上存在很大的重疊。這是因?yàn)橹髁吭厥艿蕉喾N可能的因素的影響，因此，很難挑選出完全不活動(dòng)的又不受結(jié)晶分離影響的主量元素。 J.A. Pearce (1976)的F1, F2, F3判別圖 Pearce (1976)利用8個(gè)主要元素的氧化物計(jì)算了三個(gè)判別函數(shù)。根據(jù)這三個(gè)判別函數(shù)建立了兩個(gè)判別圖區(qū)別MORB，板內(nèi)玄武巖（大洋島/大陸玄武巖），鈣堿性玄武巖，島弧拉斑玄武巖和橄欖粗安巖（shoshonite）。三個(gè)判別因子的計(jì)算方法如下： F1= 0.0088SiO2 - 0.0774TiO2 + 0.0102Al2O3 + 0.0066FeO – 0.0017MgO – 0.0143CaO – 0.0155Na2O – 0.0007K2O F2=-0.0130SiO2 - 0.0185TiO2 - 0.0129Al2O3 - 0.0134FeO – 0.0300MgO – 0.0204CaO – 0.0481Na2O – 0.0715K2O F3=-0.02210SiO2 - 0.0532TiO2 - 0.0361Al2O3 - 0.0016FeO – 0.0310MgO – 0.0237CaO – 0.0614Na2O – 0.0289K2O 由F1-F2和F2-F3構(gòu)成的判別圖（圖1-20）中的界線是基于現(xiàn)代新鮮的玄武巖樣品，F(xiàn)eO/Fe2O3 < 0.5的樣品將被剔除。此圖適用的條件是玄武巖的CaO+MgO>12 wt% and <20 wt%; 總量sums (including water) must be between 99 – 101 wt%。計(jì)算式中FeO由全鐵計(jì)算。 圖1-20 玄武巖主量元素判別圖 FeO-MgO-Al2O3判別圖解（T.H. Pearce, 1977） Pearce (1977)利用了8400近代火山巖的主量元素分析數(shù)據(jù)，建立了此構(gòu)造判別圖（圖1-21）。此圖不同于其他圖解，它只適用于SiO2在51~56%的亞堿性玄武巖和玄武安山巖?？梢詤^(qū)分的大地構(gòu)造背景是：大洋脊和洋底玄武巖（MORB），大洋島玄武巖，大陸玄武巖，火山弧和活動(dòng)大陸邊緣玄武巖，擴(kuò)張中心島玄武巖。其中FeO是全鐵（0.9Fe2O3+FeO）。此圖對(duì)于一定SiO2范圍（要換算成干的巖石）的現(xiàn)代亞堿性火山巖是非常有效。各種環(huán)境的堿性玄武巖投影于大陸玄武巖、擴(kuò)張中心島和火山弧三連點(diǎn)區(qū)，并曾橢圓形向富Al2O3端延伸，與亞堿性玄武巖分布區(qū)有許多重疊。所以，它們不適合用此圖，在TAS等巖系劃分圖中可把它們先分出來(lái)。 圖1-21 亞堿性火山巖的FeOt-MgO-Al2O3判別圖解 此圖在應(yīng)用中的限制主要是由于玄武巖中主量元素的運(yùn)動(dòng)性。Pearce (1976)的研究顯示在洋底蝕變中玄武巖的FeO，MgO是活動(dòng)的，在綠片巖相的變質(zhì)作用中Al2O3, MgO是活動(dòng)。還需考慮的是分離結(jié)晶對(duì)區(qū)域的影響，因?yàn)榻Y(jié)晶分離可能會(huì)在一定程度上穿越邊界線。 T.H. Pearce（1975）的TiO2-K2O-P2O5圖解 此圖是利用玄武巖中的少量元素（包括下圖），它較利用微量元素的優(yōu)勢(shì)在于它們?nèi)菀诇y(cè)量和容易獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。Pearce（1975）TiO2-K2O-P2O5圖解的價(jià)值在于區(qū)分大洋玄武巖和大陸玄武巖（圖1-22）。