闪长岩-长长花岗岩-花岗闪长岩

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January 20, 2022

Tonalite-trondhjemite-granodiorite (TTG) 岩石是具有典型花岗岩成分(石英和长石)但仅含有一小部分钾长石的侵入岩。闪长岩、长辉岩和花岗闪长岩在地质记录中经常同时出现,表明类似的成岩过程。太古代后(2.5 Ga 之后)TTG 岩石存在于与弧相关的基岩中,以及蛇绿岩中(尽管比例很小),而太古代 TTG 岩石是太古代克拉通的主要组成部分。

作品

TTG岩石中长英质矿物中石英的百分比通常大于20%但小于60%。在英云长岩和长英石中,超过 90% 的长石是斜长石,而在花岗闪长岩中,这个数字在 65% 到 90% 之间。Trondhjemite是一种特殊的tonalite,岩石中的大部分斜长石为寡长石。TTG岩石的主要副矿物包括黑云母、角闪石(如角闪石)、绿帘石和锆石。在地球化学上,与其他深成岩相比,TTG 岩石通常具有较高的二氧化硅 (SiO2) 含量(通常超过 70% SiO2)、较高的 Na2O 含量(具有较低的 K2O/Na2O 比率)以及较低的铁镁元素含量(Fe2O3 的重量百分比, MgO、MnO2、TiO2 加在一起通常小于 5%)。

太古宙后TTG岩石

太古宙后TTG岩石通常出现在弧形环境中,尤其是在大陆弧形中。蛇绿岩中还含有少量的TTG岩石。

大陆弧TTG岩石

大陆弧TTG岩石常与辉长岩、闪长岩和花岗岩伴生,在基岩中形成深成层序。它们由数百个与俯冲直接相关的岩体组成。例如,秘鲁沿海岩基由7~16%辉长岩和闪长岩组成,48~60%英云长岩(包括长辉石),20~30%花岗闪长岩,1~4%花岗岩。大陆弧岩基中的这些TTG岩石可能部分源于俯冲诱发的深部地幔楔熔体的岩浆分异(即分级结晶)。然而,此类TTG岩石体积大推断其主要生成机制是地壳增厚导致大陆地壳底部前辉长岩底板部分熔融。在岩浆分化为花岗闪长岩和后来的浅层花岗岩成分之前,黑闪岩成分岩石首先结晶。一些岛弧深成岩根也有TTG岩石,例如多巴哥,但它们很少暴露。

蛇绿岩中的 TTG 岩石

在蛇绿岩中的层状辉长岩部分上方、片状堤坝下方或内部可以发现 tonalites(包括 trondhjemites)。它们通常形状不规则,由岩浆分异产生。

太古宙TTG岩石

太古宙TTG岩石呈强烈变形的灰色片麻岩,呈现条带、线理等变质构造,其原岩为侵入岩。TTG岩石是太古宙克拉通的主要岩石类型之一。

地球化学特征

在微量元素特征方面,太古代TTGs表现出高轻稀土元素(LREE)含量和低重稀土元素(HREE)含量。但是,它们没有显示 Eu 和 Sr 异常。这些特征表明石榴石和闪石的存在,但在部分熔化期间的残余相或分级结晶期间的沉淀相中没有斜长石。

岩石成因和分类

地球化学模型证实,水合变镁铁质岩部分熔融可生成TTG型岩浆。为了产生非常低的 HREE 图案,应该在石榴石稳定的压力-温度场下进行熔化。鉴于石榴石的温度稳定性随着压力的增加而急剧上升,预计在相对较高的压力下会形成强烈耗尽 HREE 的 TTG 熔体。除了源成分和压力之外,熔融程度和温度也会影响熔体成分。详细研究根据地球化学特征将太古宙TTGs分为三组,即低压、中压和高压TTG,尽管这三组形成了一个不断进化。低压亚系Al2O3、Na2O、Sr含量较低,Y、Yb、Ta、Nb含量较高,对应于在 10-12 kbar 下与斜长石、辉石和可能的闪石或石榴石的源岩矿物组合的熔化。高压组呈现相反的地球化学特征,对应于压力超过 20 kbar 的熔融,烃源岩含有石榴石和金红石,但不含角闪岩或斜长石。中压组在其他两组之间具有过渡特征,对应于在15 kbar左右的压力下熔融,烃源岩含角闪石,多石榴石,少金红石,无斜长石。中压TTGs是三组中最丰富的。对应于在超过 20 kbar 的压力下熔化,烃源岩含有石榴石和金红石,但不含角闪岩或斜长石。中压组在其他两组之间具有过渡特征,对应于在15 kbar左右的压力下熔融,烃源岩含角闪石,多石榴石,少金红石,无斜长石。中压TTGs是三组中最丰富的。对应于在超过 20 kbar 的压力下熔化,烃源岩含有石榴石和金红石,但不含角闪岩或斜长石。中压组在其他两组之间具有过渡特征,对应于在15 kbar左右的压力下熔融,烃源岩含角闪石,多石榴石,少金红石,无斜长石。中压TTGs是三组中最丰富的。

