试总结活动大陆边缘的沉积、构造、岩浆和变质作用过程
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2024/040(03):0702 0718ActaPetrologicaSinica 岩石学报doi:10.18654/1000 0569/2024.03.03甘保平,唐菊兴,第五春荣.2024.活动大陆边缘岩浆作用及构造演化—以敦煌地块为例.岩石学报,40(03):702-718,doi:10.18654/1000-0569/2024.03.03活动大陆边缘岩浆作用及构造演化———以敦煌地块为例甘保平1 唐菊兴1,2 第五春荣3GANBaoPing1,TANGJuXing1,2andDIWUChunRong31 西南交通大学地球科学与工程学院,成都 6117562 中国地质科学院矿产资源研究所,自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室,北京 1000373 西北大学大陆动力学国家重点实验室,西北大学地质学系,西安 7100691 FacultyofGeosciencesandEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu611756,China2 MNRKeyLaboratoryofMetallogenyandMineralAssessment,InstituteofMineralResources,CAGS,Beijing100037,China3 StateKeyLaboratoryofContinentalDynamics,DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi an710069,China2023 06 30收稿,2023 12 17改回GanBP,TangJXandDiwuCR 2024 Magmatismandtectonicevolutionatanactivecontinentalmargin:AcasestudyoftheDunhuangBlock.ActaPetrologicaSinica,40(3):702-718,doi:10.18654/1000 0569/2024.03.03Abstract Continentalmarginarcsaretheproductsofmagmaticactivityassociatedwithsubductionatconvergentplateboundaries,whichgenerallyrecordmanyessentialgeologicalprocesses,i e ,arcmagmatism,orogenicprocess,andtheformationandevolutionofcontinentalcrust AsthesouthernmosttectonicunitinthemiddlepartoftheCentralAsianOrogenicBelt(CAOB),theDunhuangBlockhastraditionallybeendefinedasamicrocontinent/terranewiththeEarlyPrecambrianmetamorphiccrystallinebasement ItsubsequentlyunderwentmultiplephasesoftectonothermaleventsrelatedtotheCAOBandwasreactivatedinthePaleozoic,resultinginaseriesofextensivearcmagmatismandmetamorphismevents However,themechanismofPaleozoicarcmagmatismandthetectonicevolutionhistoryoftheblockarenotsystematicallystudied