岩漿弧

大地構造學術語。指洋殼往陸殼下俯衝時，岩漿上涌侵位和噴出地表的區域，如南美的安第斯山及環太平洋的各大島弧都是岩漿弧。

基本介紹

• 中文名：岩漿弧
• 外文名：magmatic arc
• 釋義：岩漿上涌侵位和噴出地表的區域
• 學科：大地構造學

釋義

大地構造學術語。指洋殼往陸殼下俯衝時，岩漿上涌侵位和噴出地表的區域，如南美的安第斯山及環太平洋的各大島弧都是岩漿弧。岩漿弧靠近洋殼的一邊為弧前盆地，另一側為弧後盆地，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基本一致，主要區分在於弧後地區。安第斯型為擠壓應力，弧後地區為穩定的克拉通地區；而西太平洋型為伸展型構造環境，弧後地區為邊緣海或者陸緣裂陷盆地。

岩石構造組合

岩漿弧的殼幔協市煮榆結構和岩漿源區

Wyllie（1984）設計了4種可能的俯衝洋殼與上覆楔形地幔區的熱結構配置（圖1），用以討論岩漿可能發生的源區。由圖1可知，岩漿弧下面發生岩漿的源區可能有3個，即①俯衝的洋殼，②俯衝帶上覆的楔形地幔區，③幔楔上面的陸殼或洋殼。請注意，圖1隻表示了陸殼，這是Wyllie設計的活動大陸邊盛企臘緣弧的殼幔結構，如果考慮到島弧，特別是洋內弧（intra-oceanicarc），則俯衝帶上面的是洋岩石圈，幔楔上面的地殼就是洋殼了，因此，在這裡對源區③寫為陸殼或洋殼。

圖1：洋俯衝帶殼幔結構與岩漿源區

俯衝的洋殼為玄武質岩石，如果發生局部熔融的話，則形成長英質（felsic）岩漿；楔形地幔區為橄欖岩，則可產生鎂鐵質（mafic）岩漿；最上面的陸殼（玄武質或安山岩），或洋殼（玄武質），則可形成長英質岩漿和/或高矽的長英質岩漿。

岩漿的形成和岩石構造組合

（1）圖1a為冷幔—熱殼結構，玄武質洋殼在俯衝之前，因為與海水相互作用將是富含H2O的，當它隨俯衝進入深部時，首先變承腿愉質達綠片岩相，在達到與角閃岩相的邊界（D—G）時必定會放出大量水上升進入幔楔和上面的地殼，誘發角閃石化交代作用，進一步俯衝達到與榴輝岩相交界（E—M）時，由於是熱洋殼，可能會誘發洋殼的角閃石脫水熔融，形成安山岩—英安岩—流紋岩系列的岩漿（與之對應的侵入岩為英雲閃道寒厚諒長岩—奧長花崗岩—花崗閃長岩組合即TTG岩漿），它們上升穿過地幔楔時會與橄欖岩發生反應使之MgO等含量升高，最終定位於淺部地殼或噴出地表，與此同時，在到達地殼底部（H處）時還可誘發地殼的局部熔融形成TTG岩漿（當洋內弧環境時），或花崗岩岩漿（狹義的矽高和鉀高的真正花崗岩）（當大陸邊緣弧或有陸殼基底的島弧環境時）。

（2）圖1b為冷幔—冷殼結構，俯衝洋殼與地幔楔形區均無岩漿發生，後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處的同樣的岩漿組合。

（3）圖1c為熱幔—冷殼結構，俯衝的洋殼無岩漿發生，只是放出水進入楔形地幔區，誘發地幔橄欖岩遷汽局部熔融產生，同時隨淺部（E—M處）已經角閃石化的橄欖岩由於幔楔沿俯衝帶向下拖曳使溫度升高誘發角閃石脫水熔融，使在N點加強岩漿的發生。依賴於壓力的大小，在1.5GPa條件下則無高鎂安山岩岩漿的發生。在最上面的地殼下部發生的岩漿類同於圖1a的H處。

（4）圖1d為熱幔—熱殼結構，3個源區均有岩漿發生，俯衝洋殼發生的岩漿類似圖1a的熱殼;楔形地幔區發生的岩漿類似圖1c的熱幔，除此以外，在R處還可能有金雲母（phl）脫水誘發鉀質和超鉀質岩漿的發生;最上部的地殼則在H處和C處分別類似於圖1a，c和1b的岩漿發生。因此，岩漿種類最為豐富，岩石組嚷墊頸合最多，岩漿作用最為強烈，這樣的熱幔—熱殼結構對成礦作用最為有利，可能是形成超大型礦床的最佳構造位置。

