基于GEOROC和PetDB全球巖石地球化學數據庫的洋內島弧和陸緣弧構造背景判別研究

熊佳杰，李嘉誠，徐柳林，陳昶鋼

基于GEOROC和PetDB全球巖石地球化學數據庫的洋內島弧和陸緣弧構造背景判別研究

熊佳杰，李嘉誠，徐柳林，陳昶鋼

（成都理工大學地球科學學院，成都 610059）

前人基于巖石地球化學數據構建了多種構造背景判別圖解用于區分洋內島弧和陸緣弧，并得到了廣泛應用。但最近研究表明基于巖石地球化學數據建立的構造背景判別圖解可信度不高。基于此，本文收集了GEOROC和PetDB數據庫中的全巖地球化學數據，以驗證已有的判別圖解的有效性和可靠性。研究結果表明可信度較高的判別圖解主要與Th、Ta有關，其余圖解不具普遍性。

洋內島弧；陸緣弧；數據挖掘；構造背景判別

洋內島弧和陸緣弧構造背景的研究已發表了很多的判別圖解（吳福元等，2019），然而經過了多年的實踐發現，這些構造背景判別圖解的可信度不高，且存在多解性。隨著大數據時代的發展，從數據出發的大數據研究更為精確，在判別圖研究中能發現更多效果更好的圖解。應用全球巖石地球化學數據庫（GEOROC、PetDB等）對某些構造背景的巖石進行數據挖掘的結果，有一些很有意義的發現。在上世紀70～80年代，以Pearce等為代表的一批學者致力于玄武巖構造背景研究，創立了判別圖的方法，開辟了玄武巖地球動力學研究的新途徑。之后有學者仍然努力探索，嘗試用新的方法去構建的判別圖，取得了一些進展，但得不到學術界的廣泛響應，判別圖理論和方法走入了瓶頸。最近，有學者采用大數據方法，利用全球數據建立新的判別圖，發現其效果明顯優于早先的判別圖（楊婧等，2016a，2016b；張旗等，2018；安屹等，2017），早先的判別圖是根據理論推導出來的，是典型地區研究的結果，得出的是因果關系。而新的判別圖解是根據全球數據庫的資料得出的相關關系，有效性更高。但這些圖解集中解決弧環境、板內環境等大的構造背景，對于如何建立有效區分洋內島弧和陸緣弧環境的判別圖解仍是亟待解決的科學問題。

圖1 Th/Yb-Ta/Yb圖（底圖據Pearce, 1983）

1 數據篩選

數據篩選是數據挖掘的前提，篩選的目的是剔除各種影響因素，使判別結果更為可信。前人對數據篩選的方法和注意事項已做了詳細的介紹（王金榮，2017），本文不再贅述。在篩選的基礎上，利用GEOROC數據庫（http://georoc.mpch-mainz.gwdg.de/georoc）和PetDB數據庫（http://www.earth-chem.org/petdb/search）對洋內島弧和陸緣弧的巖石地球化學數據進行計算和作圖。

本次研究中所用的數據主要是數據庫中Convergent Margins的數據，第一次篩選區分出洋內島弧和陸緣弧的數據，第二次篩選以玄武巖和中酸性巖兩種類別來分別篩分，總共個26440樣品，經過篩選篩分出玄武巖數據4636個，中酸性巖數據5412個。樣品主要分布在西太平洋。

2 判別圖的研究

（1）Th/Yb-Ta/Yb圖。Pearce（1983）根據島弧和非島弧Th/Ta值的差異設計了Th/Yb-Ta/Yb圖解（圖1）。通過投圖表明（1407個樣品），樣品大多在島弧區域，且洋內島弧樣品Ta/Yb大多小于0.1，陸緣弧樣品大多Ta/Yb大于0.1，因此用該圖區分出洋內島弧和陸緣弧是較為有效的。

圖2 V-Ti圖（底圖據Shervais，1982）

圖3 Zr-Ti圖（底圖據Pearce，1976）

（2）V-Ti圖。Shervais（1982）利用Ti/V值設計了V-Ti圖解（圖2），該圖解用來區分IAT、MORB和OIB十分有效，且倍受研究者的青睞。本次使用的樣品數據中Ti元素缺失的數據較多，造成可用來投圖的樣品數較少，通過投圖（85個樣品）表明，樣品大多進入IAT和MORB區域，未能有效的區分出洋內島弧和陸緣弧。