BasedonthemostrecentresearchprogressoftheDunhuangBlockinthepastdecade,wecomprehensivelycompliedthetypeofrockassociation,chronologyframework,andgeochemicalcompositionofPaleozoicigneousrocks,aswellasthecharacteristicsofcontemporaneousmetamorphismandsedimentarytectonthermalevents,culminatinginfollowingfindings (1)ThePaleozoicmagmaticprocessesinDunhuangBlockshowmulti stagesintrusioncharacteristic,i e ,episodicpatterns ThePaleozoicmagmatismgraduallymigratedfromthenortheasttothesouthandthenbacktothemiddleDunhuangarea,whichcanbeapproximatelydividedintofiveepisodes:~510Ma,440~410Ma,390~360Ma,~330Maand280~245Ma Whereasthemetamorphismeventsaremainlyconcentratedat450~360Ma (2)ThetypesofPaleozoicigneousrocksmainlyincludecalc alkalineI typegranites,adakiticrocks,asmallamountofS typeandhigh potassiumgranitoids ThecompositionsofPaleozoicgranitoidshavegraduallytransformedfromthelow potassiumtholeiiteintheCambriantothehigh potassiumandrich siliconinthePermian (3)Isotopicgeochemicalcharacteristicsindicatethatthedevelopmentofsubduction relatedarcmagmatismduringtheCambrian DevonianinthecentralandnorthpartoftheDunhuangareasignificantlycontributedtojuvenilecrustgrowth,accompaniedbyancientcrustalreworkingevents Incontrast,magmatismeventsinthesouthernpartduringtheDevonian Carboniferousperiodwereprimarilydominatedbyremeltingofancientcrustalmaterial (4)Basedonevidencefromadakiticrocks,theDunhuangBlockexperiencedtwosignificantcrustalthickeningeventsinthewholePaleozoic TheearlystagemaybecausedbythecollisionbetweentheDunhuangandShibanshanterrane/arcinthesouthernBeishanandmantle derivedmagmaunderplating Whilethelaterstagemayhavebeenrelatedtotheslabrollbackorretreat Thethicknessofthecrustfortwothickeningeventsreached~55km (5)TheDunhuangBlockisanancientmicrocontinentwiththePrecambriancrystallinebasementinthesouthernCAOB,whichwasstronglyremodifiedanddestroyedbytheorogeniceventsrelatedtothesubductionsouthwardofthePaleo AsianOcean Asanactivecontinentalmarginarcin本文受国家自然科学基金项目(42302054)、中国博士后科学基金项目(2022M712629)、中央高校基本科研业务费项目(2682022CX029)和西北大学大陆动力学国家重点实验室开放基金项目(21LCD13)联合资助.第一作者简介:甘保平,男,1989年生,讲师,从事岩石学研究,E mail:baopingnwu@163.com通讯作者:第五春荣,男,1977年生,教授,从事前寒武纪地质和同位素地质学研究,E mail:diwuchunrong@nwu.edu.cnthesouthernPaleo AsianOcean,theDunhuangBlockwasmodifiedandreactivatedbythegeologicalprocessessuchassubduction relatedmagmatism,partialmelting,crustalthickeningandregionalmetamorphism,andthatgeneratedwidelycontinentalarcmagmatismcharacterizedbyshowsepisodefeatures Inconclusion,theseinsightsprovidenewconstraintforexploringtheoriginofthemicrocontinentswithintheCAOBandthetectonicevolutionoforogenKeywords Continentalmarginarc;Episodicmagmatism;Reactivation;Crustalthickening;DunhuangBlock;CentralAsianOrogenicBelt摘 要 大陆边缘弧是汇聚板块边界与俯冲有关的岩浆作用产物,通常记录了造山带弧岩浆作用、造山过程和大陆地壳形成与演化等诸多重要的地质过程。
第七章岩浆作用与变质作用第一节岩浆作用与岩浆岩目的要求岩浆作用是地球内部物质运动变化的一种重要方式。
实质上,岩浆作用就是液态的岩浆与固态的岩石之间的矛盾发展过程.在一定的条件下,液态的岩浆转化为固态的岩石,这就是矛盾的暂时统一.我们之所以讨论岩浆作用,研究它的基本规律,目的是为了寻找和开发与岩浆作用有关的矿产资源和热力资源,并为进一步学习专门性理论奠定基础。
课时:2学时授课内容一、岩浆作用的概念二、喷出作用o(一)火山喷发现象与喷发类型o(二)火山喷出作用的产物三、侵入作用o(一)深成侵入体o(二)浅成侵入体四、岩浆岩o(一)岩浆岩的结构构造o(二)岩浆岩的矿物成分o(三)岩浆岩的颜色o(四)岩浆岩的分类和分类表的应用重点1.在课时有限的情况下,讲授重点应放在岩浆作用的基本概念上,如什么是岩浆作用;岩浆的主要成分;岩浆在地下所处的环境和状态;岩浆为什么活动;它侵入地壳或喷出地表会形成什么岩石。
2.人们如何着手对岩浆进行研究。
3.岩浆侵入作用和喷出作用的表现特征和产物.搬运作用的方式及不同营力搬运作用的特点是本节的重点。
难点本节课的难点在如何简要归述岩浆的演化和岩浆作用的时空规律。
教学方法本节课用多媒体以讲解为主,叙述为辅进行讲授.讲授重点内容提要•一、岩浆作用的概念•人们是如何着手对地下深处的岩浆作用进行研究的呢?主要从两方面着手:•一是实地考察近代火山现象,研究历史资料。
•二是从已经形成的岩浆岩着手去查明岩浆作用的规律.o(一)岩浆的主要成分o根据现代火山喷溢而出的熔岩得知,硅酸盐是岩浆的主要成分。
