盆地发育构造背境教案赖绍聪省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

盆地发育结构背景火成岩分析多媒体电子教案西北大学地质系赖绍聪6月第1页概述 二十世纪早期，岩石学家开始注意到不一样类型火成岩含有显著地域分布规律。A.哈克提出大西洋和太平洋岩域(Province)概念 冯.沃尔夫依据大陆玄武岩分布，增加了北极岩套(Arctic Suite)概念 19尼格里依据含钾岩流，又提出了地中海岩套概念。然而，这些单纯地理性区域概念还未明确地包括结构背景。二十世纪六十年代，伴随板块学说建立，岩浆成因和火成岩成份改变规律被赋予了全新地质结构含义。不一样火成岩岩石系列与全球结构关系，也即火成岩组合在不一样地域重复出现，成份改变和分布规律与结构背景关系引发了地学界广泛重视。当前，人们已经识别出地球上有三种主要岩浆系列。即拉斑玄武质、钙碱质及碱质系列，每个系列都由侵位于地壳中或喷出于其上一组紧密相关岩浆岩石组合组成。当用板块结构理论考虑问题时，人们深入认识到这三种岩浆系列以及火成岩石共生组合有着完全不一样分布特点。第2页 Ringwood(1969)Ringwood(1969)提出了按板块结构环境分类岩浆意见，以及岩浆产生与提出了按板块结构环境分类岩浆意见，以及岩浆产生与板块结构相互关系示意图板块结构相互关系示意图(图图1)1)。Dikinson(1971)首次提出了首次提出了“岩石结构组合岩石结构组合”(Petrotectonic assembleges)概念。概念。Condie(1976)按照板块结构模式将岩石结构组合概念系统化，讨论了其成按照板块结构模式将岩石结构组合概念系统化，讨论了其成因，并提出了生成环境可分为板块边缘和板块内部两大类，多数岩浆都是在板因，并提出了生成环境可分为板块边缘和板块内部两大类，多数岩浆都是在板块边缘生成。它们能够深入细分为汇聚边缘，离散边缘，边缘盆地，大洋盆地，块边缘生成。它们能够深入细分为汇聚边缘，离散边缘，边缘盆地，大洋盆地，裂谷系，克拉通和碰撞带等不一样环境及其对应岩石结构组合裂谷系，克拉通和碰撞带等不一样环境及其对应岩石结构组合(表表1)。80年代以来，把火成岩岩石学与大地结构学亲密结合研究有了更大发展，年代以来，把火成岩岩石学与大地结构学亲密结合研究有了更大发展，人们系统地总结了不一样岩浆系列以及板内，边缘盆地，岛孤等各种结构环境人们系统地总结了不一样岩浆系列以及板内，边缘盆地，岛孤等各种结构环境岩浆作用、火成岩组合以及岩浆成因机制，从而使得火成岩大地结构学作为一岩浆作用、火成岩组合以及岩浆成因机制，从而使得火成岩大地结构学作为一门新地质学科日趋完善。门新地质学科日趋完善。第3页岩浆产生与板块结构相互关系岩浆产生与板块结构相互关系第4页第5页 沉积盆地形成与发育与板块结构演化有着十分亲密关系。当把各种沉积盆地形成与发育与板块结构演化有着十分亲密关系。当把各种类型沉积盆地纳入板块结构范围内时，则可将这些沉积盆地归结为四类：类型沉积盆地纳入板块结构范围内时，则可将这些沉积盆地归结为四类：(1)与板块内部结构相关沉积盆地与板块内部结构相关沉积盆地(大陆克拉通，大洋板块大陆克拉通，大洋板块)；(2)与板块扩张带与板块扩张带(离散型边缘离散型边缘)相关沉积盆地；相关沉积盆地；(3)与板块接合带相关沉积盆地与板块接合带相关沉积盆地(聚敛型边缘聚敛型边缘)；(4)过渡型过渡型(转换型转换型)沉积盆地。沉积盆地。第6页1 1、板内岩浆活动、板内岩浆活动及与板内环境相关沉积盆地及与板内环境相关沉积盆地1.11.1大陆克拉通区大陆克拉通区1.1.1大陆克拉通区岩浆活动及其火成岩组合在在大大陆陆克克拉拉通通地地域域火火成成岩岩并并不不十十分分发发育育。大大陆陆克克拉拉通通区区发发觉觉火火成成岩岩大大多多呈呈小小型型侵侵入杂岩体、岩墙、岩床、火山颈、岩管或入杂岩体、岩墙、岩床、火山颈、岩管或(少数情况下少数情况下)呈呈小火山区小火山区出现。出现。火成岩成份改变比洋壳区要复杂得多。火成岩成份改变比洋壳区要复杂得多。大大陆陆板板块块内内火火成成岩岩主主要要有有：金金伯伯利利岩岩、碱碱性性岩岩(高高钾钾岩岩系系)、高高原原溢溢流流玄玄武武岩岩以以及及火成碳酸盐火成碳酸盐四种组合类型。四种组合类型。第7页1.1.2大陆克拉通区沉积盆地克克拉拉通通盆盆地地包包含含地地台台盆盆地地和和稳稳定定大大陆陆边边缘缘盆盆地地。