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岩石结构环境判别岩石结构环境判别第1页岩石结构环境地球化学判别利用中出岩石结构环境地球化学判别利用中出现问题：现问题：数据准确度不高；数据准确度不高；选择判别标志和图解带有盲目性：选择判别标志和图解带有盲目性：岩石地球化学判别标志本身存在多解性，比如，含有岩石地球化学判别标志本身存在多解性，比如，含有洋脊玄武岩（洋脊玄武岩（MORBMORB）化学特征玄武岩能够产出于洋脊、）化学特征玄武岩能够产出于洋脊、弧后盆地及边缘海盆等环境；弧后盆地及边缘海盆等环境；岩石变质或蚀变影响等。岩石变质或蚀变影响等。这些问题经常造成误判。怎样改进，以下几这些问题经常造成误判。怎样改进，以下几点值得注意。点值得注意。第2页（一一）正正确确了了解解结结构构环环境境与与岩岩石石地地球球化化学学特特征征内内在在联联络络是是，除除数数据据精精度度基基础础外外，克服盲目性、提升岩石结构环境地球化学判别效果首要原因。按按地地质质运运动动中中各各种种基基础础运运动动形形式式相相互互依依存存、相相互互制制约约和和相相互互转转化化地地学学哲哲学学观观，对对各各类类岩岩石石形形成成过过程程来来说说，结结构构(环环境境)起起着着沟沟通通物物源源、约约束束过过程程发发生生场场所所和和运运移移路路径径，以以及及制制约约热动力学条件作用。热动力学条件作用。详细说明以下：详细说明以下：第3页1.不一样结构切割壳幔深度和部位不一样，不一样结构切割壳幔深度和部位不一样，洋脊可沟通地幔软流圈，洋脊可沟通地幔软流圈，B B型俯冲可造成型俯冲可造成俯冲洋壳与岩石圈地幔相互作用，俯冲洋壳与岩石圈地幔相互作用，A A型俯型俯冲可引发俯冲陆壳与另一侧地壳深部和冲可引发俯冲陆壳与另一侧地壳深部和地幔相互作用，等等。地幔相互作用，等等。因为地球各层圈因为地球各层圈及层圈内不一样部分均为化学成份差异及层圈内不一样部分均为化学成份差异物质库，所以特定结构和结构环境就沟物质库，所以特定结构和结构环境就沟通着不一样物质库（源区）及其组合，通着不一样物质库（源区）及其组合，使岩石一定程度上继承源区化学特征使岩石一定程度上继承源区化学特征。第4页2.2.不不一一样样结结构构限限定定着着岩岩石石形形成成过过程程活活动动场场所所与与运运移移路路径径不不一一样样，比比如如，洋洋脊脊结结构构限限定定了了玄玄武武岩岩浆浆沿沿扩扩张张脊脊活活动动，形形成成岩岩石石只只同同海海水水作作用用，成成份份常常受受海海水水蚀蚀变变影影响响；B B型型俯俯冲冲限限定定岩岩浆浆在在岛岛弧弧区区自自下下而而上上运运移移，穿穿过过大大洋洋岩岩石石圈圈（洋洋内内岛岛弧弧）或或大大陆陆岩岩石石圈圈（大大陆陆岛岛弧弧），因因而而岩岩石石会会受受洋洋或或陆陆壳壳物物质影响而表现出成份差异质影响而表现出成份差异。第5页3.3.不不一一样样结结构构环环境境显显示示出出不不一一样样热热动动力力学学和和物物理理化化学学条条件件，影影响响着着各各类类成成岩岩过过程程机机制制和和特特征征。比比如如，洋洋脊脊环环境境受受制制于于地地幔幔高高热热流流，使使热热经经过过玄玄武武岩岩浆浆向向外外逸逸散散，只只发发生生岩岩浆浆快快速速结结晶晶或或固固结结，普普通通不不引引发发较较大大成成份份分分异异。板板内内裂裂谷谷结结构构一一样样是是地地幔幔软软流流圈圈上上隆隆或或地地幔幔热热柱柱作作用用引引发发岩岩石石圈圈裂裂解解结结果果，幔幔源源岩岩浆浆能能够够经经过过结结晶晶分分异异突突变变、岩岩浆浆不不混混熔熔分分层层等等方方式式形形成成双双模模式式岩岩套套（机机制制未未完完全全搞搞清清），也也可可因因为为幔幔源源岩岩浆浆热热烘烘烤烤使使下下地地壳壳部部分分熔熔融融形形成成不不一一样样源源双双模模式式岩岩套套，但但不不引引发发岩岩浆浆中中高高场场强强元元素素（HFSEHFSE）相相对对于于大大离离子子亲亲石石元元素素（LILELILE）分分异或亏损。异或亏损。第6页又又如如，B B型型俯俯冲冲带带中中为为地地幔幔对对流流下下降降处处，随随俯俯冲冲洋洋壳壳下下插插温温度度升升高高和和脱脱水水变变质质，形形成成富富水水条条件件下下部部分分熔熔融融，必必定定造造成成富富含含于于难难熔熔（溶溶）矿矿物物（钛钛酸酸盐盐类类、金金红红石石、锆锆石石等等）中中高高场场强强元元素素（NbNb、TaTa、ZrZr、HfHf、TiTi、P P）更更多多地地留留在在源源区区残残余余固固相相中中，而而大大离离子子亲亲石石元元素素（K K、RbRb、BaBa、ThTh、U U、REEREE）（多多含含于于普普通通造造岩岩矿矿物物中中，且且含含有有不不相相容容性性）则则倾倾向向富富集集于于形形成成岩岩浆浆和和溶溶液液中中，所所以以俯俯冲冲消消减减带带中中火火山山岩岩和和侵侵入入岩岩均均显显示示HFSEHFSE相相对对于于LILELILE亏亏损损特特征征。