其中SiO2的含量在80-30%之间;金属氧化物如Ai2O3、Fe2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O等占20—60%。
其它如重金属、有色金属、稀有金属及放射性元素等,它们的总量不超过5%。
此外,岩浆中还含有一些挥发性组分,其中主要是H2O、CO2、H2S、F、Cl等。
o(二)岩浆(magma)o岩浆在地下的温度可能达1300℃左右,压力达数千个大气压.所以岩浆是一种处在高温高压下的,富含挥发组分而且成分复杂的硅酸盐熔融体。
地理之岩石圈物质循环总结
做题过程:先找岩浆,再找岩浆岩。
岩石圈循环的过程:
●岩浆经过①上升冷却作用变成岩浆岩。
●岩浆岩在②外力作用变成风化沉积物(沙石、粉末)。
●风化沉积物经过③固结成岩作用变成沉积岩。
●岩浆岩、沉积岩经过④变质作用(高温、高压)变成变质岩。
●岩浆岩、沉积岩、变质岩经过⑤重熔再生作用重新变为岩浆。
资料补充:
岩浆岩
特点:分为喷出型和侵入型。
(喷出岩是在岩浆喷出地表的条件下形成,温度低,冷却快;未达到地表的岩浆冷凝而成的岩石叫侵入岩)
典型岩石:玄武岩(气孔构造发育,黑色致密)、花岗岩(中粗粒结构)、流纹岩、安山岩等。
沉积岩
特点:多位于地球岩层表层,岩石不坚固,有化石存在;沉积岩是分层结构。
典型岩石:石灰岩(喀斯特地貌)、页岩、砂岩、砾岩等。
沉积岩的产物:化石、煤、石油
变质岩
特点:变质岩属重结晶的岩石,颗粒较粗,不含玻璃质和有机质的残体。
典型岩石:石英岩、大理岩、板岩、片麻岩等。
(石灰岩在变质作用下变成大理岩;砂岩、砾岩在变质作用下变成石英岩;页岩在变质作用下变成板岩)
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俯冲带岩浆作用和变质作用俯冲带岩浆作用和变质作用位于板块俯冲边界的岛弧—海沟系以及活动大陆边缘,热流值出现急剧的变化。
在海沟地带,热流值极低;而位于火山岛弧地带的热流值相当的高。
这种热异常是地球深部动力的地表的反映。
板块俯冲所导致的压力和热力效应,又在很大程度上控制着俯冲带的岩浆活动和变质作用的发生。
一、板块俯冲带的岩浆活动岛弧和活动大陆边缘石火山活动的强烈地区,常平行于海沟呈弧形展布,俯冲带的火山活动以中酸性,特别是安山岩类为主;并且富含气体(主要为水蒸气),表现出爆发的性质。
喷出物以碎屑物质占优势,这是岩浆弧火山岩与其他构造环境火山岩的主要区别。
有火山碎屑、侵入岩以及变质岩屑构成的厚层杂砂岩,泥岩经常与火山岩互层,这种互层系是识别岩浆弧火山岩的重要标志之一,在岩浆弧区与火山岩共生的还有大量中酸性深成岩,它们广泛的侵入到火山岩和沉积岩堆积中。
俯冲带岩浆活动产生的主要岩石系列有:a、岛弧拉斑玄武系列;b、钙碱系列;c、岛弧碱性系列,以及其间的过渡系列(表1-1)。
岛弧拉斑系列与洋脊拉斑系列的区别是:铁镁比较高,SiO2较高,稀土丰度偏低,初始锶比值较高;钙碱系列与岛弧拉斑系列相比,很少有铁的富集,SiO2较多,明显富集大离子亲石元素,轻稀土略富集,随SiO2的增加K2O 增长较快;岛弧碱性系列少有或没有铁的富集,碱元素含量高,随SiO2的增加K2O急剧增长(如图),进一步分为两组:由碱性橄榄玄武岩、橄榄粗安岩、粗面岩、碱流岩组成的钠质组和由橄榄粗安岩、安粗岩等组成的钾质组(表1-2)。
表 1-1三种火山岩系列在诸构造中的分布表 1-2不同系列火山岩化学成分比较火山岩系列的鉴别由于钙碱系列火山岩可以作为岛弧的标志性岩石,故火山岩系列的鉴定在识别古岛弧,回复古构造环境中具有重要意义。
稀土元素的分配形式在判别火山岩的共生系列中很有价值。
如图4-9所示,随着从拉斑玄武岩系到钙碱性系列、碱性系列,稀土元素的分配型式从平坦型转变为富集型至强富集型。
高中地理(地质作用、沉积、侵蚀、岩浆侵入)考点详解判断沉积、侵蚀、侵入作用的先后顺序,是高考地理的难点。
一般来说,按照“倒叙”来判断。
以下图为例:(1)寻找贯穿地层的地质作用,即为最后发生的。
图中左侧,有一条稍微倾斜的直线(断层),贯穿地层。
因此断层作用是最后发生的。