（5）關於不同類型的岩漿形成的溫度、壓力、源岩條件，如有興趣，請參閱鄧晉福等關於高溫高壓實驗成果的綜述。

主要地質特徵

Condie於1982年對洋俯衝帶上面的岩漿弧提出三個主要特徵，即①岩漿前鋒；②組成（組分）極性；③地球化學極性指數。

岩漿前鋒

現代岩漿弧的火成岩產於島弧或活提簽蒸動大陸邊緣弧內，與洋俯衝帶有關的火山或侵入活動，通常在岩漿前鋒（magmaticfront）處突然發育。岩漿前鋒大致與海（洋）溝（oceantrench）平行，離鄰近海溝軸部約200～300km處的岩漿弧上突然發育，弧—溝之間無岩漿活動的地帶常稱為弧—溝間隙。岩漿活動在岩漿前鋒處的突然發育，反映了洋俯衝帶內或其上覆楔形地幔內局部熔融作用的發生。

Sëngor指出岩漿前鋒是一個重要的造山帶的結構標誌。當位於兩個大陸之間的洋殼俯衝消減和消亡之後，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，並有多幕洋俯衝作用，常常岩漿弧會向洋後退，並侵入到先前的俯衝增生雜岩內，如果這種過程不止一次地發生，則洋陸轉換帶完全由俯衝增生物質加岩漿弧構成，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生強烈的變質和變形，就會變得難以解讀它的大尺度的結構（structure，國內文獻常譯為構造，但需注意，它不是對應於tectonics的構造!），這是因為在一個單調的、千篇一律的高度變質變形的玄武岩—燧石（chert，或譯為矽質岩）—濁積岩為主的岩石建造內缺乏標誌性的岩性（markerlithologies），它導致野外地質工作者在過去產生了絕望。由此，提出用移動進入俯衝增生雜岩的岩漿前鋒作為結構標記去追索造山帶的走向線和重建已經變形的和已經破碎的俯衝增生雜岩的原先的連續性，以及重建造山帶的構造單元（structuremakers）。觀察表明，岩漿弧有很鋒利的（verysharp）前鋒，但有分散的弧的後緣（diffusebacks），同時指出，增生楔向洋方向生長時，岩漿前鋒不是連續的向前延伸的，而是正常的幕式跳躍的，其距離常常大於岩漿弧內主要岩漿軸的寬度，在野外可使地質學家辨認岩漿前鋒遺蹟（fossil）;相反，在連續生長的俯衝增生雜岩中蛇綠岩最長的也不過200km，被夾持在增生楔中，而不是古老的大陸之間，用蛇綠岩作為結構標誌則可能產生誤導，因為，蛇綠岩在這裡是作為增生碎片偶然的樣式而存在的。

另外，岩漿前鋒面向海溝的俯衝增生雜岩與岩漿作用有相同的年齡，而岩漿弧的後陸（hinterland）是由比岩漿弧老的岩石構成的，這樣，岩漿前鋒的面向可指示洋殼的俯衝方向，即與岩漿前鋒面向相反的方向為洋俯衝的方向。

組成極性

（compositionalpolarity）

Condie（1986）認為，與現代俯衝帶有關的火山岩的地球化學研究提出，鈣鹼性（CA）系列粗略地可分為呈完全過渡的3個亞系列（subseries），即弧拉斑玄武岩亞系列（arc-th）、鈣鹼性亞系列（CA，狹義的）和鉀玄岩亞系列（sh）（JakesandWhite，1982）。從弧拉斑玄武岩亞系列-鈣鹼性亞系列-鉀玄岩亞系列，在給定SiO₂值條件下，K₂O逐漸增加，其中弧拉斑玄武岩亞系列的K₂O不會超過1.5%。弧拉斑玄武岩亞系列或鈣鹼性亞系列具有前鋒弧的特徵。從弧拉斑玄武岩亞系列-鈣鹼性亞系列-鉀玄岩亞系列，REE從平坦式樣到高度富集，87Sr/86Sr比值逐漸變大，後來的研究又表明，εNd（t）逐漸減小。火成岩的上述變化作為俯衝深度的函式，被稱為組成極性。對侵入岩來說，英雲閃長岩在低K₂O岩石組（group）中最豐富，而花崗閃長岩（γδ）或石英二長岩（Qη）在高K₂O岩石組中最豐富。安第斯弧區中—新生代的礦床的極性為，外帶Fe、Cu→礦內陸Ag、Pb、Zn→礦最內陸Sn、Mo礦。