这这种种特特征征被被称称之之为为消消减减带带组组分分SZCSZC。第7页总总之之，上上述述相相关关结结构构性性质质和和结结构构环环境境对对岩岩石石地地球球化化学学特特征征约约束束实实质质说说明明，即即使使只只是是结结合合岩岩浆浆作作用用讨讨论论，但但也也适适合合用用于于沉沉积积作作用用。只只是是对对沉沉积积作作用用而而言言，物物源源应应是是受受结结构构环环境境制制约约剥剥蚀蚀区区物物质质成成份份，结结构构限限定定成成岩岩条条件件则则更更多多是是风风化化剥剥蚀蚀速速率率及及水水动动力力学学条条件件。变变质质作作用用物物源源则则是是卷卷入入结结构构运运动动岩岩浆浆岩岩或或沉沉积积岩岩，而而结结构构运运动动则则限限定定着着热热动动力学条件。力学条件。第8页（二）选择有效判别（二）选择有效判别标志和方法标准标志和方法标准第9页1.1.由由物物源源看看，地壳和地幔各个结构层均可视为物质库，在它们之间元素组成差异最显 著 应 是 强强 和和 较较 强强 不不 相相 容容 元元 素素，即即LILE(Rb、Th、K、Ba、LREE等等）与与HFSE(Ti、Ta、Nb、Zr、Hf、Y等等），以以及及强强相相容容元元素素（Cr、Ni、Co),它它们们在在岩岩浆浆与与固固相相源源岩岩之之间间有有最最强强和和较较强强分分异异能能力力，应含有更加好判别意义。应含有更加好判别意义。第10页2.2.由由物物理理化化学学条条件件能能引引发发差差异异强强度度看看，必须重视 LILE与与HFSE相相对对关关系系。因LILE普通为造岩矿物组成，这些矿物稳定性较小（易熔和易溶），而HFSE则主要受稳定性较大副矿物（Ti、Nb、Ta复杂氧化物,锆石等）控制，所所以以这这两两类类元元素素相相对对关关系系能能较较灵灵敏敏地地反反应应物物理理化化学学条条件件不不一一样样结结构构环环境。境。第11页3.3.从从岩岩石石中中元元素素含含量量差差异异程程度度看看，微微量量元元素素应应优优于于主主量量元元素素。比如，洋脊玄武岩（MORB）与大洋裂谷玄武岩（洋岛玄武岩OIB）和大陆裂谷玄武岩(CRB)相比，微量元素含量有些可相差12数量级，而主量元素含量相差甚微。所所以以微微量量元元素素标标志志能有更显著判别效应。能有更显著判别效应。第12页4.4.从从元元素素在在岩岩石石变变质质过过程程中中稳稳定定性性看看，REE、HFSE及及Cr、Ni、Co也也较较为为惰惰性性，适合于在大陆岩石多受变质条件下应用；K、Rb、Cs、U、Sr、Ba和Pb等较活动，只能在岩石未变质或变质轻微情况下应用,尤尤其其须须注注意意防防止止遭遭受受流流体体交交代代蚀蚀变变岩岩石石样样品品。第13页5.5.多多元元素素综综合合判判别别比比少少数数元元素素组组成成判判别别图图解解更更有有效效，比如，近年发展起来各种蛛网图(spidergram),即以LILE、HFSE等不相容元素为基础，按不相容性减弱趋势排序，以球粒陨石、N-MORB、ORG、原始地幔等标准化，编制元素组成模式图，其判别效果就优于少数元素二元和三元图解。将世界已知结构环境中岩石数据与待判岩石数据放在一起进行多元判别分析与多元对应分析，也是值得推荐方法。第14页6.6.这这里里所所讨讨论论结结构构环环境境是是自自大大约约1.8 1.8 GaGa以以来来板板块块结结构构体体制制下下，不不应应直直接接搬搬用用于于地地球球出出现现板板块块结结构构体体制制之之前前，尤尤其其太太古古宙宙结结构构。比如，一些太古宙岩石也显示SZC化学特征，但不应说它们就与洋壳俯冲消减相关，就是产于岛弧环境，因为那时假如发生下地壳拆沉也可能造成类似SZC特征。第15页7.7.各各类类岩岩石石形形成成机机制制、条条件件等等复复杂杂程程度度不不一一样样，用用于于板板块块结结构构环环境境判判别别研研究究深深度度也也有有差差异异。普通火山岩，尤其玄武岩研究最多，应用最广；其次为花岗岩类，研究较多，应用也较广；而沉积岩则相对研究得弱些，但也有一定应用。应分别了解它们在各种结构环境中地球化学特征和判别标志，方便很好地应用。