古构造环境分析
1.变质火山岩地层的古构造环境分析
自Pearce和Cann (1971，1973)提出用地球化学方法区分不同构造背景的玄武岩并建立所谓“构造-岩浆判别图”以来，大量关于火山岩和侵入岩地球化学特征及其构造环境的论文支持了化学成分可以限制岩浆起源的构造背景的认识。此外，还形成了许多利用常量元素、微量元素和稀土元素判别岩浆岩成因类型、岩浆成因和构造背景的相关图解，这些图解先后被收录在《变质岩原岩图解判别》(王仁民等，1987)、《利用地球化学数据:评价、表示、解释》(休·R·罗里森，1993)及相关教材、著作和论文中，此处未列出。 但需要强调的是，大部分图解都是经验总结出来的，很多都有其基本原理和适用范围，而对于经过强烈变质作用改造的高级变质火山岩地层，有些由活动元素形成的图解并不适用。 因此，在利用相关图解判断变质火山岩的构造环境时，应在了解图解的基本原理和适用范围的基础上谨慎使用。
当然，简单地或机械地套用各种构造-岩浆判别图，可能会导致错误的判断甚至错误的结论，因为构造环境对岩石地球化学特征的控制是非常复杂的。只有在正确认识和把握构造环境与岩石地球化学内在联系的基础上，通过对一个岩石组合的常量元素、微量元素和稀土元素特征的系统分析，通过与已知构造环境下的岩石地球化学数据对比，才能得出合理的结论。其中微量元素和稀土元素的判别标志可能更有效，各种蛛网的判别效果优于少数元素的二元或三元判别图(张本仁，2001)。
利用地球化学特征判别古构造环境遇到的一个重要问题是，用于判别构造环境的地球化学标志和图解主要是基于对中、新生代各种板块构造环境中岩石的研究，能否直接应用于早前寒武纪构造环境的研究，即板块构造机制在早前寒武纪是否也发挥了作用，至今仍有争议。均一化观点认为这种构造机制可以追溯到太古代，非均一化观点则持相反观点。然而，近年来大量的太古宙构造研究倾向于认为太古宙特别是新太古代存在板块构造机制，但板块构造的特征可能与现今的板块构造不同。这些论点提醒我们，利用地球化学标志判断早前寒武纪构造环境要更加谨慎，但不能因噎废食。
2.碎屑沉积岩的古构造环境分析。
(1)碎屑沉积岩地球化学特征与构造环境的关系:对于碎屑沉积岩来说，构造环境与岩石地球化学特征也有着密切的关系。构造环境制约着沉积物质的物源，控制着物源的风化、水动力输运、分选和沉积，从而控制着碎屑沉积岩的地球化学特征。例如，岛弧环境下的物源主要是岛弧区新生的未成熟地壳。由于地形差异大、水动力输运强、分选弱，形成的碎屑沉积岩具有相对较低的K2O/Na2O值、低∑REE和轻稀土元素含量、低轻稀土元素。而被动大陆边缘环境的沉积盆地起源于成熟地壳，水动力弱，搬运过程中分选作用强，形成的细碎屑物质表现为高K2O/Na2O值、高∑REE和LREE含量、高LREE/HREE和高Eu/Eu*(高和韦德波尔，1995)。由于碎屑沉积岩的地球化学特征主要受物源的化学成分、风化剥蚀、搬运和沉积作用的控制，因此对其沉积环境的分析也应从这些方面入手。当然，对于高级变质地层，需要排除变质作用的影响。
(2)碎屑沉积岩的化学成熟度和古风化程度:碎屑沉积岩的成熟度是沉积能量平衡的重要标志之一，反映了碎屑沉积建造的构造稳定性或不稳定性。在变质碎屑沉积岩中，决定沉积物成熟度的化学标志是SiO _ 2含量和al2o 3/SiO _ 2比值，它们反映了碎屑沉积岩中应时、粘土和长石的含量。通常，石英岩和泥岩/页岩代表程度最高的两个端元，而由石英岩-泥岩组成的沉积建造代表稳定环境或克拉通沉积盆地中的沉积物。因此，对于变质砂岩，SiO2含量越高，Al2O3/SiO2比值越低，成熟度越高。另一个有用的化学成熟度是(Na2O+K2O)含量和Na2O/K2O比。前者也是长石含量的度量，后者反映斜长石和钾长石的相对比例。根据现代风化理论，斜长石先分解，Na、Ca、Sr在风化过程中迅速流失，因此Na2O含量较高意味着碎屑沉积物成熟度较低。
