岩石大地构造报告

岩石大地构造读书报告1埃达克岩定义的发展、构造意义与成矿摘要：埃达克岩作为一种以地球化学特征命名的岩浆岩，岩石类型为中酸性钙碱性岩石，缺失基性端员，岩石组合为岛弧安山岩、英安岩、钠质流纹岩及相应的侵入岩；主要矿物组合为斜长石+石英+角闪石±黑云母±辉石±不透明矿物。虽然埃达克岩已经被提出有二十四年的历史，但仍是岩石学等地学领域研究的热点。其原因笔者认为主要在于以下几个方面：（1）埃达克岩定义的特殊性及本身的复杂性；（2）埃达克岩成因及产出构造环境的多样性；（3）埃达克岩与斑岩型Cu、Au、Ag、Mo等金属矿产关系密切。本文首先将对埃达克岩定义的演化、研究进展作一介绍，然后对埃达克岩的成因及其大地构造意义进行探讨，最后简单阐述一下埃达克岩与岩浆热液成矿的关系。关键词：埃达克岩；定义；成因；构造意义；成矿1.埃达克岩定义的发展与分类1.1埃达克岩的定义与发展埃达克岩是Defant和Drummond在23年前引入地学界的一个岩石学术语（Defant,Drummond,1990）。其原始定义是：Adakite是一套火山岩或侵入岩，形成于岛弧地区，是≤25Ma、热的俯冲洋壳熔融形成的；埃达克岩以SiO2≥56%、Al2O3≥15%（很少低于此值）和MgO通常小于3%（极少大于6%)为特点，Y和重稀土元素含量低（Y≤18μg/g、Yb≤1.9μg/g)，Sr含量高（很少小于400μg/g），87Sr/86Sr＜0.7040；其主要矿物组合是斜长石和角闪石，可以出现黑云母、辉石和不透明矿物。它不是以传统的岩石命名方案即按岩石的矿物组成和结构构造命名，而是根据其一系列地球化学特征来命名的。与大多数岛弧岩石一样，埃达克岩也具有高场强元素(HFSEs)亏损的特征。表1.1列出了埃达克岩的主要地球化学特征及其对应的岩浆源区特征指示意义。在岛弧带中，俯冲的角闪岩相或榴辉岩相的变质玄武岩的部分熔融可以产生埃达克岩上述的一系列地球化学特征。但这并不意味岩石大地构造读书报告2着所有的埃达克岩都形成于岛弧环境（Athertonetal.,1993;Yumuletal.,2000;Sheppardetal.,2001）。野外观察和实验研究表明，埃达克岩可以形成在多种构造环境，板块消减带、底侵玄武岩和加厚下地壳的熔融都可以形成具有埃达克质地球化学特征的岩石（张旗等，2003）。表1.1埃达克岩的主要地球化学特征（Castillo，2012）埃达克岩因为在其初始的定义中有产于岛弧这样的成因描述，所以有人在用这个概念时不仅严格遵循了原定义的埃达克岩的几项地球化学指标，而且也加上了形成于岛弧环境的成因限制。国内不少学者将埃达克岩的定义理解为形成于岛弧环境的高铝高锶而贫重稀土的一种特殊的中酸性岩浆岩（葛小月等，2002；钱青等，2002；陈斌等，2002）。为推进埃达克岩的研究，2001年12月在北京召开了“埃达克质岩及其地球动力学意义学术研讨会”，MJDefant，RWKay，RPRapp和PRCastillo应邀出岩石大地构造读书报告3席。会上各学者主要就各自对埃达克岩的化学分类，构造环境等认识进行争论，会议使得埃达克岩的定义扩大化。会后发表的会议纪要指出：关于埃达克岩定义问题，部分国内学者认为应遵循埃达克岩来源于俯冲板片熔融的定义，但美国学者所持的埃达克岩定义范围较宽，他们认为埃达克岩是地球化学分类，没有特征的岩石学或矿物学标志，不能根据构造背景来定义埃达克岩。根据这次会议和随后的研究，Defantetal.(2002)认为，埃达克岩是一个一般意义上的术语，指的是具有埃达克岩地球化学特征的那些岩石，并没有过程或成因的含义在里面。