(2)判断岩浆侵入作用下图中有两个岩浆侵入:黑色、斑点色。
其中斑点色的岩浆“打断”了黑色岩浆,且被左侧断层折断。
因此发生先后顺序为:黑色岩浆侵入>斑点岩浆侵入>断层(3)判断褶皱与沉积作用下图中,最上层的圆圈状砂岩与下层褶皱地层的接触面,较为平整,先形成褶皱,后形成沉积作用,即褶皱>沉积(4)判断褶皱、成绩作用和岩浆侵入如下图所示,黑色岩浆穿过了最上方的沉积砂岩。
因此褶皱>沉积>黑色岩浆侵入。
(5)综合全部顺序褶皱>沉积>黑色岩浆侵入>斑点岩浆侵入>断层图1 地质活动的顺序高考地理——真题图2 例题答案:D精讲精析:(1)读题,确定最先发生的地质事件。
仔细读题,题目中表明,地层首先发生褶皱,也就是说,图中的“格子”(沉积岩Ⅱ)为首先发生的地层。
(2)判断作用于褶皱的外力。
褶皱发生后,应该是弯弯曲曲的起伏,但图中的最底层的褶皱却是非常平的,因此首先受到了侵蚀作用。
(3)判断沉积于侵入的先后。
观察上图,花岗岩垂直插入到沉积岩Ⅰ和沉积岩Ⅱ中,因此肯定是先行成了沉积岩Ⅰ和沉积岩Ⅱ,然后再被岩浆侵入。
因此是先沉积,后侵入。
(4)判断整个地质过程的顺序。
①整个地层,先在内力的作用下发生褶皱,产生背斜和向斜;②此后被外力作用侵蚀,使得表面比较平整;③此后在平整的表面发生了新的沉积;④最后演讲自下而上,穿透沉积岩Ⅰ和沉积岩Ⅱ。
总结判断地质作用的发生先后时,如果不发生底层反转,一般可有以下技巧:①下方地质作用先形成,上方后形成,贯穿岩层的地质作用,最后形成;②岩浆侵入哪个岩层,则这个岩层形成的时间,早于岩浆;③褶皱的表面被抹平,代表着进行了侵蚀作用;④一层层平行的、平直的岩层,为沉积作用的产物。
【考点解读】地壳是由岩石构成的,要说明地壳内部物质的循环过程,首先要了解地壳内部物质——岩石的分类,即岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。
其次要了解每一类岩石是怎样形成的,这需涉及各种地质作用。
第三,理解三大类岩石——岩浆岩、沉积岩、变质岩之间,及其与岩浆间的相互转化。
第四,从“过程”来看,需要把握转化的起点、终点,以及先后顺序,并由此过程形成“循环”的认识。
岩石与地壳物质循环:三大类岩石与岩浆之间的相互转化,构成了地壳物质的循环运动。
(1)岩浆岩:岩浆在上升过程中冷却、凝固而成,在地表以下形成侵入岩(如花岗岩);喷出地表后冷却凝固,叫喷出岩,又称火山岩(如玄武岩)。
(2)沉积岩:岩石在外力作用下,经过风化、侵蚀、搬运、沉积和固积成岩作用形成,具有层理结构,一般含有化石。
如石灰岩、页岩、砂岩、砾岩等,以及煤、石油、天然气等化石燃料。
正常情况下,沉积岩层呈上新下老的关系,亦可根据所含化石确定时间先后顺序。
物质构成和化石还可以反映当时的沉积环境,如煤层说明以前是湿润的森林,石灰岩层说明以前是温暖的浅海环境,等等。
(3)变质岩:由其它岩石在高温、高压条件下发生变质作用而成。
如石灰岩受热成为大理岩,页岩受挤压形成板岩。
可用下列两图来表示:【考题举例】(2007年海南)图3示意某地的沉积岩层与火成岩体的相互关系。
回答11~12题。
11.各岩层、岩体的生成时代按由老至新的顺序依次是A.火成岩1、沉积岩1、沉积岩2、火成岩2、沉积岩3B.沉积岩3、火成岩1、火成岩2、沉积岩2、沉积岩1C.沉积岩3、火成岩1、沉积岩2、火成岩2、沉积岩1D.沉积岩3、沉积岩2、火成岩1、火成岩2、沉积岩112.喷出地表的火成岩为喷出岩,没有喷出地表的火成岩为侵入岩,图3中A.火成岩1为喷出岩B.火成岩2为喷出岩C.火成岩1、沉积岩2都为喷出岩D.火成岩1、沉积岩2都为侵入岩【答案】11.D 12.B(07年上海地理卷)(二)不同的岩石具有不同的成因,可能贮藏有不同的矿产资源。
试总结活动大陆边缘的沉积、构造、岩浆和变质作用过程
大陆边缘分为活动大陆边缘(太平洋型)和被动大陆边缘(大西洋型大陆边缘),其中活动大陆边缘包括西太平洋型活动大陆边缘(日本型)和东太平洋型活动大陆边缘(安第斯型)。
