基于GEOROC和PetDB全球岩石地球化学数据库的洋内岛弧和陆缘弧构造背景判别研究

熊佳杰，李嘉诚，徐柳林，陈昶钢

基于GEOROC和PetDB全球岩石地球化学数据库的洋内岛弧和陆缘弧构造背景判别研究

熊佳杰，李嘉诚，徐柳林，陈昶钢

（成都理工大学地球科学学院，成都 610059）

前人基于岩石地球化学数据构建了多种构造背景判别图解用于区分洋内岛弧和陆缘弧，并得到了广泛应用。但最近研究表明基于岩石地球化学数据建立的构造背景判别图解可信度不高。基于此，本文收集了GEOROC和PetDB数据库中的全岩地球化学数据，以验证已有的判别图解的有效性和可靠性。研究结果表明可信度较高的判别图解主要与Th、Ta有关，其余图解不具普遍性。

洋内岛弧；陆缘弧；数据挖掘；构造背景判别

洋内岛弧和陆缘弧构造背景的研究已发表了很多的判别图解（吴福元等，2019），然而经过了多年的实践发现，这些构造背景判别图解的可信度不高，且存在多解性。随着大数据时代的发展，从数据出发的大数据研究更为精确，在判别图研究中能发现更多效果更好的图解。应用全球岩石地球化学数据库（GEOROC、PetDB等）对某些构造背景的岩石进行数据挖掘的结果，有一些很有意义的发现。在上世纪70～80年代，以Pearce等为代表的一批学者致力于玄武岩构造背景研究，创立了判别图的方法，开辟了玄武岩地球动力学研究的新途径。之后有学者仍然努力探索，尝试用新的方法去构建的判别图，取得了一些进展，但得不到学术界的广泛响应，判别图理论和方法走入了瓶颈。最近，有学者采用大数据方法，利用全球数据建立新的判别图，发现其效果明显优于早先的判别图（杨婧等，2016a，2016b；张旗等，2018；安屹等，2017），早先的判别图是根据理论推导出来的，是典型地区研究的结果，得出的是因果关系。而新的判别图解是根据全球数据库的资料得出的相关关系，有效性更高。但这些图解集中解决弧环境、板内环境等大的构造背景，对于如何建立有效区分洋内岛弧和陆缘弧环境的判别图解仍是亟待解决的科学问题。

图1 Th/Yb-Ta/Yb图（底图据Pearce, 1983）

1 数据筛选

数据筛选是数据挖掘的前提，筛选的目的是剔除各种影响因素，使判别结果更为可信。前人对数据筛选的方法和注意事项已做了详细的介绍（王金荣，2017），本文不再赘述。在筛选的基础上，利用GEOROC数据库（http://georoc.mpch-mainz.gwdg.de/georoc）和PetDB数据库（http://www.earth-chem.org/petdb/search）对洋内岛弧和陆缘弧的岩石地球化学数据进行计算和作图。

本次研究中所用的数据主要是数据库中Convergent Margins的数据，第一次筛选区分出洋内岛弧和陆缘弧的数据，第二次筛选以玄武岩和中酸性岩两种类别来分别筛分，总共个26440样品，经过筛选筛分出玄武岩数据4636个，中酸性岩数据5412个。样品主要分布在西太平洋。

2 判别图的研究

（1）Th/Yb-Ta/Yb图。Pearce（1983）根据岛弧和非岛弧Th/Ta值的差异设计了Th/Yb-Ta/Yb图解（图1）。通过投图表明（1407个样品），样品大多在岛弧区域，且洋内岛弧样品Ta/Yb大多小于0.1，陆缘弧样品大多Ta/Yb大于0.1，因此用该图区分出洋内岛弧和陆缘弧是较为有效的。

图2 V-Ti图（底图据Shervais，1982）

图3 Zr-Ti图（底图据Pearce，1976）

（2）V-Ti图。Shervais（1982）利用Ti/V值设计了V-Ti图解（图2），该图解用来区分IAT、MORB和OIB十分有效，且倍受研究者的青睐。本次使用的样品数据中Ti元素缺失的数据较多，造成可用来投图的样品数较少，通过投图（85个样品）表明，样品大多进入IAT和MORB区域，未能有效的区分出洋内岛弧和陆缘弧。

（3）Zr-Ti图。Pearce（1976）设计了Zr-Ti图解（图3）。本次使用的样品数据中Ti元素缺失的数据较多，造成可用来投图的样品数较少（仅85个样品），结果不具普遍性。

（4）Hf-Th-Nb（Ta）图。Wood（1980）利用岛弧玄武岩Th/Ta的性质设计了Hf-Th-Nb（Ta）图解（图4），用来区分岛弧和非岛弧的玄武岩。通过投图（1536个样品），样品几乎覆盖了岛弧（IAT+CAB区域）的全部范围，且洋内岛弧样品大多投入IAT区域，而陆缘弧样品大多投入CAB区域，可看出洋内岛弧具有较高的Hf值，陆缘弧具较高的Th值，可大致区分出洋内岛弧和陆缘弧，但其之间的界线模糊不清，因此该图解的有效性也不太高。

图4 Hf-Th-Nb（Ta）图（底图据Wood，1980）

（5）La/Yb-Sc/Ni图。Bailey（1981）设计了La/Yb-Sc/Ni图（图5）。通过投图表明（1122个样品），样品几乎覆盖了各种构造环境区域，洋内岛弧与陆缘弧相互混杂，不能区分出其界线，因此该图解有效性不高。

（6）La/Yb-Th图。Condie（1986）设计了La/Yb-Th图（图6）。通过投图（1936个样品）表明，样品大多进入演化的大洋弧和大陆边缘弧区域，但并不能明显区分出洋内岛弧与陆缘弧，因此该图解的有效性也不高。

（7）Th/Ta-Yb图。Goton and Schandl（2000）在Pearce的Th/Yb-Ta/Yb图上进行修改变换设计出来了Th/Ta-Yb图解（图7）。通过投图（1627个样品）表明，样品几乎覆盖了各种构造环境，洋内岛弧与陆缘弧的投点区域相同，不能相互区别开来，因此该图解有效性仍不高。

图6 La/Yb-Th图（底图据Condie，1986）

3 讨论

（1）玄武岩判别图解。在玄武岩的判别图解中，Th/Yb-Ta/Yb图和Hf-Th-Nb（Ta）图的有效性较高，可以大致区分出洋内岛弧和陆缘弧，这些图之所以比较好，可能是与Th、Ta之间的含量含量关系有关，推测陆缘弧具有较高的Th和Ta值。而其余判别图解（V-Ti图、Zr-Ti图）有效性较低。

图7 Th/Ta-Yb图（底图据Goton and Schandl，2000）

（2）中酸性岩判别图解。三个中酸性岩的判别图解（La/Yb-Sc/Ni图、La/Yb-Th图、Th/Ta-Yb图）均未能有效的区分出洋内岛弧与陆缘弧的界线。

4 结论

（1）洋内岛弧和陆缘弧构造判别图解很多，但可信度高的判别图解并不多，说明这些图解可能都是某区域局部的一些数据得出的结果，在区分洋内岛弧和陆缘弧时不能够使用，不具普遍性。

（2）可信度较高的判别图解主要与Th、Ta元素有关，如Th/Yb-Ta/Yb图和Hf-Th-Nb（Ta）图，其余判别图建议谨慎使用。

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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，四川富顺人，在读本科生，资源勘查工程（固体矿产）