国内也有学者（张旗，2008）认为，埃达克岩和非埃达克岩作为一对，表达的是花岗岩熔融源区压力的概念，就像I型和S型作为一对一样，表达的是源岩性质的概念。埃达克岩的真正含义指的是具有埃达克岩地球化学特征(例如高Sr低Y和Yb以及高的Sr/Y和Sr/Yb比值)的中酸性岩浆岩。岩石命名是客观现象的描述，不应当将其成因和形成环境联系起来（张旗等，2003）。正是由于不同学者对于埃达克岩这一特殊类型岩石的定义理解不同，才导致了一系列争议的产生。事实上，埃达克岩的定义是不断发展变化和逐步完善的，埃达克岩从刚开始与年轻的（≤25Ma）俯冲板片以及岛弧环境挂钩发展为现在大多数学者普遍认同的主要以地球化学特征命名的一类岩石。表1.2是不同学者提出的埃达克岩地球化学上主要鉴别特征的对比。可以发现大致的一个规律是：用于埃达克岩地球化学判定的地球化学参数的数目有增加的趋势。这反映了人们对于埃达克岩认识的逐步深入。表1.2目前埃达克岩主要鉴别特征的发展（Castillo，2012）1.2埃达克岩的分类由于埃达克岩的种类十分多样，可产出于多种构造环境，并有多种成因，故其划分方案也各不相同。岩石大地构造读书报告4张旗等（2000，2001）率先将埃达克岩引入国内，并按照埃达克岩的Na2O/K2O比值、Sr-Nd同位素特征和产出环境把埃达克岩分为O型(Na2O/K2O2，产于洋内，取ocean首字母)和C型(Na2O/K2O≈1或1，产于陆内，取continent首字母)2类。与典型的埃达克岩相比，中国东部埃达克岩更富K2O(Na2O/K2O=0.9～1.3)，87Sr/86Sr0.704，εNd0(很少大于0)。中国东部具埃达克岩特征的火山岩是陆相的，与板块的消减作用无关，是陆内岩浆作用的产物，称为“C型埃达克岩”，推测是来自软流圈地幔的玄武岩底侵到加厚的陆壳(50km)底部导致下地壳麻粒岩部分熔融形成的。相应地，环太平洋产出的埃达克岩则称为“O型埃达克岩”（张旗等，2001）。O型埃达克岩与C型埃达克岩的对比如表1.3所示。表1.3C型和O型两类埃达克岩的对比（张旗等，2001）后来，张旗等（2004）又根据埃达克岩的地球化学特征及成因将其分为下列几种：典型的埃达克岩、高镁埃达克岩、TTG岩套、高钾钙碱性埃达克岩、高钾和镁的埃达克岩、钾质埃达克等。张旗等认为，只要达到形成埃达克岩所需要的高压条件，有足够的热源使源区物质发生部分熔融，所形成的熔体即具有埃达克岩的特征。而埃达克岩种类的多样性则是由于构造环境的差异（消减带或下地壳）、源岩性质的差异、压力的差异、以及围岩的差异等诸多因素造成的。Martin和Moyen(2003)分析了一个超过340个埃达克岩样品的数据库，并根据其中的SiO2的含量的差异将埃达克岩划分为两个组分类型：高硅埃达克岩（HSA;SiO2＞60wt.%）和低硅埃达克岩(LSA;SiO2＜60wt.%)。低硅埃达克岩在矿物学特征上因为可能含辉石斑晶而与高硅埃达克岩区分开来。除了SiO2的差异外，与LSA相比，HSA有较低的MgO（0.5-4wt.%）、CaO+Na2O（＜11wt.%）岩石大地构造读书报告5和Sr（＜1100ppm）含量。图1.1为综合了多项指标的区分高硅埃达克岩和低硅埃达克岩两个图解，这两个图解很好地将二者区分开来。在第一个图解中，二者的分布显示基本垂直的趋势。图1.2为HSA与LSA的微量元素特征对比。由该图可以看出，LSA以Sr的正异常、Rb的相对亏损以及较高的Nb和REE含量区别于HSA。而HSA相对于LSA则有较低的Ti含量，显示有微弱的负异常。Martin和Moyen认为，HSA（还有太古宙的TTG）代表了与地幔橄榄岩发生了不同程度相互作用的板片熔体，而LSA（以及赞岐岩）则与早期被板片熔体交代的地幔橄榄岩熔体对应。