[科普中國]-巖漿弧

大地構(gòu)造學(xué)術(shù)語。指洋殼往陸殼下俯沖時，巖漿上涌侵位和噴出地表的區(qū)域，如南美的安第斯山及環(huán)太平洋的各大島弧都是巖漿弧。

釋義大地構(gòu)造學(xué)術(shù)語。指洋殼往陸殼下俯沖時，巖漿上涌侵位和噴出地表的區(qū)域，如南美的安第斯山及環(huán)太平洋的各大島弧都是巖漿弧。巖漿弧靠近洋殼的一邊為弧前盆地，另一側(cè)為弧后盆地，全球的兩類（安第斯型、西太平洋型）匯聚型板塊邊緣的弧前地區(qū)基本一致，主要區(qū)分在于弧后地區(qū)。安第斯型為擠壓應(yīng)力，弧后地區(qū)為穩(wěn)定的克拉通地區(qū)；而西太平洋型為伸展型構(gòu)造環(huán)境，弧后地區(qū)為邊緣?；蛘哧懢壛严菖璧?。1

巖漿弧的巖石構(gòu)造組合巖漿弧的殼幔結(jié)構(gòu)和巖漿源區(qū)Wyllie（1984）設(shè)計了4種可能的俯沖洋殼與上覆楔形地幔區(qū)的熱結(jié)構(gòu)配置（圖1），用以討論巖漿可能發(fā)生的源區(qū)。由圖1可知，巖漿弧下面發(fā)生巖漿的源區(qū)可能有3個，即①俯沖的洋殼，②俯沖帶上覆的楔形地幔區(qū)，③幔楔上面的陸殼或洋殼。請注意，圖1只表示了陸殼，這是Wyllie設(shè)計的活動大陸邊緣弧的殼幔結(jié)構(gòu)，如果考慮到島弧，特別是洋內(nèi)?。╥ntra-oceanicarc），則俯沖帶上面的是洋巖石圈，幔楔上面的地殼就是洋殼了，因此，在這里對源區(qū)③寫為陸殼或洋殼。

俯沖的洋殼為玄武質(zhì)巖石，如果發(fā)生局部熔融的話，則形成長英質(zhì)（felsic）巖漿；楔形地幔區(qū)為橄欖巖，則可產(chǎn)生鎂鐵質(zhì)（mafic）巖漿；最上面的陸殼（玄武質(zhì)或安山巖），或洋殼（玄武質(zhì)），則可形成長英質(zhì)巖漿和/或高硅的長英質(zhì)巖漿。2

巖漿的形成和巖石構(gòu)造組合（1）圖1a為冷?！獰釟そY(jié)構(gòu)，玄武質(zhì)洋殼在俯沖之前，因為與海水相互作用將是富含H2O的，當(dāng)它隨俯沖進(jìn)入深部時，首先變質(zhì)達(dá)綠片巖相，在達(dá)到與角閃巖相的邊界（D—G）時必定會放出大量水上升進(jìn)入幔楔和上面的地殼，誘發(fā)角閃石化交代作用，進(jìn)一步俯沖達(dá)到與榴輝巖相交界（E—M）時，由于是熱洋殼，可能會誘發(fā)洋殼的角閃石脫水熔融，形成安山巖—英安巖—流紋巖系列的巖漿（與之對應(yīng)的侵入巖為英云閃長巖—奧長花崗巖—花崗閃長巖組合即TTG巖漿），它們上升穿過地幔楔時會與橄欖巖發(fā)生反應(yīng)使之MgO等含量升高，最終定位于淺部地殼或噴出地表，與此同時，在到達(dá)地殼底部（H處）時還可誘發(fā)地殼的局部熔融形成TTG巖漿（當(dāng)洋內(nèi)弧環(huán)境時），或花崗巖巖漿（狹義的硅高和鉀高的真正花崗巖）（當(dāng)大陸邊緣弧或有陸殼基底的島弧環(huán)境時）。

（2）圖1b為冷幔—冷殼結(jié)構(gòu)，俯沖洋殼與地幔楔形區(qū)均無巖漿發(fā)生，后者只有角閃石化交代作用，唯最上面的下地殼（C處）可形成如圖1aH處的同樣的巖漿組合。