第16页8 8随随研研究究深深入入，一一些些结结构构环环境境判判别别已已不不能能满满足足于于大大类类确确定定，还还需需区区分分细细类类型型。比如，岛弧环境需深入判别出洋内岛弧、大陆岛弧和陆缘弧；在洋脊玄武岩中需区分正常型洋脊玄武岩(N-MORB)、过渡型洋脊玄武岩(T-MORB)和异常型洋脊玄武岩(E-MORB)；板内结构环境需要区分大洋裂谷与大陆裂谷，等等。详细区分原理与标志说明以下。第17页（1 1）洋洋内内岛岛弧弧（如如阿阿留留申申）、大大陆陆岛岛弧弧（如如巽巽他他）和和陆陆缘缘弧弧（安安第第斯斯型型）地地球球化化学学区区分分。依据：按上列次序，岛弧玄武岩地幔源区中陆源沉积物影响依次增强（洋壳俯冲带入）。标志为：虽共同含有亏损HFSE特征，但洋内岛弧基本无大陆物质影响，大陆岛弧至陆缘弧大陆物质影响逐步增大。详细表现：相相对对洋洋内内岛岛弧弧，不不相相容容元元 素素（含含 REEREE）增增 富富，(La/Yb)(La/Yb)N N增增 大大，La/NbLa/Nb、Ba/NbBa/Nb、Th/NbTh/Nb等增高。等增高。第18页（2）N型型、T-型型和和E型型MORB地地球球化化学学区区分分。三种MORB均产于洋脊，在大陆上均与蛇绿岩相关。NMORB起源于亏损地幔（DM），E-MORB岩浆源自地幔深部地幔柱源区，而T-MORB为上述两种地幔源岩浆混合产物。相相对对于于DM,地地幔幔柱柱源源岩岩浆浆 显显 著著 富富 集集 不不 相相 容容 元元 素素（含含 REEREE）,(La/Yb)(La/Yb)N N1(1(6.613.6),TiTa;Th/Yb、Ta/Yb、Ba/Nb、Ba/Th、Ba/La等等偏偏高高，Zr/Nb偏低。偏低。第19页（3）大大洋洋裂裂谷谷OIB和和大大陆陆裂裂谷谷CRB区区分分。两种裂谷环境中产出玄武岩均多为地幔柱源岩浆形成，一致显示上述地幔柱源岩浆地球化学特征，而且常与长英质岩石组成碱性双峰岩套，普通不易区分，只是OIB有时更富集Nb-Ta(在蛛网图中显示正异常)，CRB常显示陆壳污染特征。区分时，应注意反应洋和陆其它标志，如共生沉积岩海相和陆相特征、有没有蛇绿岩相伴等。第20页9 9同同位位素素和和微微量量元元素素联联合合判判别别能能提提升升效效果果。比如，N-MORB起源自亏损地幔（DM），其现今Nd(0)介于+8 +12；OIB和和E-MORB来自地幔柱源，其现今Nd(0)介于+10 -2；而岛弧玄武岩Nd(0)介于+8 -2。如将Nd同位素标志与微量元素标志联合应用，则可显著提升岩石结构环境分辨率。在在此此应应注注意意有有些些情情况况下下同同位位素素和和微微量量元元素素是是解解耦耦，如如地地幔幔柱柱源源岩岩浆浆在在不不相相容容微微量量元元素素上上是是富富集集，但但在在NdNd同同位位素素方方面面则则多多数显示亏损特征数显示亏损特征。第21页（三三）各各类类板板块块结结构构环环境境中中岩岩浆浆岩岩化化学学特特征征及及其其应应用用实实例例下面将对不一样结构环境中产出玄武岩类（含长英质火山岩）和花岗岩类地球化学特征、判别标志及其用于判别情况，以图表方式说明之，以期能够加深对上述原理和标准了解，改进在研究中应用。第22页I、玄武岩类结构环境地球化学判别、玄武岩类结构环境地球化学判别图图1 勉略蛇绿混杂岩带玄武岩球粒陨石和勉略蛇绿混杂岩带玄武岩球粒陨石和N-MORB标准化微量元素组成模式标准化微量元素组成模式第23页图图2 各类玄武岩各类玄武岩N-MORB标准化微量元素组成模式标准化微量元素组成模式N-MORB-正常洋脊玄武岩；正常洋脊玄武岩；IAB-岛弧拉斑玄武岩；岛弧拉斑玄武岩；CABI-岛弧钙碱性玄岛弧钙碱性玄武岩；武岩；CABM-陆缘弧钙碱性玄武岩；陆缘弧钙碱性玄武岩；WPB-板内玄武岩。据板内玄武岩。据BVTP(1981)数数据。据。第24页图图3 大洋中脊玄武岩大洋中脊玄武岩 N-MORB标准化不相容元素组成模式标准化不相容元素组成模式第25页图图4 松树沟变拉斑玄武岩松树沟变拉斑玄武岩Nb/Th-Nb(a)和和NbN-ThN-LaN(b)图解图解(据据Jochum et al.,1991)(引自周鼎武等引自周鼎武等,1995a)MORB:大洋中脊玄武岩(注:N-MORB),OIB:洋岛玄武岩,PM:原始地幔,CC:大陆地幔.倒三角为第一组岩石;正三角为第二组岩石;空心方块为第三组岩石.