它它们们含含有有与与大大洋洋盆盆地地一一样样沉沉降降幅幅度，说明大洋和大陆之下岩石圈厚度是大致相同，深部温度分布是类似。度，说明大洋和大陆之下岩石圈厚度是大致相同，深部温度分布是类似。克拉通盆地沉降能够由岩石圈伸展作用和随热穹隆作用后收缩作用产生。克拉通盆地沉降能够由岩石圈伸展作用和随热穹隆作用后收缩作用产生。上上涌涌软软流流圈圈或或地地幔幔热热柱柱除除产产生生上上面面所所讨讨论论相相关关大大陆陆克克拉拉通通岩岩浆浆活活动动处处，另另一一个个主主要要方方面面是是使使岩岩石石圈圈成成为为穹穹窿窿，而而上上隆隆地地壳壳被被剥剥蚀蚀，继继成成穹穹作作用用之之后后热热收收缩缩产产生生了了地地台盆地，或在开阔大洋四面产生一系列边缘盆地。台盆地，或在开阔大洋四面产生一系列边缘盆地。稳稳定定大大陆陆边边缘缘沉沉陷陷还还能能够够由由大大陆陆地地壳壳变变薄薄所所产产生生，这这种种地地壳壳变变薄薄是是由由相相对对可可伸伸展展下部地壳向大洋下上地幔逐步蠕动而引发。下部地壳向大洋下上地幔逐步蠕动而引发。另另外外，拗拗陷陷中中沉沉积积物物堆堆积积使使岩岩石石圈圈负负载载加加重重，也也可可引引发发深深入入沉沉陷陷，但但计计算算表表明明，与其它效应相比，沉积物载荷作用对沉陷贡献要次要得多。与其它效应相比，沉积物载荷作用对沉陷贡献要次要得多。而而许许多多宽宽广广平平阔阔盆盆地地往往往往是是拗拗拉拉谷谷再再生生继继承承性性盆盆地地，它它们们形形成成与与克克拉拉通通基基底底结结构构对盆地控制相关。对盆地控制相关。部部分分克克拉拉通通盆盆地地是是因因为为受受到到相相邻邻板板块块运运动动影影响响，大大陆陆岩岩石石圈圈板板块块内内部部发发生生形形变变产产生沉降而成。生沉降而成。第8页1.2 1.2 大洋板块大洋板块1.2.1 大洋板内岩浆活动及其火成岩组合从从板板块块结结构构角角度度来来考考查查火火成成岩岩组组合合与与结结构构背背景景关关系系，大大洋洋地地域域似似乎乎比比大大陆陆地地域域更显出规律性。更显出规律性。大洋壳范围内岩浆喷发是少许，这种喷发由火山岛和洋底火山显示出来大洋壳范围内岩浆喷发是少许，这种喷发由火山岛和洋底火山显示出来它们有两种基本产状，火山岛链和孤立火山。它们有两种基本产状，火山岛链和孤立火山。夏威夷群岛、澳特腊尔马绍尔吉尔伯特群岛是经典火山岛链。夏威夷群岛、澳特腊尔马绍尔吉尔伯特群岛是经典火山岛链。火火山山链链可可能能是是当当大大洋洋岩岩石石圈圈在在地地幔幔柱柱(热热点点)上上运运移移时时，由由地地幔幔柱柱(热热点点)产产生生，地幔柱内或地幔柱上面产生岩浆喷发出来形成了海山和岛链地幔柱内或地幔柱上面产生岩浆喷发出来形成了海山和岛链(图图2)2)。第9页第10页第11页大洋板内火山岛链往往显示出有规律演化历史，夏威夷群岛就是一个实例。大洋板内火山岛链往往显示出有规律演化历史，夏威夷群岛就是一个实例。在该地域，一个特定火山最老岩石均为橄榄拉斑玄武岩，随即富铁石英拉斑在该地域，一个特定火山最老岩石均为橄榄拉斑玄武岩，随即富铁石英拉斑玄武岩丰度增大，最终是少许碱性玄武岩玄武岩丰度增大，最终是少许碱性玄武岩(及其分异物及其分异物)。这种事件次序用热点模式最轻易解释。这种事件次序用热点模式最轻易解释。在热点模式中，认为那些早期岩浆活动反应了在地幔热柱中或其上面广泛熔在热点模式中，认为那些早期岩浆活动反应了在地幔热柱中或其上面广泛熔融作用。伴随火山在热点上运动，少许岩浆抵达地表，以及浅处，分离结晶作融作用。伴随火山在热点上运动，少许岩浆抵达地表，以及浅处，分离结晶作用变得更占优势，产生较多石英拉斑玄武岩。用变得更占优势，产生较多石英拉斑玄武岩。伴随火山趋近地幔柱边缘，等温线下降，熔融作用深度及程度减小，结果产伴随火山趋近地幔柱边缘，等温线下降，熔融作用深度及程度减小，结果产生小体积碱性玄武岩。生小体积碱性玄武岩。第12页1.2.2 大洋板内沉积盆地位位于于洋洋中中脊脊与与大大陆陆边边缘缘之之间间大大洋洋盆盆地地，是是因因为为伴伴随随海海底底扩扩张张热热结结构构效效应应而而沉降。洋脊推力和大陆边缘阻力使整个盆地处于比较微弱挤压应力状态。沉降。洋脊推力和大陆边缘阻力使整个盆地处于比较微弱挤压应力状态。需需要要指指出出是是，大大洋洋盆盆地地中中沉沉积积作作用用除除受受到到气气候候带带、靠靠近近大大陆陆边边缘缘程程度度及及海海底底扩扩张张影影响响外外，还还与与大大洋洋板板内内岩岩浆浆活活动动形形成成火火山山岛岛链链(海海山山)分分布布情情况况亲亲密密相相关。关。