（3）圖1c為熱?！錃そY(jié)構(gòu)，俯沖的洋殼無巖漿發(fā)生，只是放出水進(jìn)入楔形地幔區(qū)，誘發(fā)地幔橄欖巖局部熔融產(chǎn)生，同時隨淺部（E—M處）已經(jīng)角閃石化的橄欖巖由于幔楔沿俯沖帶向下拖曳使溫度升高誘發(fā)角閃石脫水熔融，使在N點加強(qiáng)巖漿的發(fā)生。依賴于壓力的大小，在1.5GPa條件下則無高鎂安山巖巖漿的發(fā)生。在最上面的地殼下部發(fā)生的巖漿類同于圖1a的H處。

（4）圖1d為熱?！獰釟そY(jié)構(gòu)，3個源區(qū)均有巖漿發(fā)生，俯沖洋殼發(fā)生的巖漿類似圖1a的熱殼;楔形地幔區(qū)發(fā)生的巖漿類似圖1c的熱幔，除此以外，在R處還可能有金云母（phl）脫水誘發(fā)鉀質(zhì)和超鉀質(zhì)巖漿的發(fā)生;最上部的地殼則在H處和C處分別類似于圖1a，c和1b的巖漿發(fā)生。因此，巖漿種類最為豐富，巖石組合最多，巖漿作用最為強(qiáng)烈，這樣的熱?！獰釟そY(jié)構(gòu)對成礦作用最為有利，可能是形成超大型礦床的最佳構(gòu)造位置。

（5）關(guān)于不同類型的巖漿形成的溫度、壓力、源巖條件，如有興趣，請參閱鄧晉福等關(guān)于高溫高壓實驗成果的綜述。

巖漿弧的主要地質(zhì)特征Condie于1982年對洋俯沖帶上面的巖漿弧提出三個主要特征，即①巖漿前鋒；②組成（組分）極性；③地球化學(xué)極性指數(shù)。

巖漿前鋒現(xiàn)代巖漿弧的火成巖產(chǎn)于島弧或活動大陸邊緣弧內(nèi)，與洋俯沖帶有關(guān)的火山或侵入活動，通常在巖漿前鋒（magmaticfront）處突然發(fā)育。巖漿前鋒大致與海（洋）溝（oceantrench）平行，離鄰近海溝軸部約200～300km處的巖漿弧上突然發(fā)育，弧—溝之間無巖漿活動的地帶常稱為弧—溝間隙。巖漿活動在巖漿前鋒處的突然發(fā)育，反映了洋俯沖帶內(nèi)或其上覆楔形地幔內(nèi)局部熔融作用的發(fā)生。

S?ngor指出巖漿前鋒是一個重要的造山帶的結(jié)構(gòu)標(biāo)志。當(dāng)位于兩個大陸之間的洋殼俯沖消減和消亡之后，就成為拼合的兩個大陸之間的縫合帶（suturezone），如果居間的洋足夠的寬，并有多幕洋俯沖作用，常常巖漿弧會向洋后退，并侵入到先前的俯沖增生雜巖內(nèi)，如果這種過程不止一次地發(fā)生，則洋陸轉(zhuǎn)換帶完全由俯沖增生物質(zhì)加巖漿弧構(gòu)成，這樣形成一個寬闊的“新生陸殼”，在陸—陸碰撞造山過程時期又會發(fā)生強(qiáng)烈的變質(zhì)和變形，就會變得難以解讀它的大尺度的結(jié)構(gòu)（structure，國內(nèi)文獻(xiàn)常譯為構(gòu)造，但需注意，它不是對應(yīng)于tectonics的構(gòu)造!），這是因為在一個單調(diào)的、千篇一律的高度變質(zhì)變形的玄武巖—燧石（chert，或譯為硅質(zhì)巖）—濁積巖為主的巖石建造內(nèi)缺乏標(biāo)志性的巖性（markerlithologies），它導(dǎo)致野外地質(zhì)工作者在過去產(chǎn)生了絕望。由此，提出用移動進(jìn)入俯沖增生雜巖的巖漿前鋒作為結(jié)構(gòu)標(biāo)記去追索造山帶的走向線和重建已經(jīng)變形的和已經(jīng)破碎的俯沖增生雜巖的原先的連續(xù)性，以及重建造山帶的構(gòu)造單元（structuremakers）。觀察表明，巖漿弧有很鋒利的（verysharp）前鋒，但有分散的弧的后緣（diffusebacks），同時指出，增生楔向洋方向生長時，巖漿前鋒不是連續(xù)的向前延伸的，而是正常的幕式跳躍的，其距離常常大于巖漿弧內(nèi)主要巖漿軸的寬度，在野外可使地質(zhì)學(xué)家辨認(rèn)巖漿前鋒遺跡（fossil）;相反，在連續(xù)生長的俯沖增生雜巖中蛇綠巖最長的也不過200km，被夾持在增生楔中，而不是古老的大陸之間，用蛇綠巖作為結(jié)構(gòu)標(biāo)志則可能產(chǎn)生誤導(dǎo)，因為，蛇綠巖在這里是作為增生碎片偶然的樣式而存在的。