第26页图图5 松树沟变拉斑玄武岩松树沟变拉斑玄武岩Th/Yb-Ta/Yb(a)和和Ta-Th-Hf(b)图解图解(引自周鼎武等引自周鼎武等,1995a)a:MORB(注注N-MORB)、IOB、SHO、CAB、IAT和和DM分别为正常洋分别为正常洋脊玄武岩、洋岛玄武岩、钾玄岩、钙碱性玄武岩、岛弧拉斑玄武岩和脊玄武岩、洋岛玄武岩、钾玄岩、钙碱性玄武岩、岛弧拉斑玄武岩和亏损地幔亏损地幔(数据依据数据依据Pearce,1983);b:N-MORB-正常型洋脊玄武岩正常型洋脊玄武岩,E-MORB-异常型洋脊玄武岩异常型洋脊玄武岩,WPB-板内玄武岩板内玄武岩(数据依据数据依据Wood,1980).图例同图图例同图3.第27页图图6 板内玄武岩板内玄武岩N-MORB标准化不相容元素组成模式标准化不相容元素组成模式CRB-大陆裂谷玄武岩；OIB-洋岛玄武岩。据BVTP(1981)数据。第28页2.与俯冲消减带相关火山岩与俯冲消减带相关火山岩（1）岛弧结构环境）岛弧结构环境 产出部位：板块会聚带产出部位：板块会聚带,随部位不一样分洋内随部位不一样分洋内岛弧、大陆岛弧和陆缘弧。岛弧、大陆岛弧和陆缘弧。物质起源：洋内岛弧包含俯冲洋壳、远洋沉积物质起源：洋内岛弧包含俯冲洋壳、远洋沉积物和大洋岩石圈地幔；大陆岛弧包含俯冲洋壳、物和大洋岩石圈地幔；大陆岛弧包含俯冲洋壳、陆源沉积物与洋或陆岩石圈地幔；陆缘弧包含俯陆源沉积物与洋或陆岩石圈地幔；陆缘弧包含俯冲洋壳、陆源沉积物与大陆岩石圈地幔。冲洋壳、陆源沉积物与大陆岩石圈地幔。共同特征：亏损（相对于共同特征：亏损（相对于LILE)Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、P等高场强元素。等高场强元素。第29页图图7 丹凤群变玄武岩丹凤群变玄武岩Th/Yb-Ta/Yb图解（图解（Pearce,1983)(引自张旗等，引自张旗等，1995）DM:亏损地幔；MORB：洋脊玄武岩（N型）；OIB：洋岛玄武岩；TH：拉斑玄武岩；CAB：钙碱性玄武岩；SHO：钾玄岩。空圈为三十里铺玄武岩；黑圆点为郭家沟玄武岩；：LREE亏损型玄武岩.第30页图图8 丹凤群玄武丹凤群玄武岩岩Nd-Nb/Th、Nd-La/Nb和和Nd-Ba/Nb图解图解(据李曙光,1994)基础数据引自张旗等(1995).第31页图图9 垃圾庙苏长垃圾庙苏长-辉长岩辉长岩Nd-Nb/Th、Nd-La/Nb和和Nd-Ba/Nb图解图解(引自李曙光,1997)第32页(2)弧后盆地结构环境弧后盆地结构环境 产出部位：岛弧后近大陆一侧，拉张环境。产出部位：岛弧后近大陆一侧，拉张环境。物质起源：复杂，早阶段有俯冲消减物质，物质起源：复杂，早阶段有俯冲消减物质，甚至地幔柱物质加入，晚期主要来自亏损甚至地幔柱物质加入，晚期主要来自亏损地幔。地幔。玄武岩化学特征玄武岩化学特征：早期类似岛弧玄武岩，早期类似岛弧玄武岩，晚期与晚期与N-MORB相同。相同。第33页图图10 二郎坪群变玄武岩二郎坪群变玄武岩Zr-Ti-Sr图解图解(据据Pearce&Cann.,1973)和和Zr/Y-Zr图解图解(据据Pearce,1982)(引自邱家骧和张珠福,1994)MORB：洋脊玄武岩；洋脊玄武岩；LKT：岛弧低钾玄武岩；：岛弧低钾玄武岩；CAB：岛弧钙碱：岛弧钙碱性玄武岩；性玄武岩；WPB：板内玄武岩；：板内玄武岩；16：样品所属地层组。：样品所属地层组。第34页II、花岗岩类、花岗岩类 1.M型花岗岩型花岗岩：岩石为斜长花岗岩，普通产于弧后盆地或岩石为斜长花岗岩，普通产于弧后盆地或不成熟洋内岛弧，为幔源玄武岩浆分异结晶产物，常与蛇绿不成熟洋内岛弧，为幔源玄武岩浆分异结晶产物，常与蛇绿岩共生；岩共生；Al2O3/(Na2O+K2O+CaO)1.1，18O 10；主要为；主要为变沉积岩部分熔融产物，产出于碰撞造山带中同结构到后结构期变沉积岩部分熔融产物，产出于碰撞造山带中同结构到后结构期。因为因为I和和S型花岗岩类可产出于各种结构环境，必需深入判别它们形成型花岗岩类可产出于各种结构环境，必需深入判别它们形成详细环境，以下地球化学判别标志与方法是较有效：详细环境，以下地球化学判别标志与方法是较有效：（1）花岗岩类洋脊花岗岩（）花岗岩类洋脊花岗岩（M型花岗岩型花岗岩)标准化不相容元素标准化不相容元素组成模式（组成模式（Pearce et al.,1984)基本能够区分两类花岗岩基本能够区分两类花岗岩 第36页图图11 北秦岭早古生代花岗岩类洋脊花岗岩标准化元素组成模式北秦岭早古生代花岗岩类洋脊花岗岩标准化元素组成模式 (据据Pearce,et al.,1984)智利和牙买加花岗岩均产于岛弧结构环境第37页图图12 南秦岭印支期碰撞型花岗岩类洋脊花岗岩标准化元素组成模式南秦岭印支期碰撞型花岗岩类洋脊花岗岩标准化元素组成模式(据据Pearce et al.,1984)1.