在在火火山山岛岛链链附附近近，熔熔岩岩物物质质、火火山山碎碎屑屑物物将将是是沉沉积积物物主主要要组组分分，海海底底火火山山锥还经常成为碳酸盐礁和它们周围沉积岩裙基底。锥还经常成为碳酸盐礁和它们周围沉积岩裙基底。第13页2 2 离散型板块边缘岩浆活动离散型板块边缘岩浆活动及与离散型边缘相关沉积盆地及与离散型边缘相关沉积盆地2.1 2.1 大陆裂谷系岩浆活动及与大陆裂谷系相关沉积盆地大陆裂谷系岩浆活动及与大陆裂谷系相关沉积盆地2.1.1 大陆裂谷系岩浆活动及其火成岩组合裂裂谷谷带带(Rift(Rift Vallay)Vallay)是是地地表表最最主主要要结结构构活活动动带带之之一一，是是沿沿大大致致平平行行断断裂裂发发育育凹凹陷地形，属于一个影响深、延展长大型伸展结构陷地形，属于一个影响深、延展长大型伸展结构(马杏垣，马杏垣，1982)1982)。因因为为裂裂谷谷带带之之下下热热地地幔幔上上涌涌和和岩岩石石圈圈在在伸伸展展应应变变发发展展进进程程中中变变薄薄，在在早早期期裂裂谷谷作作用用以以前前，首首先先将将产产生生岩岩石石圈圈破破裂裂前前拱拱起起阶阶段段(图图6a)6a)，形形成成大大型型穹穹隆隆结结构构和和伴伴生生三联结构以及众多断块结构，并伴随大面积陆相碱性和次碱性玄武岩喷发。三联结构以及众多断块结构，并伴随大面积陆相碱性和次碱性玄武岩喷发。当当足足够够伸伸展展作作用用影影响响到到穹穹状状隆隆起起区区域域时时，岩岩石石圈圈下下部部可可能能因因为为软软流流圈圈物物质质挤挤入入和和岩岩石石圈圈向向下下陷陷落落而而变变薄薄，上上部部则则因因铲铲式式断断层层效效应应和和塑塑性性流流动动而而伸伸展展，于于是是地地壳壳表面发生沉降，形成陆内裂谷或大陆裂谷表面发生沉降，形成陆内裂谷或大陆裂谷(intracontinental rift)(intracontinental rift)(图图6b)6b)。陆陆内内裂裂谷谷盆盆地地基基底底和和两两侧侧都都是是大大陆陆地地壳壳，而而且且基基底底地地壳壳厚厚度度比比两两侧侧陆陆块块地地壳壳厚厚度更薄一些。度更薄一些。东非、莱茵、贝加尔等裂谷就处于这个阶段。东非、莱茵、贝加尔等裂谷就处于这个阶段。第14页第15页第16页第17页裂谷带中火山岩种类是各种多样，大陆裂谷以碱性岩组合或双峰火山杂岩为裂谷带中火山岩种类是各种多样，大陆裂谷以碱性岩组合或双峰火山杂岩为特征。特征。普通地说，裂谷早期以强碱性或碱性系列为主，而碱性或拉斑系列是裂谷期普通地说，裂谷早期以强碱性或碱性系列为主，而碱性或拉斑系列是裂谷期产物。产物。东非裂谷西支、莱茵地堑和贝加尔裂谷均属于弱火山活动型，其特点是：火东非裂谷西支、莱茵地堑和贝加尔裂谷均属于弱火山活动型，其特点是：火山喷发产物少，火山活动在空间上不连续，山喷发产物少，火山活动在空间上不连续，K/(Na+K)K/(Na+K)比值改变范围大，岩石组比值改变范围大，岩石组合是强碱性和次饱和合是强碱性和次饱和(霞石岩和碧玄岩霞石岩和碧玄岩)。强火山活动型裂谷以东非裂谷东支为代表，火山活动强烈，岩石组合以双峰强火山活动型裂谷以东非裂谷东支为代表，火山活动强烈，岩石组合以双峰式为特征，二者反应活动程度不一样，分裂速度不一样，岩浆起源深度不一样。式为特征，二者反应活动程度不一样，分裂速度不一样，岩浆起源深度不一样。第18页因为裂谷扩张，早期喷出岩分布在裂谷边部台地上，晚期则分布在裂谷轴部因为裂谷扩张，早期喷出岩分布在裂谷边部台地上，晚期则分布在裂谷轴部地带，形成一个对称环带分布。地带，形成一个对称环带分布。比如肯尼亚裂谷南段，强碱霞石岩比如肯尼亚裂谷南段，强碱霞石岩富钙响岩富钙响岩碳酸岩组成中心式火山，分布碳酸岩组成中心式火山，分布在裂谷边部台地上，主要是裂前拱阶段形成；中等碱性橄榄玄武岩在裂谷边部台地上，主要是裂前拱阶段形成；中等碱性橄榄玄武岩橄榄粗安橄榄粗安岩岩粗面岩粗面岩碱流岩碱流岩贫钙响岩系列，分布在裂谷底部辽阔溢流熔岩和低矮盾形贫钙响岩系列，分布在裂谷底部辽阔溢流熔岩和低矮盾形火山中，它是裂谷期主要岩浆类型，并出现双峰组合火山中，它是裂谷期主要岩浆类型，并出现双峰组合(Baker,1981)(Baker,1981)。对于裂谷带中火山岩类型这种双侧分布特点另一个解释是，伴随裂谷中脊区对于裂谷带中火山岩类型这种双侧分布特点另一个解释是，伴随裂谷中脊区高应力释放，将产生较强火山活动，生成拉斑质岩浆；而两侧低应力释放，产高应力释放，将产生较强火山活动，生成拉斑质岩浆；而两侧低应力释放，产生较弱火山活动生成碱质岩浆。