板块构造环境中的岩石分布

板块构造学说是20世纪60年代中期兴起的全球构造理论，它与地幔柱构造的结合，构建了全球构造体系。按照板块构造学说，地球的最外部分被分隔成若干刚性的板块，它漂浮在更稠密但较软且流动的物质上。板块沿三种边界（相对背离的离散边缘、相对碰撞挤压的汇聚边缘和相对错动的转换断层）运动，就造就了不同的构造环境（图1－6），形成了不同的岩石－构造组合（图1－7）。识别不同类型的构造环境和与之相关的岩石组合，是揭示复杂地区地质演化的关键，也是理解有关岩石形成演化过程的前提。

在三种板块边界中，扩张边缘（或离散板块边缘）和汇聚板块边缘（俯冲带）是岩浆活动最强烈的地带，今天全世界90％的火山活动出现在这两个板块边缘。其中，环太平洋与俯冲有关的火山活动形成了一个长达400 00km的巨大的 “火环” 或 “安山岩线”，沿“火环” 分布了452座活火山（占全球活火山的75％），并构成了一个巨大的地震带（全世界90％的地震出现在这个带上）。与板块边缘不同，沿转换断层的岩浆活动不太发育。

图1－6 地球的主要板块及板块边缘构造（据Raymond，1995，修改）

图1－7 不同板块部位的岩石组合图解（转引自路凤香和桑隆康，2002；据Raymond，1995）

（一）扩张边缘（spreading or divergent boundary）

◎洋中脊和海底：洋中脊是地幔部分熔融产生的岩浆上涌并导致大洋地壳产生的部位。大洋岩石圈主要由超镁铁岩类组成，上地幔之上就是洋壳，主要岩石包括辉长岩、基性岩墙群和洋中脊玄武岩（MORB），而玄武岩之上是深海沉积物，包括条带燧石、远洋钙质灰泥和红色粘土软泥等。近年来对大洋核杂岩的研究表明，由于海水与岩石的相互作用，在洋底出露了低到中级变质火山岩和蛇纹岩。如果现在大陆上见到的 “蛇绿岩套” 确是洋底碎片的话，通过蛇绿岩套的观察，就能深入认识古洋壳的特征和形成过程。

随着新的地壳增生，洋中脊会不断扩张，玄武岩、辉长岩和橄榄岩就不断向两侧运移。因此，从洋中脊向两侧，洋壳年龄变老。随着洋壳年龄变老，覆盖在玄武岩之上的薄层深海远洋沉积物会不断加厚。这是由于离洋中脊越远，海底年龄越大，从而为沉积物提供了更长的堆积时间。

◎大陆裂谷：在大陆裂谷环境中，广阔的裂谷中常有岩墙的注入和碱性火山锥的生长。在很多情况下，裂谷环境中的早期沉积物有长石砂岩、红层和蒸发岩。在位于亚丁湾、红海和东非裂谷交汇处的阿法尔三角区（AFAR）这样的初始裂谷环境中，早期的玄武岩为碱性，并与区域上隆作用有关。随着进一步扩张或大陆断块的完全裂开，便形成大量的拉斑玄武岩，如亚丁湾和红海裂谷就存在这种情况。与大陆环境裂谷作用有关的产物还包括巨量的大陆溢流玄武岩，有时还发育有双峰式的流纹岩和玄武岩套。在有些情况下，如在美国新墨西哥和科罗拉多州的里奥格兰德（Rio Grande）裂谷中，部分岩石明显为碱性，并与断块作用和裂谷的形成有关。但在有的地区，如美国西部的哥伦比亚河高原玄武岩区，有人认为与黄石地幔柱有关，而黄石地幔柱的产生，可能是俯冲板片残余触发地幔岩石熔融的产物。

（二）汇聚边缘（convergentboundary）

由于地球的总表面积保持不变，因此，如果地壳在某个地方不断生长，那么，就会在另外的地方消亡，即发生大洋板块的俯冲和碰撞作用。俯冲带包括大洋－大陆和大洋－大洋之间的两种类型，现代的俯冲带以发育海沟和地震活动倾斜带（称为毕鸟夫带）为标志。根据对马里亚纳弧和秘鲁－智利弧仰冲板块的板内震源机制的分析，推断存在两种不同的俯冲环境：一种为智利型，火山弧和弧后区为压应力环境；另一种为马里亚纳型，岛弧和弧后区为张应力环境。两种环境的构造样式和岩石组合有所不同。