另外，巖漿前鋒面向海溝的俯沖增生雜巖與巖漿作用有相同的年齡，而巖漿弧的后陸（hinterland）是由比巖漿弧老的巖石構(gòu)成的，這樣，巖漿前鋒的面向可指示洋殼的俯沖方向，即與巖漿前鋒面向相反的方向為洋俯沖的方向。3

組成極性（compositionalpolarity）Condie（1986）認(rèn)為，與現(xiàn)代俯沖帶有關(guān)的火山巖的地球化學(xué)研究提出，鈣堿性（CA）系列粗略地可分為呈完全過渡的3個亞系列（subseries），即弧拉斑玄武巖亞系列（arc-th）、鈣堿性亞系列（CA，狹義的）和鉀玄巖亞系列（sh）（JakesandWhite，1982）。從弧拉斑玄武巖亞系列-鈣堿性亞系列-鉀玄巖亞系列，在給定SiO2值條件下，K2O逐漸增加，其中弧拉斑玄武巖亞系列的K2O不會超過1.5%?；±咝鋷r亞系列或鈣堿性亞系列具有前鋒弧的特征。從弧拉斑玄武巖亞系列-鈣堿性亞系列-鉀玄巖亞系列，REE從平坦式樣到高度富集，87Sr/86Sr比值逐漸變大，后來的研究又表明，εNd（t）逐漸減小?；鸪蓭r的上述變化作為俯沖深度的函數(shù)，被稱為組成極性。對侵入巖來說，英云閃長巖在低K2O巖石組（group）中最豐富，而花崗閃長巖（γδ）或石英二長巖（Qη）在高K2O巖石組中最豐富。安第斯弧區(qū)中—新生代的礦床的極性為，外帶Fe、Cu→礦內(nèi)陸Ag、Pb、Zn→礦最內(nèi)陸Sn、Mo礦。

Jakes和White（1972）對組成極性有如下闡述，對于島弧火山巖（SiO2=50%～65%）來說，主元素和痕量元素豐度在水平方向上，從外帶-內(nèi)帶，和地層學(xué)層序上從早-晚，均呈現(xiàn)規(guī)律地變化，巖石組合從拉斑玄武巖亞系列鈣堿性亞系列-（低K、高K）-鉀玄巖亞系列，K2O增加（在SiO2給定的條件下），K2O/Na2O值升高，TFeO/MgO值降低。Pitcher（1993）在總結(jié)科迪勒拉活動大陸邊緣火成巖組合研究成果時指出，向洋一側(cè)分布輝長巖—閃長巖—英云閃長巖—花崗閃長巖組合；內(nèi)陸一側(cè)分布花崗閃長巖—花崗巖組合；同時認(rèn)為，洋內(nèi)島弧與斑巖Cu、Au礦有關(guān)，而大陸邊緣弧與Cu、Mo、Au礦有關(guān)。

Maniar和Piccoli（1989）提出，無堿性長石的花崗巖為洋斜長花崗巖，島弧花崗巖為TTG+石英閃長巖（Qδ）組合，大陸邊緣弧為TTG+二長花崗巖（ηγ）組合，碰撞花崗巖類為二長花崗巖組合，后造山為二長花崗巖+正長花崗巖（ξγ）組合，堿長花崗巖+石英堿長正長巖以及石英二長巖（Qη）+石英閃長巖（Qδ）+石英正長巖（Qξ）為與裂谷有關(guān)，堿長花崗巖+石英堿長正長巖組合與大陸的造陸抬升有關(guān)。2

巖漿弧地殼—洋陸轉(zhuǎn)換帶的地殼類型初始島弧的形成常常是洋巖石圈的俯沖，即常說的洋內(nèi)弧環(huán)境，其典型實例，即前面討論的湯加—克馬德克島弧系，伊豆—馬里亞納島弧系，中央千島群島島弧系，南桑德維奇島弧系等，為剛剛露出海水面的小火山島，地殼厚度