微量元素判別圖常把洋島玄武巖和大陸泛流玄武巖投影于相同區(qū)域。Pearce（1975）發(fā)現(xiàn)在TiO2-K2O-P2O5圖解可以用一條直線將它們區(qū)分，其中大洋玄武巖都位于高TiO區(qū)域。在此圖中的大洋玄武巖包括MORB和造盾階段（the field-building stage）的洋島玄武巖。 此圖不適用堿性玄武巖，所以樣品必需先投影在AFM圖中，將A組分大于20%的樣品剔除。另一個(gè)限制在于K2O是活動(dòng)的，其含量在在蝕變和變質(zhì)巖中是可變的。這樣，蝕變的大洋玄武巖樣品將向K2O偏移，就有可能進(jìn)入大陸玄武巖區(qū)。所以，蝕變的巖石投影于大洋區(qū)時(shí)可以相當(dāng)肯定地認(rèn)為它們是大洋的，盡管結(jié)果還應(yīng)該用其它判別圖來(lái)檢驗(yàn)。 圖1-22 TiO2-K2O-P2O5圖解（Pearce, 1975） 圖1-23 TiO2-MnO-P2O5圖（Mullen,1983） Mullen（1983）的TiO2-MnO-P2O5圖解 Mullen（1983）的TiO2-MnO-P2O5圖解能用來(lái)區(qū)分SiO2在45~54%的玄武巖和玄武安山巖的構(gòu)造背景。構(gòu)造類型包括：MORB，洋島拉斑玄武巖，洋島堿性玄武巖，島弧拉斑玄武巖和鈣堿性玄武巖（圖1-23）。圖中的界線是根據(jù)已發(fā)表的507個(gè)玄武巖數(shù)據(jù)確定的，為了擴(kuò)大投影區(qū)，MnO，P2O5都乘以10，盡管這樣會(huì)擴(kuò)大MnO，P2O5的分析誤差，但增大的誤差仍未超過(guò)區(qū)域的寬度。需要注意的是這些元素的成分變化范圍都很小，對(duì)于所有玄武巖樣品，MnO是0.16-0.24%, P2O5是0.14-0.74% TiO2是0.81-3.07%，因此需要精確的成分測(cè)定。 Mn和Ti容易進(jìn)入玄武巖的結(jié)晶相中，即Mn進(jìn)入橄欖石、輝石和鈦磁鐵礦，Ti進(jìn)入鈦磁鐵礦和輝石。因此，火山弧巖漿和大洋玄武巖之間的差別可以用不同的分離結(jié)晶模式來(lái)解釋。P2O5含量與巖漿源區(qū)或部分熔融程度相關(guān)。元素Mn、Ti、P相對(duì)不活潑，對(duì)綠片巖相變質(zhì)和熱液蝕變作用不敏感，盡管在受碳酸鹽化的巖石中Mn-Ti-P的關(guān)系是不可靠的。 利用K2O-H2O圖解的玄武巖構(gòu)造環(huán)境判別（Muenow et al, 1990） Muenow et al (1990)提出了根據(jù)火山玻璃的K2O，TiO2，H2O含量區(qū)分弧后盆地玄武巖和火山弧玄武巖的判別圖解。弧后盆地玄武巖和MORB的K2O/H2O比值<0.7，而大洋島玄武巖和火山弧玄武巖的K2O/H2O比值>0.7（圖1-24）。MORB與弧后玄武巖存在重疊，盡管弧后的區(qū)域要較MORB的廣泛。H2O的含量是對(duì)新鮮的火山玻璃用高溫質(zhì)譜儀分析獲得的，通常是指600-750℃釋放出來(lái)的水。 圖1-24 玄武巖的K2O-H2O圖解（Muenow et al, 1990）.OIB-ocean-island basalt; BAB- back-arc basalt; Arc- volcanic-arc basalt. 3.5.2 花崗巖的構(gòu)造環(huán)境的主量元素判別 Pearce等（1984）首先研究了已知大地構(gòu)造環(huán)境的花崗巖的地球化學(xué)特征。他們把石英含量大于5%的侵入巖都統(tǒng)稱為花崗質(zhì)巖石，并將花崗巖類分為大洋脊、火山弧、板內(nèi)和碰撞型，每一類進(jìn)一步分成多種亞類，見(jiàn)表1-10。他們的研究認(rèn)為元素Y，Yb，Rb，Ba，K，Nb，Ta，Ce，Sm，Zr和Hf能最有效地區(qū)分不同構(gòu)造環(huán)境的花崗巖。