火山作用对板块构造环境的判别方法

李旭俊，刘仕承，严城民

(1.云南黄金矿业集团股份有限公司，云南 昆明 650200；2.云南省地矿局区域地质矿产调查大队，云南 玉溪 653100)

火山作用的板块构造环境，一般通过常量元素、稀土元素、微量元素图解判别。此方面的主要参考资料为：《岩石化学》(邱家骧等，1991)、《火成岩微量元素岩石学》(李昌年，1992)。在工作过程中，要注意收集期刊杂志发表的新方法、新图解。

在使用地球化学图解中要注意：①不同图解适用的岩石类型不同，要注意判别图解的适用岩石；②尽量选择投影区不相重叠或重叠较少的图解；③在同类岩石中，同时使用常量元素、稀土元素、微量元素进行图解判别，相互验证。

火山作用板块构造环境的判别图解大致划分为2种类型：①同一图解对不同的板块构造环境进行判别，②对拉斑系列的岩石进一步进行环境判别。对碱性系列、钙碱性系列的岩石，只需使用不同板块构造环境的判别图解。对拉斑系列的岩石，需要进一步进行岛弧拉斑玄武岩(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。

不同的判别图解中，板块构造单元的名称不完全统一，各个地质工作者的理解也有明显的分歧。此问题至今仍未有较好的方法进行处理。为便于年轻地质工作者的使用，本文对一些图解中的板块构造单元术语进行粗浅的分析。

火山岩的地球化学图解中，大多使用广义的玄武岩。也就是说：玄武岩的图解可以在基性火山岩(玄武岩)、中基性火山岩(安山玄武岩)中使用，甚至还可以在中性岩(安山岩)中使用。

在使用岩石地球化学图解中要注明4个内容：①图解的原创作者与年代；②图解从什么资料中引出；③作图瑞员的计算方法，简单者可以省略；④投影区说明。

1 火山岩板块构造环境划分

火山作用的板块构造环境划分为板块边缘和板块内部，多数火山岩形成于板块边缘。板块边缘划分为离散型板块边缘、聚敛型板块边缘、转换断层带。这3种板块边缘又可进一步划分为不同的构造单元。不同板块构造环境的岩石组合有一定差别(表1)。

火山岩系形成的板块构造环境为：①碱性系列主要形成于大陆克拉通、大陆裂谷、转换断层带；②钙碱性系列主要形成于俯冲带、活动大陆边缘(岛弧)、碰撞造山带；③拉斑系列主要形成于大洋板内、大洋岛屿、大洋中脊、大陆裂谷、陆间裂谷、俯冲带、岛弧、弧后盆地(边缘海盆)、转换断层带。

表1 不同板块构造环境的火山岩特征

2 常量元素图解判别

2.1 确定玄武岩的各种板块构造环境

确定玄武岩的各种板块构造环境的主要3种图解。

TiO2-10MnO-10P2O5图解(图1)将玄武岩划分为：大洋岛屿拉斑玄武岩(OIT)、洋中脊玄武岩(MORB)、大洋岛屿碱性玄武岩(OIA)、岛弧拉斑玄武岩(LAT)、钙碱性玄武岩(CAB)。该图解对洋中脊、洋岛、岛弧环境的玄武岩分辨率较高，将其他环境的玄武岩难于判别。钙碱性玄武岩区的岩石，尚需用其他图解进一步判别。

FeO*-Al2O3-MgO图解(图2)将玄武岩划分为：洋脊与洋底、洋岛、造山带、大陆板内、扩张中心岛屿。造山带可能包含了洋岛、岛弧，大陆板内是否包含大陆克拉通、大陆裂谷、陆间裂谷、被动陆缘，扩张中心岛屿似乎与大洋的3种环境(洋脊、洋底、洋岛)相重叠。

图1 判别火山岩板块构造环境的TiO2-10MnO-10P2O5图解Fig 1.Diagram TiO2-10MnO-10P2O5 of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(E.D.Mullen，1983；转引自邱家骧，1991)OIT-大洋岛屿拉斑玄武岩；MORB-洋中脊玄武岩；OIA-大洋岛屿碱性玄武岩；LAT-岛弧拉斑玄武岩；CAB-钙碱性玄武岩