华阳;2.五龙;3.胭脂坝;4.西南欧洲海西褶皱带碰撞型花岗岩;5.沙河湾;6.东江口;7.老城;8.阿尔卑斯带碰撞型花岗岩.第38页（2）Rb-Y+Nb和和 Rb-Yb+Ta可区分火山弧型、同碰撞型和板可区分火山弧型、同碰撞型和板内型花岗岩内型花岗岩（图13）：图图13 北秦岭早古生代花岗岩类北秦岭早古生代花岗岩类Rb-(Y+Nb)和和Rb-(Yb+Ta)图解图解(据据Pearce,et al.,1984)Syn-COLG-同碰撞型花岗岩;VAG-岛弧型花岗岩;WPG-板内型花岗岩;ORG-洋脊型花岗岩.丹凤区小岩体包含枣园、许庄和石门岩体;漂池花岗岩为与弧-陆碰撞相关S型花岗岩.第39页（3）花岗岩多阳离子判别图解能大致区分同碰撞型和晚碰）花岗岩多阳离子判别图解能大致区分同碰撞型和晚碰撞型花岗岩撞型花岗岩图图14 北秦岭北秦岭(a)和南秦岭和南秦岭(b)晚海西晚海西-支期花岗岩多阳离子判别图解支期花岗岩多阳离子判别图解(de la Roche.,1977)1.地幔斜长花岗岩；2破坏性活动板块边缘（碰撞前）；3碰撞后隆起区；4造山晚期区；5非造山区；6同碰撞区。a中岩体代号：宝鸡；宽坪；翠华山、蟒岭、高山寺和铁峪铺。b中岩体代号：曹坪和沙河湾；光头山、西坝、老城和东江口；华阳、五龙、胭脂坝和柞水.第40页（4）与消减作用相关花岗岩常显示成份穿弧极性）与消减作用相关花岗岩常显示成份穿弧极性 主要组分含量单位:重量%;微量元素含量单位:n10-6.表表2 丹凤地域早古生代小岩体花岗岩类成份空间分带丹凤地域早古生代小岩体花岗岩类成份空间分带第41页（四）沉积岩类地球化学特征与结构环境（四）沉积岩类地球化学特征与结构环境1.细粒碎屑沉积岩地球化学特征与结构环境细粒碎屑沉积岩地球化学特征与结构环境 实质是：结构环境控制着物源区岩石和化学组成、地实质是：结构环境控制着物源区岩石和化学组成、地壳成熟度，物源区岩层风化剥蚀程度，以及剥蚀区和壳成熟度，物源区岩层风化剥蚀程度，以及剥蚀区和沉积区水动力条件与物质分选程度。另外，尚需考虑沉积区水动力条件与物质分选程度。另外，尚需考虑元素在沉积作用中化学行为不一样。比如，洋内岛弧元素在沉积作用中化学行为不一样。比如，洋内岛弧区盆地源区主要由玄武岩组成，成熟度低，区盆地源区主要由玄武岩组成，成熟度低，SiO2含量含量低，水动力强分选差。而以被动大陆边缘或由克拉通低，水动力强分选差。而以被动大陆边缘或由克拉通高地为源沉积作用，因剥蚀区为屡次沉积再循环成熟高地为源沉积作用，因剥蚀区为屡次沉积再循环成熟地壳、因为地壳、因为K易被吸附，易被吸附，Na易被淋滤，易被淋滤，SiO2因石英耐因石英耐风化而相对富集，加之水动力弱分选强，因而沉积物风化而相对富集，加之水动力弱分选强，因而沉积物以高以高SiO2含量与高含量与高K2O/Na2O比值为特征。比值为特征。第42页图图15二郎坪群和丹凤群变杂二郎坪群和丹凤群变杂砂岩砂岩K2O/Na2O-SiO2图解图解(据据Roser and Korsh,1986)ARC-大洋岛弧区大洋岛弧区;ACM活活动大陆边缘区动大陆边缘区;PM-被动大被动大陆边缘区陆边缘区.二郎坪群，弧二郎坪群，弧后盆地沉积，由南侧岛弧区后盆地沉积，由南侧岛弧区和北侧华北克拉通提供碎屑；和北侧华北克拉通提供碎屑；丹凤群，产于陆缘弧区盆丹凤群，产于陆缘弧区盆地。地。（(1)K2O/Na2/O-SiO2图解（图解（Roser and Korsh,1986)第43页图图16 秦岭与邻区各时秦岭与邻区各时代碎屑岩代碎屑岩K2O/Na2O-SiO2图解图解(据据Roser and Korsch,1986)PM-被动大陆边缘区被动大陆边缘区;ACM-活动大陆边缘区活动大陆边缘区;ARC-大洋岛弧区大洋岛弧区.年代代年代代号号:Pt-元古宙元古宙;C-寒武纪寒武纪;O-奥陶纪奥陶纪;S-志留纪志留纪;D-泥泥盆纪盆纪;C-P-石炭石炭-二叠纪二叠纪.。结构单元与地层小区结构单元与地层小区:NC-华北陆块南缘华北陆块南缘,YC-扬子陆扬子陆块北缘块北缘,NQ-北秦岭北秦岭;LY和和BZ:南秦岭留坝南秦岭留坝-郧县和白云郧县和白云-柞水小区柞水小区,ZZ:南秦岭紫阳南秦岭紫阳-竹溪小区竹溪小区,WXC:南秦岭南秦岭淅川小区西部淅川小区西部,EXC:南秦南秦岭淅川小区东部。