Jakes和White（1972）對組成極性有如下闡述，對於島弧火山岩（SiO₂=50%～65%）來說，主元素和痕量元素豐度在水平方向上，從外帶-內帶，和地層學層序上從早-晚，均呈現規律地變化，岩石組合從拉斑玄武岩亞系列鈣鹼性亞系列-（低K、高K）-鉀玄岩亞系列，K₂O增加（在SiO₂給定的條件下），K₂O/Na₂O值升高，TFeO/MgO值降低。Pitcher（1993）在總結科迪勒拉活動大陸邊緣火成岩組合研究成果時指出，向洋一側分布輝長岩—閃長岩—英雲閃長岩—花崗閃長岩組合；內陸一側分布花崗閃長岩—花崗岩組合；同時認為，洋內島弧與斑岩Cu、Au礦有關，而大陸邊緣弧與Cu、Mo、Au礦有關。

Maniar和Piccoli（1989）提出，無鹼性長石的花崗岩為洋斜長花崗岩，島弧花崗岩為TTG+石英閃長岩（Qδ）組合，大陸邊緣弧為TTG+二長花崗岩（ηγ）組合，碰撞花崗岩類為二長花崗岩組合，後造山為二長花崗岩+正長花崗岩（ξγ）組合，鹼長花崗岩+石英鹼長正長岩以及石英二長岩（Qη）+石英閃長岩（Qδ）+石英正長岩（Qξ）為與裂谷有關，鹼長花崗岩+石英鹼長正長岩組合與大陸的造陸抬升有關。

地殼類型

岩漿弧地殼—洋陸轉換帶的地殼類型

初始島弧的形成常常是洋岩石圈的俯衝，即常說的洋內弧環境，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<20km，以玄武質—玄武安山質的鎂鐵質（mafic）火成岩為主，在深部它們會變質生成鎂鐵質的基性麻粒岩和基性角閃岩，Miyashiro（1974）稱之為“洋殼型”的地殼，這裡所以打出引號，是因為，它們不是真正的洋殼（MORB+OIB組成），而主要是低鉀拉斑玄武岩系列的玄武質和玄武安山質，不同於真正鎂鐵質洋殼，表明岩漿弧的下地殼主要為弧鎂鐵質火成岩的變質岩。但是，弧下地殼的底部仍可能有真正的洋殼，因為，初始島弧是從洋—洋俯衝開始的。在洋俯衝帶上面的楔形地幔之上仍是洋殼，可參見圖1，如果大陸地殼被洋殼替代的話。

岩漿弧隨時間的組成極性告訴我們，初始島弧形成之後，進入成熟島弧階段，該階段以安山岩—英安岩噴發為主，它們的深成侵入岩等同物為TTG組合，此階段正如Brown（1982）所指示的是“大陸化”形成階段，而無古老陸殼的基底，亦就是說TTG質片麻岩形成階段，它們將分布於鎂鐵質下地殼的上面，形成弧上地殼的主要物質構成，這一階段，弧地殼增厚為約20～40km左右，是大的島嶼的成熟的地殼，如前面討論的日本島弧、巽他島弧、紐幾內亞島弧，堪察加島弧等。

這樣，岩漿弧的地殼可能主要是雙層結構，下地殼為鎂鐵質，上地殼為長英質。我們知道，洋殼為玄武質（或鎂鐵質），陸殼為花崗質（或長英質），而弧地殼下部為鎂鐵質，上部為長英質，亦就是說，處於洋殼與陸殼的過渡位置的地殼類型，顯然，這與岩漿弧代表洋陸轉換（帶）的構造環境相符合。如果說，岩漿弧代表的洋陸轉換帶，從造山帶類型來看，為增生造山性質，那么，洋陸轉換型地殼就是增生造山帶所特有的洋轉化為陸的過渡型地殼類型了，亦就是說它不同於克拉通的真正的陸殼，因此，仍在構造上具有一定的活動性。另外，從大陸地殼形成來說，弧地殼相當於陸殼形成的第一階段，為新生陸殼（juvenilecontinentalcrust），隨後的陸—陸碰撞直至克拉通化則形成第二階段的成熟的陸殼。