有關(guān)微量元素的分類圖將在下一章中解釋。在此先介紹Maniar et al (1989)和Bechelor et al (1985)利用主量元素的花崗巖構(gòu)造判別圖。 表1-10 花崗巖的大地構(gòu)造環(huán)境類型（Pearce, et al, 1984） 花崗巖類型 大地構(gòu)造環(huán)境類型 Maniar 洋脊花崗巖（ORG） 與正常洋脊有關(guān)的花崗巖 OP 與異常洋脊有關(guān)的花崗巖 與弧后盆地洋脊有關(guān)的花崗巖 與弧前盆地洋脊有關(guān)的花崗巖 火山弧花崗巖（VAG） 以拉斑玄武巖為主的大洋弧中的花崗巖 IAG，CAG 以鈣堿性玄武巖為主的大洋弧中的花崗巖 活動(dòng)大陸邊緣花崗巖 板內(nèi)花崗巖（WPG） 陸內(nèi)環(huán)狀雜巖中的花崗巖 CEUG？ 減薄的陸殼（裂谷）內(nèi)的花崗巖 RRG 洋島花崗巖 碰撞花崗巖（COLG） 陸-陸碰撞的同構(gòu)造（syn-tectonic）花崗巖 CCG，POG 陸-陸碰撞的構(gòu)造后(post-tectonic)花崗巖 陸-弧碰撞的同構(gòu)造（syn-tectonic）花崗巖 花崗巖的主量元素構(gòu)造判別圖（Maniar et al, 1989） Maniar et al (1989)認(rèn)為花崗巖的主量元素也能有效地判定其形成時(shí)的大地構(gòu)造環(huán)境。他們將花崗巖的形成背景分為：島弧花崗巖（IAG）、大陸弧花崗巖（CAG）、大陸碰撞花崗巖（CCG），造山后花崗巖（POG）、與裂谷有關(guān)的花崗巖（RRG）、陸內(nèi)造陸運(yùn)動(dòng)隆起的花崗巖（CEUG）和大洋斜長(zhǎng)花崗巖（OP）。其中IAG，CAG，CCG和POG為造山花崗巖，而RRG，CEUG和OP為非造山花崗巖。與Pearce et al (1984)的花崗巖構(gòu)造背景分類相比，IAG，CAG與火山弧花崗巖（VAG）相當(dāng)，CCG，POG與碰撞花崗巖（COLG）相當(dāng)，OP相似于洋脊花崗巖（ORG），而RRG，CEUG不能與板內(nèi)花崗巖（WPG）完全對(duì)應(yīng)。 在運(yùn)用Maniar et al (1989)的主量元素判別圖時(shí)，必須注意巖石的SiO2含量需大于60%，石英含量大于5%，巖石的時(shí)代屬于顯生宙的（Maniar et al, 1989）。利用圖1-25A可以將OP花崗巖分離出來(lái)；而在B、C、D、E圖中可將RRG+CEUG與IAG+CAG+CCG分別開(kāi)來(lái)；POG具有較高的SiO2，中等的FeO*/(FeO*+MgO)比值和Al2O3,FeO*,MgO含量，如果在B、C、D和E中都投影于此區(qū)（圖1-25中黃色區(qū)域），則可以認(rèn)為是POG。 圖1-25 花崗巖的主量元素構(gòu)造判別圖（Maniar et al, 1989） 花崗巖構(gòu)造的R1-R2判別圖（Bechelor et al, 1985） R1和R2因子不僅被用以火成巖的分類（見(jiàn)前節(jié)），還可以用來(lái)判別巖石形成的構(gòu)造背景。圖1-26是Bechelor et al (1985)提出的R1-R2成分因子判別圖。依據(jù)此圖，可將巖石的形成環(huán)境分為七種：（1）地幔巖漿分異產(chǎn)物；（2）板塊碰撞前的；（3）碰撞后的隆起；造山晚期；（5）非造山；（6）同碰撞；（7）造山后。此判別圖的優(yōu)點(diǎn)在于充分考慮了巖石化學(xué)的總體特征，涉及的元素達(dá)8個(gè)。對(duì)大多數(shù)火成巖來(lái)說(shuō)這8個(gè)元素可占總量的95%以上。