图2 判别火山岩板块构造环境的FeO*-Al2O3-MgO图解Fig 2.Diagram FeO*-Al2O3-MgO of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(T.H.Pearce，1977；转引自邱家骧，1991)FeO*=FeO+0.9 Fe2O31-洋脊与洋底；2-洋岛；3-造山带；4-大陆板内；5-扩张中心岛屿

F1-F2、F2-F3图解(图3)将玄武岩划分为：板内玄武岩(WPB)、低钾拉斑玄武岩(岛弧拉斑玄武岩)(LKT)、钙碱性(高铝)玄武岩(CAB)、钾玄岩(SHO)、洋底(洋中脊)玄武岩(OFB)。板内玄武岩应该限指大陆板内，否则与洋底(洋中脊)玄武岩(OFB)重叠。钙碱性(高铝)玄武岩主要分布于环太平洋地区的造山带。钾玄岩主要形成于岛弧环境。

图3 判别火山岩板块构造环境的F1-F2、F2-F3图解

WPB-板内玄武岩；LKT-低钾拉斑玄武岩(岛弧拉斑玄武岩)；CAB-钙碱性(高铝)玄武岩；SHO-钾玄岩；OFB-洋底(洋中脊)玄武岩

F1=0.0088(SiO2)-0.0774(TiO2)+0.0102(Al2O3)+0.0066(FeO*)-0.0017(MgO)-0.0143(CaO)-0.0155(Na2O)-0.0007(K2O)

F2=0.0130(SiO2)-0.0185(TiO2)-0.0129(Al2O3)-0.0134(FeO*)-0.0300(MgO)-0.0204(CaO)-0.0481(Na2O)+0.0715(K2O)

F3=0.0221(SiO2)-0.0532(TiO2)-0.0361(Al2O3)-0.0016(FeO*)-0.0310(MgO)-0.0237(CaO)-0.0614(Na2O)-0.0289(K2O)

2.2 不同板块构造环境的拉斑玄武岩

判别拉斑玄武岩的板块构造环境常用TiO2-10MgO-10P2O5图解(图4)、TiO2-FeO*/MgO图解(图5)。这2种图解只能在拉斑玄武岩系列中使用，或者是进一步分辨岛弧拉斑玄武岩(OIB)、洋中脊玄武岩(MORB)、洋岛玄武岩(IAT)。

图4 判别拉斑玄武岩板块构造环境的FeO﹡/MgO-TiO2图解Fig 4.Diagram FeO*/MgO-TiO2 of Tholeiite Plate Tectonic Environment Discrimination(据W.Glassley，1974；转引自邱家骧，1991)Ⅰ-洋岛玄武岩(IAT)；Ⅱ-洋中脊玄武岩(MORB)；Ⅲ-岛屿拉斑玄武岩(OIB)

图5 判别拉斑玄武岩板块构造环境的TiO2-FeO﹡/MgO图解Fig 5.Diagram TiO2-FeO*/MgO of Tholeiite Plate Tectonic Environment Discrimination(据Migashiro，1974、1975；转引自邱家骧，1991)OIB-岛弧拉斑玄武岩；MORB-洋中脊玄武岩；IAT-洋岛玄武岩

3 稀土元素与微量元素图解判别

3.1 确定玄武岩的各种板块构造环境

判别玄武岩板块构造环境的常用4种图解。

Hf/3-TA-Th图解(图6)将玄武岩划分为：洋中脊玄武岩(M型)、洋中脊玄武岩(P型)、板内碱性玄武岩及分异产物、岛弧拉斑玄武岩及分异产物。板内碱性玄武岩不包括大洋板块。

V-Ti图解(图7)将玄武岩划分为：钙碱性玄武岩(CAB)、岛弧拉斑玄武岩(LIT)、洋中脊玄武岩(MORB)、大陆溢流玄武岩(CFB)、洋岛玄武岩(OIB)。钙碱性玄武岩需使用其他图解进一步判别。