（5）關於不同類型的岩漿形成的溫度、壓力、源岩條件，如有興趣，請參閱鄧晉福等關於高溫高壓實驗成果的綜述。

主要地質特徵

Condie於1982年對洋俯衝帶上面的岩漿弧提出三個主要特徵，即①岩漿前鋒；②組成（組分）極性；③地球化學極性指數。

岩漿前鋒

現代岩漿弧的火成岩產於島弧或活動大陸邊緣弧內，與洋俯衝帶有關的火山或侵入活動，通常在岩漿前鋒（magmaticfront）處突然發育。岩漿前鋒大致與海（洋）溝（oceantrench）平行，離鄰近海溝軸部約200～300km處的岩漿弧上突然發育，弧—溝之間無岩漿活動的地帶常稱為弧—溝間隙。岩漿活動在岩漿前鋒處的突然發育，反映了洋俯衝帶內或其上覆楔形地幔內局部熔融作用的發生。

Sëngor指出岩漿前鋒是一個重要的造山帶的結構標誌。當位於兩個大陸之間的洋殼俯衝消減和消亡之後，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，並有多幕洋俯衝作用，常常岩漿弧會向洋後退，並侵入到先前的俯衝增生雜岩內，如果這種過程不止一次地發生，則洋陸轉換帶完全由俯衝增生物質加岩漿弧構成，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生強烈的變質和變形，就會變得難以解讀它的大尺度的結構（structure，國內文獻常譯為構造，但需注意，它不是對應於tectonics的構造!），這是因為在一個單調的、千篇一律的高度變質變形的玄武岩—燧石（chert，或譯為矽質岩）—濁積岩為主的岩石建造內缺乏標誌性的岩性（markerlithologies），它導致野外地質工作者在過去產生了絕望。由此，提出用移動進入俯衝增生雜岩的岩漿前鋒作為結構標記去追索造山帶的走向線和重建已經變形的和已經破碎的俯衝增生雜岩的原先的連續性，以及重建造山帶的構造單元（structuremakers）。觀察表明，岩漿弧有很鋒利的（verysharp）前鋒，但有分散的弧的後緣（diffusebacks），同時指出，增生楔向洋方向生長時，岩漿前鋒不是連續的向前延伸的，而是正常的幕式跳躍的，其距離常常大於岩漿弧內主要岩漿軸的寬度，在野外可使地質學家辨認岩漿前鋒遺蹟（fossil）;相反，在連續生長的俯衝增生雜岩中蛇綠岩最長的也不過200km，被夾持在增生楔中，而不是古老的大陸之間，用蛇綠岩作為結構標誌則可能產生誤導，因為，蛇綠岩在這裡是作為增生碎片偶然的樣式而存在的。

另外，岩漿前鋒面向海溝的俯衝增生雜岩與岩漿作用有相同的年齡，而岩漿弧的後陸（hinterland）是由比岩漿弧老的岩石構成的，這樣，岩漿前鋒的面向可指示洋殼的俯衝方向，即與岩漿前鋒面向相反的方向為洋俯衝的方向。

組成極性

（compositionalpolarity）

Condie（1986）認為，與現代俯衝帶有關的火山岩的地球化學研究提出，鈣鹼性（CA）系列粗略地可分為呈完全過渡的3個亞系列（subseries），即弧拉斑玄武岩亞系列（arc-th）、鈣鹼性亞系列（CA，狹義的）和鉀玄岩亞系列（sh）（JakesandWhite，1982）。從弧拉斑玄武岩亞系列-鈣鹼性亞系列-鉀玄岩亞系列，在給定SiO₂值條件下，K₂O逐漸增加，其中弧拉斑玄武岩亞系列的K₂O不會超過1.5%。弧拉斑玄武岩亞系列或鈣鹼性亞系列具有前鋒弧的特徵。從弧拉斑玄武岩亞系列-鈣鹼性亞系列-鉀玄岩亞系列，REE從平坦式樣到高度富集，87Sr/86Sr比值逐漸變大，後來的研究又表明，εNd（t）逐漸減小。火成岩的上述變化作為俯衝深度的函式，被稱為組成極性。對侵入岩來說，英雲閃長岩在低K₂O岩石組（group）中最豐富，而花崗閃長岩（γδ）或石英二長岩（Qη）在高K₂O岩石組中最豐富。安第斯弧區中—新生代的礦床的極性為，外帶Fe、Cu→礦內陸Ag、Pb、Zn→礦最內陸Sn、Mo礦。