生较弱火山活动生成碱质岩浆。第19页2.1.2大陆裂谷沉积盆地 大陆裂谷盆地是因为大陆地壳不停变薄而使盆地沉降，同时，两侧陆块大陆裂谷盆地是因为大陆地壳不停变薄而使盆地沉降，同时，两侧陆块不停剥蚀和盆地中沉积物不停堆积也使岩石圈均衡沉降；不停隆起大陆断不停剥蚀和盆地中沉积物不停堆积也使岩石圈均衡沉降；不停隆起大陆断块是主要蚀源地，沉积主要在大陆环境中发生，沉积组合是以与碱性或拉块是主要蚀源地，沉积主要在大陆环境中发生，沉积组合是以与碱性或拉斑质陆相喷发岩成互层大陆红层为特征。斑质陆相喷发岩成互层大陆红层为特征。第20页2.2 2.2 陆间裂谷系岩浆活动及与陆间裂谷相关沉积盆地陆间裂谷系岩浆活动及与陆间裂谷相关沉积盆地2.2.1 陆间裂谷系岩浆活动及其火成岩组合陆陆间间裂裂谷谷与与大大陆陆裂裂谷谷含含有有亲亲密密成成因因联联络络，它它是是在在大大陆陆裂裂谷谷基基础础上上深深入入演演化化结结果果。在在大大陆陆裂裂谷谷基基础础上上，当当岩岩石石圈圈上上部部伸伸展展变变薄薄已已到到达达软软流流圈圈等等势势面面深深度度时时，软软流流圈圈物物质质沿沿裂裂谷谷轴轴部部贯贯入入、溢溢出出，新新洋洋壳壳开开始始形形成成，大大陆陆岩岩石石圈圈板板块块彻彻底底分分裂裂并并开开始始向向两两侧侧离离散散，海海水水淹淹没没了了整整个个谷谷底底，于于是是，陆陆内内裂裂谷盆地演化成含有扩张脊狭窄洋盆或陆间裂谷盆地。谷盆地演化成含有扩张脊狭窄洋盆或陆间裂谷盆地。陆陆间间裂裂谷谷(Intercontinental(Intercontinental rift)rift)两两侧侧是是大大陆陆地地壳壳，盆盆地地基基底底不不是是陆陆壳壳而是过渡型地壳和大洋地壳。而是过渡型地壳和大洋地壳。比如红海，亚丁湾，加利福尼亚湾等。比如红海，亚丁湾，加利福尼亚湾等。与与大大陆陆裂裂谷谷带带不不一一样样是是，陆陆间间裂裂谷谷中中轴轴部部分分将将出出现现显显著著拉拉斑斑玄玄武武质质岩岩浆浆活活动动，甚甚至至产产生生低低钾钾类类似似于于MORBMORB拉拉斑斑系系列列岩岩浆浆活活动动，说说明明伴伴随随大大陆陆板板块块分分裂裂，岩岩浆浆碱碱度度逐逐步步下下降降，直直到到形形成成大大洋洋裂裂谷谷，而而成成为为洋洋中中脊脊或或类类洋洋中中脊脊结结构环境和近似岩浆活动和火成岩组合。构环境和近似岩浆活动和火成岩组合。第21页第22页第23页第24页2.2.2 陆间裂谷沉积盆地陆间裂谷沉积是在过渡地壳或洋壳基底上堆积，这种远比一般陆壳薄很多并在继续变薄基底，以及在变薄同时地壳中发生失热沉降，是引起盆地沉降和海水侵入主要原因。过渡地壳产生，一方面是经过陆壳伸展变薄，形成厚度薄于一般陆壳但性质与陆壳相似准大陆地壳；其次，由于凹陷内火山活动和同期沉积作用，形成了包括熔岩流、岩墙、岩床和海相沉积等火成组分与沉积组分相混杂地壳剖面，从而产生一种厚度大于一般大洋地壳但属于大洋性质准大洋地壳。其沉积类型以红层熔岩浊积岩组合为特征(图7)。第25页第26页2.3 2.3 大洋中脊岩浆活动及与洋中脊相关沉积盆地大洋中脊岩浆活动及与洋中脊相关沉积盆地大大洋洋中中脊脊是是最最主主要要离离散散型型板板块块边边缘缘，是是大大洋洋区区中中最最大大量量火火成成岩岩产产生生地地，也也是洋壳产生地方，洋底不停在中脊处形成，而后运移到大洋各外。是洋壳产生地方，洋底不停在中脊处形成，而后运移到大洋各外。大大洋洋中中脊脊以以产产生生拉拉斑斑玄玄武武岩岩和和缺缺乏乏安安山山岩岩为为特特征征，这这种种拉拉斑斑玄玄武武岩岩，通通常常称为洋脊拉斑玄武岩称为洋脊拉斑玄武岩(MORB(MORBmid ocean ridge basalt)mid ocean ridge basalt)。板板块块扩扩张张引引发发压压力力释释放放将将产产生生岩岩浆浆，沿沿洋洋中中脊脊，地地震震活活动动产产生生于于较较浅浅深深度度上上，而而观观察察到到热热流流却却很很高高，说说明明该该区区贫贫碱碱拉拉斑斑质质玄玄武武岩岩浆浆产产生生于于较较浅浅深深度度位位置上置上(Jokat(Jokat等，等，1992)1992)。第27页第28页洋脊拉斑玄武岩主要有以下特征：洋脊拉斑玄武岩主要有以下特征：(1)(1)斑晶或为橄榄石或为斜长石，或二者兼而有之。基质矿物是橄榄石、斜斑晶或为橄榄石或为斜长石，或二者兼而有之。基质矿物是橄榄石、斜长石、单斜辉石和铁矿物，常含有玻璃质及结晶矿物雏晶。