但是R1和R1的物理含義還是不清楚。 圖1-26 火成巖的R1-R2成分因子判別圖（Bechelor et al, 1985） R1=4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti); R2=6Ca+2Mg+Al，計(jì)算式中的成分它們陽(yáng)離子數(shù)的1000倍 3.5.3 主量元素對(duì)于沉積巖構(gòu)造環(huán)境的判別 板塊構(gòu)造在兩方面賦予沉積巖具有獨(dú)特的地球化學(xué)特征，其一是不同構(gòu)造環(huán)境具有不同的源區(qū)成分特征；其二是不同構(gòu)造環(huán)境的沉積作用特點(diǎn)各異。沉積盆地的構(gòu)造類型有： 大洋島弧——弧前、弧后盆地，靠近在大洋或薄的大陸地殼上發(fā)展起來(lái)的火山弧。 大陸島弧——弧內(nèi)、弧前、弧后盆地，靠近在厚的大陸地殼或薄的大陸邊緣發(fā)展起來(lái)的火山弧。 活動(dòng)大陸邊緣——安第斯型盆地，是在厚的大陸邊緣上發(fā)展起來(lái)或靠近厚的大陸邊緣。走滑盆地也發(fā)育在此環(huán)境。 被動(dòng)大陸邊緣——裂谷化的大陸邊緣，發(fā)育在大陸邊緣厚的陸殼上；沉積盆地在大陸的后緣（trailing edge）。 碰撞帶環(huán)境——在厚的大陸殼上發(fā)育的沉積盆地。 裂谷環(huán)境——發(fā)育在厚的大陸殼之間的克拉通間盆地。 砂巖沉積構(gòu)造的函數(shù)判別圖（Bhatia, 1983） Bhatia (1983)利用69個(gè)古生代 砂巖的主量元素確定了兩個(gè)判別因子，用這兩個(gè)判別函數(shù)建立了砂巖的判別圖（圖1－27）。四個(gè)不同環(huán)境的砂巖被用來(lái)與現(xiàn)代的沉積物對(duì)比，建立的四個(gè)區(qū)域也用現(xiàn)代的已知構(gòu)造環(huán)境的沉積物來(lái)檢驗(yàn)。 當(dāng)使用此圖時(shí)，需要對(duì)CaO含量高的樣品進(jìn)行校正，即扣除那些形成碳酸鹽的CaO。Haughton (1988)和Winchester & Max (1989)在對(duì)古老的島弧地體和元古代的硅鋁質(zhì)盆地沉積物的研究發(fā)現(xiàn)此圖錯(cuò)誤地劃分了他們的沉積物。所以此圖在運(yùn)用到前寒武紀(jì)的沉積物時(shí)要特別小心。 Discriminant function 1 = - 0.0447SiO2 - 0.972TiO2 + 0.008Al2O3 - 0.267Fe2O3 + 0.208FeO -3.082MnO + 0.140MgO + 0.195CaO + 0.719Na2O - 0.032K2O + 7.510P2O5 + 0.303 Discriminant function 2 = - 0.421SiO2 + 1.988TiO2 - 0.526Al2O3 -0.551Fe2O3 - 1.610FeO +2.720MnO + 0.881MgO - 0.907CaO - 0.177Na2O – 1.840K2O - 7.244P2O5 + 43.57 圖1-27砂巖的函數(shù)判別圖（Bhatia, 1983） 圖1-28砂巖－泥巖的K2O/Na2O-SiO2判別圖（Roser & Korsch, 1986） 砂巖－泥巖的K2O/Na2O-SiO2構(gòu)造判別圖（Roser & Korsch, 1986） 在Roser & Korsch（1986）的K2O/Na2O-SiO2構(gòu)造判別圖上，沉積環(huán)境大致可分成三種：被動(dòng)大陸邊緣（PM）、活動(dòng)大陸邊緣（ACM）和大洋島?。ˋRC）(圖1-28)。