2Nb-Zr/4-Y图解(图8)将玄武岩划分为：板内碱性玄武岩、板内碱性玄武岩和板内拉斑玄武岩、富集型洋中脊玄武岩、板内拉斑玄武岩和岛弧拉斑玄武岩、正常洋中脊玄武岩和火山弧玄武岩。此图解实际上只判别出板内玄武岩、洋中脊玄武岩、火山弧玄武岩，要此基础上需进一步判别。

Ti/100-Zr-3Y图解(图9)将玄武岩划分为：A、B-岛弧拉斑玄武岩；B、C-岛弧钙碱性玄武岩；B-洋底玄武岩；D-板内玄武岩。

图6 判别火山岩板块构造环境的Hf/3-Ta-Th图解Fig 6.Diagram Hf/3-Ta-Th of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(据Wood，1979；转引自李昌年，1992)A-洋中脊玄武岩(M型)；B-洋中脊玄武岩(P型)；C-板内碱性玄武岩及分异产物；D-岛弧拉斑玄武岩及分异产物

图7 判别长英质火山岩板块构造环境的V-Ti图解Fig 7.Diagram V-Ti of Felsic Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(据Shervais，1986；转引自李昌年，1992)CAB-钙碱性玄武岩；IAT-岛弧拉斑玄武岩；MORB-洋中脊玄武岩；CFB-大陆溢流玄武岩；OIB-洋岛玄武岩

图8 判别火山岩板块构造环境的2Nb-Zr/4-Y图解Fig 8.Diagram 2Nb-Zr/4-Y of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(据Mecschede，1986；转引自李昌年，1992)A1-板内碱性玄武岩；A2-板内碱性玄武岩和板内拉斑玄武岩；B-富集型洋中脊玄武岩；C-板内拉斑玄武岩和岛弧拉斑玄武岩；D-正常洋中脊玄武岩和火山弧玄武岩

图9 判别火山岩板块构造环境的Ti/100-Zr-3Y图解Fig 9.Diagram Ti/100-Zr-3Y of Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(据Pearec，1973；转引自李昌年，1992)A、B-岛弧拉斑玄武岩；B、C-岛弧钙碱性玄武岩；B-洋底玄武岩；D-板内玄武岩

2.2 不同板块构造环境的拉斑玄武岩

拉斑玄武岩系列可出现在不同的板块构造单元，以洋中脊、板内、岛弧环境较为常见，需使用相关图解进一步判别。

Ti-Zr图解(图10)、Zr/Y-Zr图解(图11)一般仅在拉斑玄武岩系列中使用，进一步分辨岛弧拉斑玄武岩(IAB)、洋中脊玄武岩(MORB)、洋岛玄武岩(IAT)、板内玄武岩(WPB)。

图10 判别拉斑玄武岩系列板块构造环境的Ti-Zr图解 Fig 10.Diagram Ti-Zr of Tholeiite Series Plate Tectonic Environment Discrimination(据Pearce，1973；转引自李昌年，1992)

图11 判别拉斑玄武岩系列板块构造环境的2Nb-Zr/4-Y图解Fig 11.Diagram 2Nb-Zr/4-Y of Tholeiite Series Plate Tectonic Environment Discrimination(据Pearce，1982；转引自李昌年，1992)

2.3 不同板块构造环境的长英质火山岩

长英质火山岩多见于岛弧和伸展盆地，判别图解较少。一般使用La-Yb图解(图12)Hf-Zr图解(图13)。

图12 判别长英质火山岩板块构造环境的La/Yb-Yb图解Fig 12.Diagram La/Yb-Yb of Felsic Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(据Condis，1986；转引自李昌年，1992)Ⅰ-弧火山岩；Ⅱ-伸展盆地(包括大陆壳内或在大陆附近的大陆裂谷和弧后盆地)火山岩

图13 判别长英质火山岩板块构造环境的Hf-Zr图解Fig 13.Diagram Hf-Zr of Felsic Volcanite Plate Tectonic Environment Discrimination(据Condis，1986；转引自李昌年，1992)Ⅰ-弧火山岩；Ⅱ-伸展盆地(包括大陆壳内或在大陆附近的大陆裂谷和弧后盆地)火山岩

3 小结

火山岩出露于板块构造的不同单元，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，需要进行岛弧拉斑玄武岩(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。