其中西太平洋活动大陆边缘为岛弧型活动大陆边缘,东太平洋活动大陆边缘属于陆源弧型活动大陆边缘。
主动大陆边缘的形成都与汇聚型板块边界有关,主要形成于太平洋的边缘及印度洋东北缘。
其陆架狭窄,陆坡较陡,陆隆被深邃的海沟所取代。
地形复杂,高差悬殊。
其属于板块俯冲边界,地震、火山活动频繁,构造运动强烈。
大陆架比较狭窄,一般宽仅几十大陆边缘公里。
海沟的两坡很陡,坡度达5°~10°,其中堆积着浊积物﹑硅质沉积﹑火山碎屑和滑塌堆积。
由于大洋板块在海底处的俯冲作用,海沟及其附近的沉积物受到“铲刮”,而强烈变形,形成叠瓦状逆掩断层和混杂堆积。
西太平洋型活动大陆边缘(日本型):岛弧型主动大陆边缘,是大洋板块向大陆俯冲消减的地带,代表威尔逊旋回的后期阶段。
火山弧、海沟和贝尼奥夫带三者共生是基本特征。
东太平洋型主动大陆边缘为陆缘弧型主动大陆边缘,海沟(俯冲)带与大陆边缘隆起带相接。
无弧后盆地(边缘海),这是与西太平洋活动大陆边缘的主要区别。
由大洋向大陆方向依次为:海沟、混杂堆积带、弧前盆地、陆缘弧、弧背盆地。
相应单元的沉积特征与岛弧型大陆边缘相似
海沟:与岛弧延伸方向基本平行,是板块俯冲的位置。
海沟长而窄,长达数百至数千公里,宽达数十至上百公里,深度一般超过6000米,是海底最深的地方(最深点是马里亚纳海沟,深度达11034m)。
海沟沉积物有两部分:一部分是由俯冲板块带来的深海平原沉积物;另一部分是在海沟形成的深海沉积物。
包括:远洋钙质沉积、硅质沉积、深海红粘土、火山灰沉积、浊流沉积。
海沟沉积物一般厚达几百米,受俯冲作用的影响,海沟沉积物保存不完整,并多发生强烈变形。
海沟是洋壳下插的地方,下插洋壳随着深度增加发生部分熔融形成岩浆。
冷的高密度的大洋岩石圈俯冲到热的低密度的大陆岩石圈(之下的地方,随着俯冲深度增加和温度升高。
俯冲板片开启脱水并发生部分熔融。
产生的流体与上覆地幔发生作用,这种作用就形成了火山弧中的钙碱性玄武岩—安山岩—流纹岩的岩浆岩组合。
随着深度的增加,温度越来越高,部分岩石发生变质作用,形成了片麻岩和混合变质岩。
混杂堆积:位于海沟俯冲带的前端,由外来岩块、原地岩块、基质三部分组成。
外来岩块主要来自俯冲板块上的放射虫硅质岩、枕状熔岩以及基性超基性的辉绿岩、蛇纹岩、橄榄岩、榴辉岩等洋壳和地幔岩的碎块。
原地岩块系海沟原地形成的浊积硬砂岩、粉砂岩、砾岩,有时还有海沟内壁上的蓝闪石片岩。
基质一般是相对塑性的泥质岩石,以构造方式嵌入(冷侵位)到塑性基质中。
叠瓦状推覆构造发育,有时还形成增生楔。
弧前盆地:位于增生楔与火山弧之间的无火山地带,它是由于增生楔的不
断扩大上隆,从而在其与火山弧之间形成的凹地。
沉积空间变化大,沉积厚度较大,沉积物主要来自火山弧,也可来自外弧,碎屑物成熟度低,沉积以碎屑为主,浊积岩最主要,是复理石沉积最典型的类型。
变形和变质都相对较弱,地貌复杂,可以出现三角洲相,滨岸相,陆架相,陆坡相及浊积相。
岩浆弧:沉积作用主要发生在弧边部海盆和因强断裂而形成的弧内盆地中,以断裂为界的张裂盆地,基底为过渡壳或陆壳,其形成与深部岩浆上升使弧地壳隆起产生的拉张构造有关,也与火山和构造作用产生的局部沉降有关。
弧内盆地:形成可能与深部岩浆上升使弧地壳隆起产生的拉张构造有关,也可能同火山和构造原因的局部沉降有关,还可能同初期弧间盆地发育有关。
由于岩浆弧地壳深处的扩张作用,使得弧间盆地内的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
弧后盆地:位于岩浆弧(岛弧)与大陆(陆棚)之间,广阔的边缘海盆。
水深可达3000m。
由弧后扩张作用形成,其基底为大洋型地壳,可以看作是次一级的被动大陆边缘。
现代的弧后盆地主要分布在西太平洋边缘,盆中浊流沉积非常发育,沉积物来自两侧,大陆提供比较成熟的碎屑物质,岩浆弧则提供给大量火山碎屑特别是凝灰质物质,则两侧复理石沉积特征不同发育浊流沉积(复理石),靠大陆一侧是在陆壳或过渡壳基底上发育的冒地槽型沉积,成熟度较高,与被动大陆边缘的沉积相似;靠岩浆弧一侧是在过渡壳和洋壳基底上发育的优地槽型沉积,为火山碎屑沉积。