长石、单斜辉石和铁矿物，常含有玻璃质及结晶矿物雏晶。(2)(2)低钾低钾(K(K2 2O0.4%)O0.4%)高钛高钛(TiO(TiO2 2为为0.7-2.3%)P0.7-2.3%)P2 2O O5 5含量低含量低(0.25%),(FeO+(100km100km后，玄武岩辉长岩转变为石英榴辉岩，石英榴辉岩局部熔融后，玄武岩辉长岩转变为石英榴辉岩，石英榴辉岩局部熔融形成原生形成原生SiO2SiO2中等含量熔浆，从中等含量熔浆，从100100150km150km俯冲带上升这种俯冲带上升这种SiOSiO2 2中等含量含水熔浆中等含量含水熔浆进入消减带上面地幔楔形区，这种熔浆在这么深度上与地幔橄榄岩是不能平衡共存，进入消减带上面地幔楔形区，这种熔浆在这么深度上与地幔橄榄岩是不能平衡共存，亦即与亦即与OlOl是不能平衡共存，所以与是不能平衡共存，所以与OlOl发生反应形成辉石发生反应形成辉石(Ol+(Ol+富富SiOSiO2 2液体液体Py)Py)，使，使橄榄岩转变为辉石岩。因为新形成辉石岩比重小于上覆地幔橄榄岩以及其中隙间液橄榄岩转变为辉石岩。因为新形成辉石岩比重小于上覆地幔橄榄岩以及其中隙间液体存在，使辉石岩含有很大活动性，它从消减带以底劈方式上升。含水辉石岩底劈体存在，使辉石岩含有很大活动性，它从消减带以底劈方式上升。含水辉石岩底劈岩块在上升过程中开始发生熔融，类似于从上升地幔橄榄岩底劈岩块中形成玄武岩岩块在上升过程中开始发生熔融，类似于从上升地幔橄榄岩底劈岩块中形成玄武岩岩浆模式。在岩浆模式。在100km100km深处，辉石岩可能是含深处，辉石岩可能是含GaGa，在较浅处，在较浅处GaGa不稳定，其组分进入辉不稳定，其组分进入辉石固熔体中。对于从石固熔体中。对于从100100150km150km深处消减带上升含水辉石岩底劈岩块来说：深处消减带上升含水辉石岩底劈岩块来说：假如在假如在10010060km60km发生局部熔融熔浆分离形成均一独立岩浆，则具发生局部熔融熔浆分离形成均一独立岩浆，则具OlOl拉斑玄武岩拉斑玄武岩Q Q拉斑玄武岩组成；拉斑玄武岩组成；假如在假如在606040km40km内发生局部熔浆分离，则形成玄武安山岩岩浆；内发生局部熔浆分离，则形成玄武安山岩岩浆；假如在假如在404020km20km内局部熔浆从上升底劈岩块中分离出去，则就形成安山岩岩浆。内局部熔浆从上升底劈岩块中分离出去，则就形成安山岩岩浆。第40页3、弧后盆地弧后盆地(边缘海盆边缘海盆)(back)(backarc basins arc basins 或或marginal basins)marginal basins)：弧后弧后(边缘边缘)盆地是半封闭盆地，或处于岛弧体系之间一系列小海盆。普通认为它们是弧后区盆地是半封闭盆地，或处于岛弧体系之间一系列小海盆。普通认为它们是弧后区次级海底扩张产物次级海底扩张产物(图图14)14)。边缘海盆可能有各种成因。但最少其中一些海盆含有性质所表明成因类似于扩边缘海盆可能有各种成因。但最少其中一些海盆含有性质所表明成因类似于扩张洋脊处形成大洋岩石圈那样作用过程。张洋脊处形成大洋岩石圈那样作用过程。从这些海盆中获取拉斑玄武岩类岩石岩石学和地球化学资料，在常量元素和微从这些海盆中获取拉斑玄武岩类岩石岩石学和地球化学资料，在常量元素和微量元素、同位素比值方面及模式上和标准成份上都类似洋脊拉斑玄武岩类。量元素、同位素比值方面及模式上和标准成份上都类似洋脊拉斑玄武岩类。其化其化学性质多半可归因于低压下分离结晶作用。它们在成份上改变范围与学性质多半可归因于低压下分离结晶作用。它们在成份上改变范围与MORB部分部分一致。一致。最可能成因是橄榄质地幔分离熔融和在迟缓扩张最可能成因是橄榄质地幔分离熔融和在迟缓扩张(半速率半速率1 12cm/a)2cm/a)岩石圈中侵岩石圈中侵位。未必会是俯冲洋壳熔融，也未必会和岛弧拉斑玄武岩有亲缘关系。位。未必会是俯冲洋壳熔融，也未必会和岛弧拉斑玄武岩有亲缘关系。推测边缘海盆玄武岩化学上微小改变是受到熔融分离深度、地幔熔融范围或随推测边缘海盆玄武岩化学上微小改变是受到熔融分离深度、地幔熔融范围或随即分离结晶范围所控制。普通说，这些玄武岩演化有点象即分离结晶范围所控制。普通说，这些玄武岩演化有点象MORBMORB；化学上改变范围；化学上改变范围可能与海盆下温度梯度差异相关。边缘海盆作为地幔分离熔融产生新洋壳所在地可能与海盆下温度梯度差异相关。边缘海盆作为地幔分离熔融产生新洋壳所在地而含有显著主要性。