（3）Zr-Ti圖。Pearce（1976）設計了Zr-Ti圖解（圖3）。本次使用的樣品數據中Ti元素缺失的數據較多，造成可用來投圖的樣品數較少（僅85個樣品），結果不具普遍性。

（4）Hf-Th-Nb（Ta）圖。Wood（1980）利用島弧玄武巖Th/Ta的性質設計了Hf-Th-Nb（Ta）圖解（圖4），用來區分島弧和非島弧的玄武巖。通過投圖（1536個樣品），樣品幾乎覆蓋了島弧（IAT+CAB區域）的全部范圍，且洋內島弧樣品大多投入IAT區域，而陸緣弧樣品大多投入CAB區域，可看出洋內島弧具有較高的Hf值，陸緣弧具較高的Th值，可大致區分出洋內島弧和陸緣弧，但其之間的界線模糊不清，因此該圖解的有效性也不太高。

圖4 Hf-Th-Nb（Ta）圖（底圖據Wood，1980）

（5）La/Yb-Sc/Ni圖。Bailey（1981）設計了La/Yb-Sc/Ni圖（圖5）。通過投圖表明（1122個樣品），樣品幾乎覆蓋了各種構造環境區域，洋內島弧與陸緣弧相互混雜，不能區分出其界線，因此該圖解有效性不高。

（6）La/Yb-Th圖。Condie（1986）設計了La/Yb-Th圖（圖6）。通過投圖（1936個樣品）表明，樣品大多進入演化的大洋弧和大陸邊緣弧區域，但并不能明顯區分出洋內島弧與陸緣弧，因此該圖解的有效性也不高。

（7）Th/Ta-Yb圖。Goton and Schandl（2000）在Pearce的Th/Yb-Ta/Yb圖上進行修改變換設計出來了Th/Ta-Yb圖解（圖7）。通過投圖（1627個樣品）表明，樣品幾乎覆蓋了各種構造環境，洋內島弧與陸緣弧的投點區域相同，不能相互區別開來，因此該圖解有效性仍不高。

圖6 La/Yb-Th圖（底圖據Condie，1986）

3 討論

（1）玄武巖判別圖解。在玄武巖的判別圖解中，Th/Yb-Ta/Yb圖和Hf-Th-Nb（Ta）圖的有效性較高，可以大致區分出洋內島弧和陸緣弧，這些圖之所以比較好，可能是與Th、Ta之間的含量含量關系有關，推測陸緣弧具有較高的Th和Ta值。而其余判別圖解（V-Ti圖、Zr-Ti圖）有效性較低。

圖7 Th/Ta-Yb圖（底圖據Goton and Schandl，2000）

（2）中酸性巖判別圖解。三個中酸性巖的判別圖解（La/Yb-Sc/Ni圖、La/Yb-Th圖、Th/Ta-Yb圖）均未能有效的區分出洋內島弧與陸緣弧的界線。

4 結論

（1）洋內島弧和陸緣弧構造判別圖解很多，但可信度高的判別圖解并不多，說明這些圖解可能都是某區域局部的一些數據得出的結果，在區分洋內島弧和陸緣弧時不能夠使用，不具普遍性。

（2）可信度較高的判別圖解主要與Th、Ta元素有關，如Th/Yb-Ta/Yb圖和Hf-Th-Nb（Ta）圖，其余判別圖建議謹慎使用。

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Discrimination of Tectonic Setting between Intra-Oceanic Island Arc and Continental Margin Arc Based on GEOROC and PetDB Global Petrochemical Database

XIONG Jia-jie LI Jia-cheng XU Liu-lin CHEN Chang-gang

(College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059)

Many discriminant diagrams of tectonic setting have been constructed by predecessors based on petrogeochemical data in order to distinguish between intra-oceanic island arc and continental margin arc. But the study indicates that the reliability of these discriminant diagrams is not high. Thus, this study verifies the validity and reliability of these discriminant diagrams by the available petrogeochemical data from GEOROC and PetDB databases. The results indicate that the most reliable discriminant diagrams are mainly related to Th and Ta and the rest of the diagrams are not universal.

intra-oceanic island arc; continental margin arc; tectonic setting discrimination

P595

A

1006-0995（2022）02-0321-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.02.027

2021-06-30

熊佳杰（2000— ），男，四川富順人，在讀本科生，資源勘查工程（固體礦產）