岭淅川小区东部。第44页应用结果讨论应用结果讨论K2O/Na2/O-SiO2图解反应更主要是剥蚀源区岩图解反应更主要是剥蚀源区岩石成份，然而，仍可起判别沉积盆地结构环境石成份，然而，仍可起判别沉积盆地结构环境作用，比如，区分火山弧区丹凤群及弧后盆地作用，比如，区分火山弧区丹凤群及弧后盆地二郎坪群杂砂岩；二郎坪群杂砂岩；K2O/Na2/O-SiO2图解判别结果存在着相对于实图解判别结果存在着相对于实际结构发展某种程度滞后，比如，南秦岭于震际结构发展某种程度滞后，比如，南秦岭于震旦纪已进入被动陆缘发展期，不过还有相当多旦纪已进入被动陆缘发展期，不过还有相当多寒武纪甚至奥陶纪样品点落于活动大陆边缘结寒武纪甚至奥陶纪样品点落于活动大陆边缘结构环境区。这点需在应用时注意，并结合实际构环境区。这点需在应用时注意，并结合实际地质结构发展加以合理解释。地质结构发展加以合理解释。第45页(2)稀土元素判别准则稀土元素判别准则（Bhatia,1985)应用细粒碎屑沉积岩稀土元素组成特征能区分大洋岛弧、应用细粒碎屑沉积岩稀土元素组成特征能区分大洋岛弧、大陆岛弧、活动大陆边缘（安第斯型）与被动大陆边缘结构大陆岛弧、活动大陆边缘（安第斯型）与被动大陆边缘结构环境。其规律为：环境。其规律为：自大洋岛弧自大洋岛弧大陆岛弧大陆岛弧活动陆缘活动陆缘被动陆缘被动陆缘,La、Ce、Nd等轻稀土含量和等轻稀土含量和REEREE逐步增逐步增高，高，LaN/YbNLaN/YbN与与LREE/HREELREE/HREE渐次增大（轻重稀土分馏增渐次增大（轻重稀土分馏增强），强），Eu/Eu*Eu/Eu*依次减小（依次减小（EuEu亏损增大）。亏损增大）。此规律是此规律是Bhatia研究澳大利亚不一样结构环境中产研究澳大利亚不一样结构环境中产出碎屑岩得出结果。见下表：出碎屑岩得出结果。见下表：第46页表表3 南秦岭及扬子陆块北缘砂质和泥质沉积岩稀土元素组成特征南秦岭及扬子陆块北缘砂质和泥质沉积岩稀土元素组成特征澳大利亚各种结构环境中岩石数据引自Bhatia,1985.第47页结果讨论结果讨论震旦纪开始，扬子已克拉通化，南秦岭已近入被动大震旦纪开始，扬子已克拉通化，南秦岭已近入被动大陆边缘发展时期，陆边缘发展时期，然而扬子和南秦岭震旦纪细粒碎屑然而扬子和南秦岭震旦纪细粒碎屑岩均显示出介于大陆岛弧和活动大陆边缘碎屑岩之间岩均显示出介于大陆岛弧和活动大陆边缘碎屑岩之间REE组成特征。组成特征。寒武和奥陶纪细粒碎屑岩，在扬子区寒武和奥陶纪细粒碎屑岩，在扬子区和南秦岭均显克拉通区或被动大陆边缘特征。和南秦岭均显克拉通区或被动大陆边缘特征。今后，今后，南秦岭志留纪和泥盆纪细粒碎屑岩又复显近似活动大南秦岭志留纪和泥盆纪细粒碎屑岩又复显近似活动大陆边缘特征，而扬子同时代细粒碎屑岩则仍显示克拉陆边缘特征，而扬子同时代细粒碎屑岩则仍显示克拉通区成熟地壳特征。通区成熟地壳特征。表明：（表明：（1）细粒碎屑岩）细粒碎屑岩REE组成组成特征基本是继承剥蚀区岩石化学成份特征基本是继承剥蚀区岩石化学成份；（；（2）判别结果）判别结果也存在较结构发展滞后一个节拍现象也存在较结构发展滞后一个节拍现象；（；（3）南秦岭志）南秦岭志留留-泥盆纪细粒碎屑岩复显活动大陆边缘特征，暗示与泥盆纪细粒碎屑岩复显活动大陆边缘特征，暗示与南北物质混合沉积相关，反应被动和活动大陆边缘之南北物质混合沉积相关，反应被动和活动大陆边缘之间洋盆已趋近封闭（见后）。间洋盆已趋近封闭（见后）。第48页（3）细粒碎屑沉积岩陆源碎屑物质源区判别）细粒碎屑沉积岩陆源碎屑物质源区判别原理：原理：Th、Sc、Co、REE、Nb、Ta等在岩石风化、剥蚀、等在岩石风化、剥蚀、搬运、沉积、成岩和变质过程中为较稳定元素，细粒碎屑搬运、沉积、成岩和变质过程中为较稳定元素，细粒碎屑沉积岩这些元素含量和比值能近似定量代表源区各该元素沉积岩这些元素含量和比值能近似定量代表源区各该元素含量和比值（含量和比值（Taylor&McLennan,1955)。二元混合普通方程为双曲线函数：二元混合普通方程为双曲线函数：Ax+Bxy+Cy+D=0 据此式进行推导，当以细粒碎屑岩稳定元素比值据此式进行推导，当以细粒碎屑岩稳定元素比值-比值作比值作 图判别时，二源混合沉积方式成立条件为：图判别时，二源混合沉积方式成立条件为：A.