在搞清楚造山带演化和搞清楚常认作为洋壳碎块蛇绿岩成因而含有显著主要性。在搞清楚造山带演化和搞清楚常认作为洋壳碎块蛇绿岩成因上它们也是主要。上它们也是主要。第41页第42页第43页第44页3.1.2 与俯冲带相关沉积盆地 俯俯冲冲带带含含有有较较为为复复杂杂结结构构特特征征，与与其其相相关关沉沉积积盆盆地地主主要要包包含含：海海沟沟盆盆地地，弧弧前前盆地盆地，弧间盆地和弧后弧间盆地和弧后(边缘海边缘海)盆地盆地(图图15)15)。第45页海沟盆地：海沟盆地：海沟盆地是大洋板块俯冲下插，岩石圈弯曲下降到弧沟系之下结海沟盆地是大洋板块俯冲下插，岩石圈弯曲下降到弧沟系之下结果。俯冲板块下弯和沉降是其主要形成机制。这个以大洋壳为基底地形深渊中果。俯冲板块下弯和沉降是其主要形成机制。这个以大洋壳为基底地形深渊中并无显著岩浆活动，海沟盆地内火成岩主要为消减洋壳中变质拉斑玄武岩、辉并无显著岩浆活动，海沟盆地内火成岩主要为消减洋壳中变质拉斑玄武岩、辉长岩、橄榄岩，以及部分岛弧拉斑和岛弧钙碱系列岩石，它们以结构岩块形式长岩、橄榄岩，以及部分岛弧拉斑和岛弧钙碱系列岩石，它们以结构岩块形式混杂堆积在俯冲杂岩之中。混杂堆积在俯冲杂岩之中。弧前盆地：弧前盆地：弧前盆地发生在弧沟间隙区内，即海沟轴与岩浆弧之间地段。弧前盆地发生在弧沟间隙区内，即海沟轴与岩浆弧之间地段。弧前盆地基底有是陆壳或大陆性过渡壳，有是因俯冲增生而圈闭残留洋壳，或弧前盆地基底有是陆壳或大陆性过渡壳，有是因俯冲增生而圈闭残留洋壳，或直接跨覆在岩浆弧与俯冲杂岩或岩浆弧、残留洋壳与俯冲杂岩之上。俯冲引发直接跨覆在岩浆弧与俯冲杂岩或岩浆弧、残留洋壳与俯冲杂岩之上。俯冲引发地幔冷却和俯冲剥蚀以及沉积负载均衡下降是弧前盆地沉降主要原因。弧前盆地幔冷却和俯冲剥蚀以及沉积负载均衡下降是弧前盆地沉降主要原因。弧前盆地底部常见大洋拉斑或岛弧拉斑玄武岩以及深成辉长岩，盆地内侧因岩浆弧火地底部常见大洋拉斑或岛弧拉斑玄武岩以及深成辉长岩，盆地内侧因岩浆弧火山活动而可出现岛弧拉斑或钙碱质熔岩流，以及火山碎屑岩、凝灰岩，它们与山活动而可出现岛弧拉斑或钙碱质熔岩流，以及火山碎屑岩、凝灰岩，它们与盆地中沉积岩系成指状交互穿插。盆地中沉积岩系成指状交互穿插。第46页弧内盆地：弧内盆地：弧内盆地通常平行于弧走向延伸，是以断层为界张裂盆地，基底为弧内盆地通常平行于弧走向延伸，是以断层为界张裂盆地，基底为过渡壳或陆壳，它形成可能与深部岩浆上升使弧地壳隆起产生拉张结构相关，也过渡壳或陆壳，它形成可能与深部岩浆上升使弧地壳隆起产生拉张结构相关，也可能同火山和结构原因局部沉降相关，还可同早期弧间盆地发育相关可能同火山和结构原因局部沉降相关，还可同早期弧间盆地发育相关(Dickinson,1974)(Dickinson,1974)。因为岩浆弧地壳深处扩张作用，使得弧间盆地内岩浆活动很因为岩浆弧地壳深处扩张作用，使得弧间盆地内岩浆活动很类似于双峰式（？）火山岩系，以玄武岩流纹安山岩套为特征，其岩浆成份较类似于双峰式（？）火山岩系，以玄武岩流纹安山岩套为特征，其岩浆成份较岛弧岩浆更偏酸性和碱性，且更富于暴发性。岛弧岩浆更偏酸性和碱性，且更富于暴发性。弧间盆地：弧间盆地：位于岩浆弧与残弧之间弧间盆地被认为是由弧内扩张作用从弧内盆位于岩浆弧与残弧之间弧间盆地被认为是由弧内扩张作用从弧内盆地演变而来。而残弧就是从岩浆弧分裂出去残留地质体。这种拉张作用，既可使地演变而来。而残弧就是从岩浆弧分裂出去残留地质体。这种拉张作用，既可使洋内弧分裂，也可使陆缘弧分裂。因为弧间盆地普遍地进行着海底扩张，因而其洋内弧分裂，也可使陆缘弧分裂。因为弧间盆地普遍地进行着海底扩张，因而其岩浆活动与弧后盆地有类似之处。深海钻探表明，弧间盆地中常见玄武岩枕状岩岩浆活动与弧后盆地有类似之处。深海钻探表明，弧间盆地中常见玄武岩枕状岩流，其成份大多类似于洋脊拉斑玄武岩，它们与海底扩张相关。然而，与弧后盆流，其成份大多类似于洋脊拉斑玄武岩，它们与海底扩张相关。然而，与弧后盆地不一样是，部分玄武岩含有岛弧系列玄武岩成份特征，从而表明弧间盆地含有地不一样是，部分玄武岩含有岛弧系列玄武岩成份特征，从而表明弧间盆地含有两种不一样类型岩浆活动。两种不一样类型岩浆活动。第47页弧后弧后(边缘海边缘海)盆地：盆地：边缘海盆位于大陆与岛弧或残弧之间，以略厚边缘海盆位于大陆与岛弧或残弧之间，以略厚(20km)(20km)大大洋型地壳基底为特征。