圖中的區(qū)域是根據(jù)古代的已知沉積環(huán)境的化學(xué)分析數(shù)據(jù)建立的，并得到現(xiàn)代沉積物的檢驗(yàn)。投影是需將數(shù)據(jù)換算成無(wú)水的（干的）。但是，沉積巖的化學(xué)成分受到顆粒大小的影響，Roser & Korsch （1986）將現(xiàn)代沉積巖中的砂巖－泥巖成對(duì)投影，以檢驗(yàn)此圖對(duì)砂巖和泥巖各自的有效性。一般情況下，沉積巖會(huì)落入預(yù)定的位置，盡管有時(shí)會(huì)將弧前砂投影到ARC區(qū)域，而伴隨的泥投在ACM區(qū)。 如果沉積物中富集碳酸鹽組分，則必須重新計(jì)算成無(wú)CaCO3的組成。如果沒(méi)這樣做，將使樣品變成的SiO2的，從而從被動(dòng)大陸邊緣區(qū)進(jìn)入火山弧區(qū)。 砂巖的雙變量判別圖（Bhatia, 1983） 產(chǎn)于大洋弧、大陸弧，被動(dòng)大陸邊緣和活動(dòng)大陸邊緣的現(xiàn)代砂巖在成分上是多變的，特別是在Fe2O3t+MgO含量和Al2O3/SiO2，K2O/Na2O和Al2O3/(CaO+Na2O)比值上。Bhatia (1983)用這些化學(xué)變量作了一系列雙變圖來(lái)區(qū)分不同的構(gòu)造環(huán)境。圖1-29是其中的兩個(gè)例子。 圖1-29 砂巖判別圖(Bhatia, 1983) 利用砂巖－泥巖的主量元素判別它們的源區(qū)性質(zhì)（Roser & Korsch, 1988） Roser & Korsch（1988）將沉積巖源區(qū)主要分成鐵鎂質(zhì)、中性的和長(zhǎng)英質(zhì)火成巖以及石英質(zhì)沉積物區(qū)。他們的研究以248個(gè)化學(xué)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，其中Al2O3/SiO2、K2O/Na2O比值和Fe2O3t+MgO含量被認(rèn)為是最有價(jià)值的判別因子。 基于Ti, Al, Fe, Mg, Ca, Na和K氧化物的最初的兩個(gè)判別因子投影圖最有效分辨出四個(gè)物源區(qū)（圖1-30a）。對(duì)于CaCO3中生物成因的CaO和生物成因的SiO2的問(wèn)題，可以通過(guò)基于TiO2、Fe2O3t、MgO、K2O、Na2O與Al2O3比值的函數(shù)判別因子圖解得以解決（圖1-30b）。但是比值判別圖沒(méi)有基于原始氧化物含量的判別圖有效。 其中圖1-30a中的判別因子計(jì)算方程是： Discriminant function 1 = -1.773TiO2 + 0.607Al2O3 + 0.76Fe2O3t - 1.5MgO + 0.616CaO + 0.509Na2O – 1.224K2O - 9.09 Discriminant function 2 = 0.445TiO2 + 0.07Al2O3 - 0.25Fe2O3t - 1.142MgO + 0.438CaO + 1.475Na2O + 1.426K2O – 6.861 圖1-30b中的判別因子計(jì)算方程是： Discriminant function 1 = 30.638TiO2/Al2O3 – 12.541Fe2O3t/Al2O3 + 7.329MgO/Al2O3 + 12.031Na2O/Al2O3 + 35.402K2O/Al2O3 – 6.382 Discriminant function 2 = 56.500TiO2/Al2O3 – 10.879Fe2O3t/Al2O3 + 30.875MgO/Al2O3 – 5.404Na2O/Al2O3 + 11.112K2O/Al2O3 – 3.89 圖1-30主量元素判別砂巖－泥巖套的源區(qū)特征（Roser & Korsch, 1988）