当两元素对比值分母元素相同时，图上投点应呈一直当两元素对比值分母元素相同时，图上投点应呈一直线分布；线分布；B.当两元素对比值分母元素不一样时，图上投点呈双曲当两元素对比值分母元素不一样时，图上投点呈双曲线一支分布；线一支分布；C.曲线上下端点岩石成份可分别近似代表岩石两个源曲线上下端点岩石成份可分别近似代表岩石两个源区平均成份区平均成份。第49页图图17 秦岭群秦岭群(左左)及宽坪群和二郎坪群及宽坪群和二郎坪群(右右)变杂砂岩变杂砂岩La/Co-Sc/Th和和LA/Co-Th/Co联合图解联合图解右图右图:1-二郎坪群二郎坪群,2-宽坪群宽坪群,3-秦岭群平均成份秦岭群平均成份,4-太华群平均成份。太华群平均成份。混合曲线混合曲线两端元素浓度分别相当两端元岩石各该元素最小含量极限两端元素浓度分别相当两端元岩石各该元素最小含量极限,并以之作为两端点样品并以之作为两端点样品平均成份。平均成份。第50页碎屑岩物源区研究意义判断沉积盆地所处结构环境：比如，依据秦岭群杂砂判断沉积盆地所处结构环境：比如，依据秦岭群杂砂岩属于由双模式碱性岩套两端元岩石提供碎屑物质混岩属于由双模式碱性岩套两端元岩石提供碎屑物质混合形成证实，可判断该沉积盆地处于裂谷型结构环境，合形成证实，可判断该沉积盆地处于裂谷型结构环境，判断陆块相对运动和位置、揭示盆地性质及陆块开、判断陆块相对运动和位置、揭示盆地性质及陆块开、合与其时限：比如，经过二郎坪群杂砂岩源区判别，合与其时限：比如，经过二郎坪群杂砂岩源区判别，证实岩石是南侧秦岭群和北侧华北克拉通高地物质二证实岩石是南侧秦岭群和北侧华北克拉通高地物质二元混合产物，表明该盆地不可能为开阔洋盆；元混合产物，表明该盆地不可能为开阔洋盆；又如南又如南秦岭细粒碎屑岩物源研究征明，志留秦岭细粒碎屑岩物源研究征明，志留-泥盆纪之前碎屑泥盆纪之前碎屑物质来自扬子单一起源，今后转变为南北秦岭物质混物质来自扬子单一起源，今后转变为南北秦岭物质混合起源，从而证实南北秦岭之间洋盆应于志留泥盆纪合起源，从而证实南北秦岭之间洋盆应于志留泥盆纪期间基本闭合期间基本闭合,以及此时南、北秦岭块体应基本对接以及此时南、北秦岭块体应基本对接。第51页2 海相内源海相内源(生源生源)沉积岩化学特征指示意义沉积岩化学特征指示意义 依据原理：海相内源化学或生物化学沉积物（主要纯碳酸盐依据原理：海相内源化学或生物化学沉积物（主要纯碳酸盐岩、硅质岩岩、硅质岩-燧石）沉积时与海水是平衡，所以这类沉积岩燧石）沉积时与海水是平衡，所以这类沉积岩化学特征能反应沉积条件和沉积水体化学特征，尤其化学特征能反应沉积条件和沉积水体化学特征，尤其REE等等稳定元素更适于作为指示剂稳定元素更适于作为指示剂。（1）硅质岩地球化学特征与沉积环境：）硅质岩地球化学特征与沉积环境：Satoshi Yamamoto（1986）研究揭示：深海燧石富集重金）研究揭示：深海燧石富集重金属元素，属元素，Mg和和Fe含有很高相关性，而浅海生物成因燧石则含有很高相关性，而浅海生物成因燧石则仅富集仅富集Mn。Martin,J.M.,1976及及Shimizu&Masuda（1977）等研究证实，）等研究证实，深海硅质岩显示负深海硅质岩显示负Ce异常、较高异常、较高REE,而形成于辽阔陆架硅而形成于辽阔陆架硅质岩（燧石）无显著负质岩（燧石）无显著负Ce异常、异常、REE含量较低含量较低.第52页表表4 南秦岭古生代硅质岩化学组成特征南秦岭古生代硅质岩化学组成特征 A-紫阳地域寒武-奥陶纪块状硅质岩;B-镇安小木岭结核状硅质岩.L/H-LREE/HREE.括弧中数字为样品数.规律：浅海相无Ce负异常，低REE和重金属元素，高Mn 深海相具Ce负异常，高REE和重金属元素，低Mn第53页Murray,R.W.et al.,(1990)研究加州沿海地域侏罗研究加州沿海地域侏罗-白垩纪燧石白垩纪燧石 和页岩，发觉岩石和页岩，发觉岩石Ce/Ce*能区分三类结构环境：能区分三类结构环境：燧石燧石 页岩页岩 Ce/Ce*REE Ce/Ce*REE洋脊附近洋脊附近 0.29 11.77 0.28 -洋盆底部洋盆底部 0.55 -0.56 -大陆边缘大陆边缘 0.931.08 6.714.9 0.840.93 56 29.2 解释：河流是海洋解释：河流是海洋REE主要起源。河流中主要起源。河流中REE组成特征为组成特征为Ce不一样其它不一样其它REE显著分离，所以大陆架上海水不显示负显著分离，所以大陆架上海水不显示负Ce异常。大洋中部氧饱和水中，异常。