变质碎屑沉积岩的化学成分可以决定其源区的古风化程度，可用化学变化指数(CIA)或化学风化指数(CIW)来衡量。CIA = Al2O3/(Al2O3+Cao *+Na2O+K2O)(摩尔比)(奈斯比特和扬，1982)；Ciw = Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O)(摩尔比)(Harnois，1988)，其中CaO*为磷灰石中扣除CaO后的量(假设P2O5全部在磷灰石中)。对于遭受高级变质作用的碎屑沉积岩，由于K2O在变质作用期间可能是活跃的，用化学风化指数(CIW)评价其风化作用更为合适。一般新鲜镁铁质长英质岩浆岩的CIW值在40-65之间(高和韦德波尔，1995)，页岩的在80-90之间。风化指数高，源区岩石风化程度高，剥蚀率低，表明构造环境相对稳定。
化学变化指数(CIA)或化学风化指数(CIW)最初用于解释岩石的风化程度，但实际上，它也受源岩成分的影响。长英质烃源岩的化学变化指数或化学风化指数大于镁铁质烃源岩。同样受运输过程中颗粒分选的影响，杂砂岩和砂岩的CIW/CIA值通常低于泥岩或页岩(高和韦德波尔，1995)。此外，成岩过程和随后的变质作用也可能对此产生影响。
(Cao *+Na2O)-Al2O3-K2O(图5-4-4a)和(Cao *+Na2O+K2O)-Al2O3-(FeO *+MgO)(图5-4-4b)的三角图可以说明风化的趋势。在这两张图上，显示了平均花岗岩和平均辉长岩的风化趋势，碎屑岩尤其是泥岩的化学成分可以投影到图上来推断过去的风化情况，而与风化趋势的偏离可能是成岩作用和变质作用造成的。
图5-4-4 (Cao *+Na2O)-Al2O3-K2O三角图(a)(根据Nesbitt和Young，1982，1989)和(Cao *+Na2O+K2O)-Al2O3-(FeO *+MgO)三角图。
在图A中，还显示了花岗岩的进一步风化趋势。在图B中，A和B分别代表花岗岩和辉长岩的平均风化趋势，C是高K+/H+比值流体参与下高岭土转化为伊利石的成岩和/或交代趋势，D是高Mg2+/H+比值流体参与下高岭土转化为绿泥石的成岩和/或交代趋势。化学成分以摩尔比表示。CaO*代表与样品硅酸盐部分相关的CaO，FeO * = FeO*=FeO+0.8998×Fe2O3。
(3)构造环境判别图:利用常量元素判别构造环境的图很少。砂泥岩的K2O/Na2O-SiO _ 2判别图(图5-4-5)是许多文献中常用的，它可以判别三种构造背景:被动大陆边缘(PM)、活动大陆边缘环境(ACM)和洋岛弧。使用此图时，如果碎屑沉积岩中富含碳酸盐组分，则需要将分析数据转换为不含CaCO3的数据。
图5-4-5砂泥岩K2O/Na2O-SiO2判别图
(根据Roser和Korsch，1986，引自罗里森，1998)
巴蒂亚(1983)分析总结了近现代不同构造部位砂岩的大量地球化学资料，区分了海洋岛弧、大陆岛弧、活动大陆边缘和被动大陆边缘四种构造环境下的砂岩。使用的主要化学参数为:1.113× Fe。
至于微量元素，Bhatia和Crook(1986)设计的La-Th-SC和Th-SC-Zr/10的图解(图5-4-7)也可以区分大洋岛弧、大陆岛弧、活动大陆边缘和被动大陆边缘的杂砂岩。
图5-4-6砂和砂岩构造环境判别的主要化学成分分布图
(根据巴蒂亚，1983)
a-海洋岛弧(黑色方块)；b-大陆岛弧(黑三角)；c-活动大陆边(黑色星号)；d-被动大陆边(黑点)
对于页岩或泥质岩，也可以用后太古代克拉通页岩(PAAS)或北美页岩(NASC)标准化的蛛网图分析微量元素(图5-4-2)。与PAAS相比，大洋岛弧形成的页岩具有多种元素亏损的特征，而大陆岛弧和活动大陆边缘的页岩具有更高的亲石元素浓度和宽曲线剖面，被动大陆边缘的样品与PAAS相似，具有平缓的趋势。
图5-4-7 (a) La-Th-SC判别图和Th-SC-Zr/10复杂砂岩判别图。
(根据巴蒂亚等人，1986)
大洋岛弧；b-大陆岛弧；c-活动大陆边缘；被动大陆边缘
总之，目前对碎屑沉积岩的构造环境研究不如岩浆岩深入。在讨论时，需要对常量元素、微量元素、稀土元素进行系统的分析、整理和验证，才能得出正确的结论。对于经高级变质作用改造的碎屑沉积岩，还应考虑变质作用的影响。