Jakes和White（1972）對組成極性有如下闡述，對於島弧火山岩（SiO₂=50%～65%）來說，主元素和痕量元素豐度在水平方向上，從外帶-內帶，和地層學層序上從早-晚，均呈現規律地變化，岩石組合從拉斑玄武岩亞系列鈣鹼性亞系列-（低K、高K）-鉀玄岩亞系列，K₂O增加（在SiO₂給定的條件下），K₂O/Na₂O值升高，TFeO/MgO值降低。Pitcher（1993）在總結科迪勒拉活動大陸邊緣火成岩組合研究成果時指出，向洋一側分布輝長岩—閃長岩—英雲閃長岩—花崗閃長岩組合；內陸一側分布花崗閃長岩—花崗岩組合；同時認為，洋內島弧與斑岩Cu、Au礦有關，而大陸邊緣弧與Cu、Mo、Au礦有關。

Maniar和Piccoli（1989）提出，無鹼性長石的花崗岩為洋斜長花崗岩，島弧花崗岩為TTG+石英閃長岩（Qδ）組合，大陸邊緣弧為TTG+二長花崗岩（ηγ）組合，碰撞花崗岩類為二長花崗岩組合，後造山為二長花崗岩+正長花崗岩（ξγ）組合，鹼長花崗岩+石英鹼長正長岩以及石英二長岩（Qη）+石英閃長岩（Qδ）+石英正長岩（Qξ）為與裂谷有關，鹼長花崗岩+石英鹼長正長岩組合與大陸的造陸抬升有關。

地殼類型

岩漿弧地殼—洋陸轉換帶的地殼類型

初始島弧的形成常常是洋岩石圈的俯衝，即常說的洋內弧環境，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<20km，以玄武質—玄武安山質的鎂鐵質（mafic）火成岩為主，在深部它們會變質生成鎂鐵質的基性麻粒岩和基性角閃岩，Miyashiro（1974）稱之為“洋殼型”的地殼，這裡所以打出引號，是因為，它們不是真正的洋殼（MORB+OIB組成），而主要是低鉀拉斑玄武岩系列的玄武質和玄武安山質，不同於真正鎂鐵質洋殼，表明岩漿弧的下地殼主要為弧鎂鐵質火成岩的變質岩。但是，弧下地殼的底部仍可能有真正的洋殼，因為，初始島弧是從洋—洋俯衝開始的。在洋俯衝帶上面的楔形地幔之上仍是洋殼，可參見圖1，如果大陸地殼被洋殼替代的話。

岩漿弧隨時間的組成極性告訴我們，初始島弧形成之後，進入成熟島弧階段，該階段以安山岩—英安岩噴發為主，它們的深成侵入岩等同物為TTG組合，此階段正如Brown（1982）所指示的是“大陸化”形成階段，而無古老陸殼的基底，亦就是說TTG質片麻岩形成階段，它們將分布於鎂鐵質下地殼的上面，形成弧上地殼的主要物質構成，這一階段，弧地殼增厚為約20～40km左右，是大的島嶼的成熟的地殼，如前面討論的日本島弧、巽他島弧、紐幾內亞島弧，堪察加島弧等。

這樣，岩漿弧的地殼可能主要是雙層結構，下地殼為鎂鐵質，上地殼為長英質。我們知道，洋殼為玄武質（或鎂鐵質），陸殼為花崗質（或長英質），而弧地殼下部為鎂鐵質，上部為長英質，亦就是說，處於洋殼與陸殼的過渡位置的地殼類型，顯然，這與岩漿弧代表洋陸轉換（帶）的構造環境相符合。如果說，岩漿弧代表的洋陸轉換帶，從造山帶類型來看，為增生造山性質，那么，洋陸轉換型地殼就是增生造山帶所特有的洋轉化為陸的過渡型地殼類型了，亦就是說它不同於克拉通的真正的陸殼，因此，仍在構造上具有一定的活動性。另外，從大陸地殼形成來說，弧地殼相當於陸殼形成的第一階段，為新生陸殼（juvenilecontinentalcrust），隨後的陸—陸碰撞直至克拉通化則形成第二階段的成熟的陸殼。