大洋中部氧饱和水中，Ce3+被氧化为相对难溶解被氧化为相对难溶解Ce4+，使，使Ce优先随优先随氧化锰自海水析出，从而深洋水含有显著氧化锰自海水析出，从而深洋水含有显著负负Ce异常和贫于异常和贫于Mn，锰结核则显示显著正，锰结核则显示显著正Ce异常。洋脊附异常。洋脊附近，常受富重金属热液影响，尤其其中近，常受富重金属热液影响，尤其其中Fe和和Mn可将更多可将更多Ce去除出海水，使之负去除出海水，使之负Ce异常更为显著。异常更为显著。第54页（2）纯碳酸盐岩）纯碳酸盐岩反应沉积水体化学特征和环境原理，与硅质岩类似。反应沉积水体化学特征和环境原理，与硅质岩类似。但必须去除样品中陆源碎屑、黏土物质等对碳酸盐岩但必须去除样品中陆源碎屑、黏土物质等对碳酸盐岩中微量元素含量严重影响。方法是：限制碳酸盐岩中中微量元素含量严重影响。方法是：限制碳酸盐岩中SiO25%,Al2O3 95%。这种样。这种样品就可近似地作为纯碳酸盐岩。品就可近似地作为纯碳酸盐岩。比如：比如：La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er I 2.1 5.5 0.06 2.4 0.39 0.06 0.26 0.05 0.2 0.04 0.11 II 2.0 3.5 0.40 1.3 0.23 0.04 0.14 0.03 0.11 0.02 0.06 Tm Yb Lu REE Ce/Ce*Eu/Eu*La/Yb I 0.05 0.14 0.03 11.32 1.91 0.54 14.64 II 0.01 0.04 0.005 7.83 0.89 0.67 48.78第55页说明：说明：I是华北克拉通南缘洛南县寒武系三川组碳酸盐岩平均是华北克拉通南缘洛南县寒武系三川组碳酸盐岩平均成份，显示出较高成份，显示出较高REE、较低、较低La/Yb比值、及显著正比值、及显著正Ce异常（异常（Ce/Ce*=1.91)和中等强度负和中等强度负Eu 异常异常(Eu/Eu*=0.54）。）。II是南秦岭紫阳地域寒武系箭竹坝组碳酸盐岩，产于裂是南秦岭紫阳地域寒武系箭竹坝组碳酸盐岩，产于裂陷深海槽中，岩石平均成份显示出较低陷深海槽中，岩石平均成份显示出较低REE（可能因可能因为共生黑色岩系沉积时将大量为共生黑色岩系沉积时将大量REE夹带出海水）夹带出海水）、显、显著高著高La/Yb比值、以及清楚负比值、以及清楚负Ce异常（异常（Ce/Ce*=0.89)和中等偏弱负和中等偏弱负Eu 异常异常(Eu/Eu*=0.67）。）。对比表明：两地寒武系盆地水体含有不一样化学特征，对比表明：两地寒武系盆地水体含有不一样化学特征，应产于不一样海盆；三川组岩石缺乏负应产于不一样海盆；三川组岩石缺乏负Ce异常，与其异常，与其陆表海沉积环境相符；箭竹坝组岩石显示清楚负陆表海沉积环境相符；箭竹坝组岩石显示清楚负Ce异异常与其产出于裂陷深海槽中环境吻合。常与其产出于裂陷深海槽中环境吻合。第56页三、岩类和岩套配套综合判别三、岩类和岩套配套综合判别 为了克服单岩类研究存在多解性与含糊性，我们为了克服单岩类研究存在多解性与含糊性，我们认为：应采取岩套内岩类配套及同结构期岩套时空配认为：应采取岩套内岩类配套及同结构期岩套时空配套综合研究路径。比如，含有套综合研究路径。比如，含有MORB化学特征玄化学特征玄武岩能够产出于大洋中脊、弧后盆地、甚至边缘海槽武岩能够产出于大洋中脊、弧后盆地、甚至边缘海槽中，仅依据玄武岩化学特征判别其结构环境，往往出中，仅依据玄武岩化学特征判别其结构环境，往往出现误判和争论。假如将所研讨岩套中沉积岩性质与特征现误判和争论。假如将所研讨岩套中沉积岩性质与特征考虑进去，则可得出相关盆地性质确实切判断。考虑进去，则可得出相关盆地性质确实切判断。比如，假如比如，假如MORB与含有岛弧或活动大陆边缘化学特征与含有岛弧或活动大陆边缘化学特征碎屑岩共生，则可判断该碎屑岩共生，则可判断该MORB产出于弧后盆地。产出于弧后盆地。第57页（1）岩套内岩类配套研究实例岩套内岩类配套研究实例*宽坪群玄武岩球粒陨石标准化宽坪群玄武岩球粒陨石标准化REE组成模式组成模式 由早由早期大陆裂谷型演化到以后期大陆裂谷型演化到以后MORB型（图型（图18）；）；*宽坪群杂砂岩为南侧秦岭群和北侧太华群碎屑物质宽坪群杂砂岩为南侧秦岭群和北侧太华群碎屑物质混合形成，表明盆地
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