位于大陆与岛弧之间边缘海盆，可能因陆缘岩浆弧分离而洋型地壳基底为特征。位于大陆与岛弧之间边缘海盆，可能因陆缘岩浆弧分离而形成，与弧间盆地在本质上没有多大区分。部分边缘海盆是陆缘弧或大陆边缘地形成，与弧间盆地在本质上没有多大区分。部分边缘海盆是陆缘弧或大陆边缘地壳裂陷扩张形成。其演化与裂谷带演化相类似。弧后盆地形成可能归结于俯冲大壳裂陷扩张形成。其演化与裂谷带演化相类似。弧后盆地形成可能归结于俯冲大洋岩石圈板片顶面摩擦生热，使地幔克服粘滞阻力而浮升，产生大量热低密度异洋岩石圈板片顶面摩擦生热，使地幔克服粘滞阻力而浮升，产生大量热低密度异常地幔或岩浆以底劈方式上升，引发地表快速拉张和高热流造成弧后地壳扩张。常地幔或岩浆以底劈方式上升，引发地表快速拉张和高热流造成弧后地壳扩张。另外，洋脊随俯冲板片潜没到弧后区以及俯冲引发弧后拉张应力状态也可能是边另外，洋脊随俯冲板片潜没到弧后区以及俯冲引发弧后拉张应力状态也可能是边缘海盆形成主要原因。弧后盆地岩浆作用类似于洋中脊低钾拉斑玄武岩系，它们缘海盆形成主要原因。弧后盆地岩浆作用类似于洋中脊低钾拉斑玄武岩系，它们是因为橄榄质地幔分离熔融和在迟缓扩张岩石圈中侵位结果。是因为橄榄质地幔分离熔融和在迟缓扩张岩石圈中侵位结果。弧后前陆盆地：弧后前陆盆地：弧后前陆盆地位于陆缘山弧或陆缘岛弧后侧紧邻大陆板块周围弧后前陆盆地位于陆缘山弧或陆缘岛弧后侧紧邻大陆板块周围地带，基底全部为陆壳。这个盆地对于岩浆弧而言为弧后盆地，对于大陆板块内地带，基底全部为陆壳。这个盆地对于岩浆弧而言为弧后盆地，对于大陆板块内部而言是前陆盆地。弧后前陆盆地与边缘海盆地区分不但表现在基底地壳不一样，部而言是前陆盆地。弧后前陆盆地与边缘海盆地区分不但表现在基底地壳不一样，还表现在盆地边缘弧侧有与弧平行并向弧后还表现在盆地边缘弧侧有与弧平行并向弧后(向大陆向大陆)逆冲褶皱冲断带存在，所以逆冲褶皱冲断带存在，所以盆地内应力状态通常是挤压或中性。盆地沉降作用，部分是大陆板块边缘沿陆内盆地内应力状态通常是挤压或中性。盆地沉降作用，部分是大陆板块边缘沿陆内俯冲带进入到岩浆弧下引发岩石圈挠折反应，部分是褶皱冲断岩片结构负载引发俯冲带进入到岩浆弧下引发岩石圈挠折反应，部分是褶皱冲断岩片结构负载引发均衡沉降结果。钙碱性安山岩、碱性岩系以及高钾质陆缘弧后岩浆活动产物乃是均衡沉降结果。钙碱性安山岩、碱性岩系以及高钾质陆缘弧后岩浆活动产物乃是弧后前陆盆地中主要火成岩组合类型。弧后前陆盆地中主要火成岩组合类型。第48页3.2 3.2 碰撞带岩浆活动及与碰撞带相关沉积盆地碰撞带岩浆活动及与碰撞带相关沉积盆地3.2.1 碰撞带岩浆活动及其火成岩组合俯俯冲冲作作用用深深入入发发展展，必必定定造造成成岛岛弧弧与与大大陆陆或或大大陆陆与与大大陆陆碰碰撞撞并并形形成成缝缝合合带带或或碰撞造山带。碰撞造山带。大大陆陆板板块块经经过过陆陆内内裂裂谷谷陆陆间间裂裂谷谷大大洋洋扩扩张张和和大大洋洋裂裂谷谷边边缘缘裂裂谷谷大大洋洋盆盆地地俯俯冲冲作作用用造造成成大大洋洋消消减减和和弧弧沟沟系系形形成成直直到到碰碰撞撞产产生生缝缝合合带带和和残残留留洋洋盆盆，组成一个完整组成一个完整威尔逊旋回威尔逊旋回。碰撞带以不一样火成岩组合，相对复杂岩石类型为特征。碰撞带以不一样火成岩组合，相对复杂岩石类型为特征。第49页与陆陆碰撞带相关岩浆作用能够分为四个阶段，每个阶段都包含一个特征与陆陆碰撞带相关岩浆作用能够分为四个阶段，每个阶段都包含一个特征源区：源区：碰撞期前碰撞期前：起源于碰撞以前火山弧：起源于碰撞以前火山弧(图图16a)16a)，仍属弧火山活动类型。，仍属弧火山活动类型。同碰撞期同碰撞期：在地壳增厚时期内造成含白云母花岗岩侵位。在地壳仰冲作用期：在地壳增厚时期内造成含白云母花岗岩侵位。在地壳仰冲作用期间，从湿沉积楔排出挥发分能够渗透到上浮热冲掩岩片，而引发深熔。地壳熔间，从湿沉积楔排出挥发分能够渗透到上浮热冲掩岩片，而引发深熔。地壳熔融结果使融结果使RbRb、F F和和B(B(可能还有可能还有Ta)Ta)发生富集，这些元素在挥发相中被迁移，而象发生富集，这些元素在挥发相中被迁移，而象REEREE、ZrZr和和HfHf这些元素是亏损，它们被集中在熔融残余物中。冲掩岩片底部温度这些元素是亏损，它们被集中在熔融残余物中。冲掩岩片底部温度取决于碰撞前热流量、冲掩岩片厚度和剪切热。同碰撞花岗岩发育程度受碰撞取决于碰撞前热流量、冲掩岩片厚度和剪切热。