当大洋板块因俯冲完全进入地幔之中，由大洋分隔的两个大陆就会发生碰撞造山作用，出现大陆－大陆碰撞带（如喜马拉雅碰撞带）。俯冲带在发生大洋地壳再循环进入地幔的同时，会通过大规模的岩浆作用发生大陆地壳的生长，而大陆碰撞带会导致地壳的剧烈加厚、山脉隆升和高原的形成。

◎大洋－大陆俯冲带：冷的较高密度的大洋岩石圈沉入热的低密度的大陆岩石圈（活动大陆边缘）之下的地方，也是大洋板块发生俯冲的位置，也称为大陆弧。随着俯冲的进行与温度的升高，俯冲板片会脱水甚至发生部分熔融。所产生的流体（熔体）会交代上覆地幔，甚至引起地幔楔的部分熔融。这种岩浆作用就形成了火山弧中的钙碱性玄武岩－安山岩－流纹岩组合。在深部，巨量的花岗岩浆侵入古大陆边缘之上加积的岩石中，固结后形成岩基。而侵位在地壳浅处几千米内的花岗岩类侵入体，其周围形成狭窄的接触变质带；侵位在较深处（如10～20km）的侵入体周围，则形成巨大的低到高级区域变质片岩和片麻岩晕圈和混合岩带。伴随着变质作用，就出现强烈的变形，发育面状组构或片理，或有新生的高温矿物出现。

在火山弧和海沟之间出现弧沟间隙，又称为加积柱－弧前地体。这里，主要出现蛇绿岩片和由火山弧派生的碎屑岩组合。在某些地区，剖面中可看到橄榄岩、蛇纹岩、辉长岩、变玄武岩及伴生的远洋沉积物组成的蛇绿岩（ophiolite），这些剖面看起来很像洋壳和上地幔的组成部分。在其他许多地区，则不显示典型的蛇绿岩套的层序，有关的岩石可能还与安山质岛弧火山岩共生。

由于俯冲带物质的快速深埋，在火山弧和海沟之间的加积棱柱体内，将发生高压低温区域变质作用，出现蓝片岩甚至榴辉岩的岩块。在空间上，这些变质岩通常与大洋岩石圈中常见到的橄榄岩、蛇纹岩或它们的过渡物相伴生。

双变质带：在加积棱柱体中出现高压低温变质作用，而岛弧区出现高温低压区域变质作用。高压变质带形成之后不久，就会因构造作用而剥露出来，但岛弧区的高温变质岩和核部的深成岩只有当造山带隆升和强烈剥蚀后才能暴露出来。

火山弧之后是弧后或边缘盆地。在弧后地区，通常在火山弧活动停止之后，在相对稳定的环境中喷发各种碱性火成岩。这些岩石尽管数量不多，但分布广泛，化学成分和矿物成分变化很大。

◎大洋－大洋俯冲带：在有些地区，俯冲带全部在大洋内。古老而冷的高密度岩石圈在远离洋中脊的位置沉入到热的较低密度的大洋岩石圈之下，称为大洋弧，马里亚纳弧是典型代表。这里，岩浆通过仰冲板块上升，形成玄武质火山弧，其中安山岩和流纹岩等中酸性岩石所占的比例比大陆弧中的小。

◎大陆－大陆碰撞带：以一个大陆板块仰冲到另一个之上为特征。仰冲板块的上隆使深部大陆壳的岩石暴露出来，例如，麻粒岩相变质岩、糜棱岩和少量花岗岩等。地壳底部的岩石多呈粒状，缺乏含水矿物和低熔点矿物成分，富含镁铁质岩块。如果没有大陆的碰撞，只通过地表剥蚀，则陆壳深部形成的麻粒岩相等高温区域变质岩就很难暴露出来。喜马拉雅山的形成就被认为与陆－陆碰撞造山作用有关。

（三）转换断层（transformfault）

有关转换断层内的岩浆活动，目前仅有太平洋内的少数几个实例，包括Siqueiros，Raitt和Garrett等转换断层区。这种环境多产出MORB型玄武岩和苦橄玄武岩，斜长石和橄榄石的斑晶或巨晶含量远高于周围的洋中脊玄岩，化学成分上亏损不相容微量元素，K/Ti和La/Sm比值低，具有接近原生岩浆成分的Mg值（9.5％～10.6％ MgO）。

（四）板块内部（intraplate）

◎大洋板块内部：像夏威夷这样的洋岛是大洋板块内部环境的典型实例，主要产出洋岛拉斑玄武岩、过渡玄武岩和碱性玄武岩，一般认为与热点型岩浆作用有关。海山（seamount）代表了大洋板内的大火成岩省，其中的熔岩占大洋壳体积的5％ ～25％（Wilson，1989）。

◎大陆板块内部：金伯利岩等岩石是大陆板块内部岩浆作用的典型产物。