地球动力学设置

太古宙 TTG 岩石生成的地球动力学环境目前还不是很清楚。相互竞争的假设包括涉及板块构造和其他非板块构造模型的俯冲相关生成。

板块构造背景

长期以来,研究人员一直注意到 TTG 和埃达克岩之间的地球化学相似性。埃达克岩是现代弧形熔岩的一种,与普通弧形熔岩(主要是花岗岩)不同,其长英质和钠质性质具有高轻稀土含量但低重稀土含量的特点。它们的产生被解释为年轻且热的俯冲海洋板片与周围地幔楔的相互作用很小的部分熔融,而不是像其他弧花岗岩那样的地幔楔熔体。根据地球化学特征(如Mg、Ni和Cr含量),埃达克岩可进一步分为两类,即高SiO2埃达克石(HSA)和低SiO2埃达克石(LSA)。然后注意到太古宙TTG在地球化学上与高硅埃达克石(HSA)几乎相同,但与低硅埃达克石(LSA)略有不同。这种地球化学相似性让一些研究人员推断太古宙TTG的地球动力学环境类似于现代埃达克岩。他们认为太古宙TTG也是由热俯冲产生的。尽管现代埃达克岩很少见,并且仅在少数几个地方发现(例如阿拉斯加的埃达克岛和菲律宾的棉兰老岛),但他们认为,由于地球的地幔潜在温度较高,较热和较软的地壳可能导致强烈的埃达克岩-太古代时期的类型俯冲。然后在这样的环境中生成 TTG 包,在后期由碰撞形成大规模的原始大陆。然而,其他作者通过指出在太古宙大部分时间缺乏主要板块构造指标来怀疑太古代俯冲的存在。还需要注意的是,太古宙TTG是侵入岩,而现代埃达克岩本质上是喷出岩,因此它们的岩浆成分应该不同,尤其是含水量。

非板块构造环境

各种证据表明,太古代 TTG 岩石直接来源于预先存在的镁铁质材料。超镁铁质岩的熔化温度(通常在 700°C 和 1000°C 之间)主要取决于它们的含水量,但很少取决于压力。因此,不同组的 TTG 应该经历不同的地热梯度,这对应于不同的地球动力学设置。低压群沿地温线形成,速度约为 20~30 ℃/km,与高原基底欠蚀期间的低压群相当。地幔上涌向地壳添加镁铁质基底,堆积厚度产生的压力可达到低压TTG生产的要求。高原底部的部分熔融(可以由进一步的地幔上升流引起)将导致低压TTG的产生。高压 TTG 经历了低于 10 °C/km 的地温,接近于年轻板片经历的现代热俯冲地温(但比其他现代俯冲带高约 3 °C/km),而最丰富的地温TTG 子系列,中压组,在 12 和 20 °C/km 之间。除了热俯冲,在镁铁质地壳基底剥离过程中也可能出现这种地热现象。分层可能归因于地幔下涌或由于变质作用或部分熔体提取导致的基性地壳基底密度增加。那些分层的超镁铁质体然后下沉、融化并与周围的地幔相互作用以产生 TTG。这种分层诱导的 TTG 生成过程在岩石成因上类似于俯冲,两者都涉及将镁铁质岩石深埋到地幔中。

也可以看看

太古宙地质学太古宙俯冲

参考