同碰撞花岗岩发育程度受碰撞期间地壳加厚程度控制期间地壳加厚程度控制(图图16b)16b)。碰撞晚期到碰撞期后碰撞晚期到碰撞期后：形成在微量元素特征上与火山弧岩浆作用相同钙碱性：形成在微量元素特征上与火山弧岩浆作用相同钙碱性岩套。象火山弧岩浆一样，它们被认为是由俯冲大洋岩石圈上面富岩套。象火山弧岩浆一样，它们被认为是由俯冲大洋岩石圈上面富LILLIL地幔楔形地幔楔形成，但有可能与下部地壳熔融体混染而被改变。地壳熔融能够由下地壳热释放成，但有可能与下部地壳熔融体混染而被改变。地壳熔融能够由下地壳热释放和上地幔绝热减压或者碰撞期后次要俯冲而产生幔源岩浆造成和上地幔绝热减压或者碰撞期后次要俯冲而产生幔源岩浆造成(图图16c)16c)。第50页碰撞期后碰撞期后：以碱性岩为特征，碱性岩浆作用含有板内地球化学特征并可能发育：以碱性岩为特征，碱性岩浆作用含有板内地球化学特征并可能发育在没有被俯冲作用水化任何被切割地幔区。上地幔熔融可能由绝热减压引发，在没有被俯冲作用水化任何被切割地幔区。上地幔熔融可能由绝热减压引发，接着是地壳增厚和侵蚀。它也可能由碰撞期后象海西造山带裂谷结构或象阿拉伯接着是地壳增厚和侵蚀。它也可能由碰撞期后象海西造山带裂谷结构或象阿拉伯地盾走滑断层作用所引发。假如岩石圈结构允许适量地幔挥发份释放或岩浆进入地盾走滑断层作用所引发。假如岩石圈结构允许适量地幔挥发份释放或岩浆进入地壳话，那么，实际上，碰撞期后岩浆作用能发育在碰撞事件任何阶段地壳话，那么，实际上，碰撞期后岩浆作用能发育在碰撞事件任何阶段(图图16c)16c)。岛弧与大陆碰撞发生在岛弧与被动陆缘之间，被动陆缘前导洋壳在岛弧之下俯岛弧与大陆碰撞发生在岛弧与被动陆缘之间，被动陆缘前导洋壳在岛弧之下俯冲，当洋壳完全消失时，大陆因质轻而不能俯冲，于是大陆与岛弧碰撞缝合在一冲，当洋壳完全消失时，大陆因质轻而不能俯冲，于是大陆与岛弧碰撞缝合在一起。它与陆起。它与陆陆碰撞不一样是，蛇绿岩、蓝片岩、混杂堆积等俯冲组合位于陆侧陆碰撞不一样是，蛇绿岩、蓝片岩、混杂堆积等俯冲组合位于陆侧与洋侧岩浆弧之间；主要逆冲断层都是向洋侧倾斜向陆逆冲。与洋侧岩浆弧之间；主要逆冲断层都是向洋侧倾斜向陆逆冲。第51页第52页3.2.2 碰撞带相关沉积盆地边边缘缘前前陆陆盆盆地地：边边缘缘前前陆陆盆盆地地位位于于毗毗邻邻主主缝缝合合线线褶褶皱皱冲冲断断带带与与大大陆陆之之间间大大陆陆基基底底之之上上，并并平平行行于于缝缝合合带带延延伸伸，大大致致同同地地槽槽术术语语中中边边缘缘坳坳陷陷类类似似。这这种种盆盆地地可可能能是是地地壳壳碰碰撞撞渐渐进进发发展展过过程程中中，因因为为大大陆陆块块周周围围部部分分俯俯冲冲作作用用使使大大陆陆岩岩石石圈圈下下弯弯而而形形成成，所所以以早早期期边边缘缘前前陆陆盆盆地地是是同同造造山山。伴伴随随这这种种俯俯冲冲过过程程被被地地壳壳碰碰撞撞所所阻阻止止，这这个个盆盆地地将将同同整整个个造造山山带带一一起起上上升升，而而褶褶皱皱冲冲断断带带结结构构负负载载以以及及沉沉积积负载又使盆地相对于造山带继续沉降，接收造山后沉积。负载又使盆地相对于造山带继续沉降，接收造山后沉积。残残留留洋洋盆盆地地：陆陆块块之之间间缝缝合合带带形形成成通通常常不不是是同同时时而而是是跨跨时时。因因为为，只只有有当当彼彼此此碰碰撞撞陆陆块块边边缘缘能能够够相相互互嵌嵌合合，而而且且引引发发地地壳壳碰碰撞撞板板块块运运动动矢矢量量又又恰恰恰恰合合乎乎需需要要时时，碰碰撞撞才才会会沿沿边边界界全全长长同同时时发发生生。普普通通情情况况下下，碰碰撞撞总总是是分分段段进进行行，已已经经缝缝合合段段和和尚尚待待缝缝合合段段同同时时存存在在，这这两两个个地地段段之之间间结结构构转转变变点点将将随随时时间间而而转转移移。在转变点前面，则存在着残洋盆地。在转变点前面，则存在着残洋盆地。第53页第54页4 4 结结 语语 盆盆地地形形成成是是板板块块结结构构、岩岩石石圈圈运运动动在在地地壳壳浅浅部部一一个个表表现现形形式式。不不一一样样大大地地结结构构环环境境形形成成不不一一样样类类型型盆盆地地。岩岩石石圈圈板板块块运运动动直直接接收收深深部部作作用用过过程程制制约约。岩岩石石圈圈软软流流圈圈物物质质组组成成、结结构构与与温温度度分分布布是是研研究究岩岩石石圈圈动动力力学学最最主主要要参参数数。对对岩岩石石圈圈软软流流圈圈物物质质组组成成、结结构构、温温度度分分布布约约束束岩岩石石学学方方法法主主要要来来自自三三个个方方面