图1.1(K/Rb)-(SiO2/MgO)投图和Sr–(K/Rb)-(SiO2/MgO)×100三角图解（Martinetal.,2005）图1.2LSA和HSA的平均组分原始地幔（McDonoughetal.,1992）标准化多元素图解（Martinetal.,2005）岩石大地构造读书报告6另外，对于埃达克岩的定义中是否应该加入Na2O/K2O、Nb、Ta含量等（表1.2统计的各学者给出的埃达克岩地球化学识别特征中并未给出），仍需要进一步的研究。总之，作为一种与传统定义方式不同并具有一定构造和成矿意义的岩石类型，埃达克岩的定义是不断发展完善的。2.埃达克岩的成因与构造意义2.1埃达克岩的成因早期发现的埃达克岩主要形成于岛弧区，代表年轻（≤25Ma）的热俯冲洋壳熔融的产物。随后人们发现埃达克岩的成因不仅仅限于年轻的俯冲洋壳的部分熔融（Yogodzinskietal.，2001；Xuetal.，2002；Zhaoetal.，2008）。Yogodzinskietal.（2001）通过研究勘察加半岛及阿留申群岛附近的埃达克岩及正常安山岩的地球化学特征为俯冲大洋岩石圈板块边缘的熔融提供了地球化学的证据，也可以说是提出了另一个可能形成埃达克岩的构造环境。产有埃达克岩的阿留申群岛下的俯冲岩石圈较老，所以较冷，用埃达克岩原始定义中年轻的、热的俯冲板片熔融成因解释该处埃达克岩形成比较困难。该处埃达克岩为板片熔融特征，但在构造环境上属于暴露在地幔流中的撕裂的太平洋俯冲板块边缘（如图2.1）。Yogodzinskietal.（2001）认为只要当这些俯冲板块边缘被热的地幔流加热或烧蚀，就可以形成埃达克岩。所以不一定只有热的、年轻的俯冲板片才可以部分熔融形成埃达克岩，冷的、老的俯冲大洋板片边缘在热地幔流的烘烤下也可以发生部分熔融形成埃达克岩。这与罗照华等（2002）理解的俯冲板片的年龄年轻是相对年轻的看法是一致的。笔者也认为对于初始定义的埃达克岩中俯冲板片的年龄强调其年轻主要就是为了满足其熔融的条件，在岩石定义中不应出现这样的限制。因为地幔异常的热流等都可以导致俯冲板片的部分熔融形成埃达克质岩浆。岩石大地构造读书报告7图2.1撕裂的太平洋板块向北俯冲至中阿留申下部向西俯冲至勘察加下部Xuetal.（2002）在中国东部宁镇地区发现了与俯冲环境无关的安基山埃达克质侵入岩。该处的埃达克质岩有高的Sr/Y和La/Yb比值，对应有低的Yb和Y、相对较高的MgO含量和Mg数(Mg#；0.4–0.6)，所有这些特征与板片熔融产生的特征是相似的。与板片熔融起源的埃达克岩不同的是安基山埃达克岩有较低的εNd(t)值(−6.8～−9.7)与较高的(87Sr/86Sr)i(0.7053–0.7066)。他们根据大地构造及地球化学的证据认为这里的埃达克质岩浆最可能源于大陆地壳基底的镁铁质物质的部分熔融。较高的Sr/Y和La/Yb比值指示在部分熔融过程中石榴石是残留相，这就表明在早白垩世地壳厚度大于40km。而现在宁镇地区的地壳厚度仅有30km，因此自早白垩世以来这里的地壳至少减薄了约10km。安基山侵入岩中相对较高的MgO含量及Mg#表明埃达克质岩浆与地幔岩发生了相互作用，这可能与下地壳的拆沉相吻合，并与观察到的该处大陆地壳的减薄现象一致。综合以上特征他们认为安基山埃达克岩可能起源于拆沉下地壳的部分熔融，在埃达克质岩浆向上运移过程中与地幔岩发生作用。Zhaoetal.（2008）在新疆天山的阿吾拉勒和三岔口地区发现了与玄武质岩浆底侵有关的中性到酸性的斑岩和英安岩，属于高硅埃达克岩（图2.2）。这套埃岩石大地构造读书报告8图2.2阿吾拉勒与三岔口埃达克岩Sr/Y-Y图解（Zhaoetal.,2008）达克岩与同一地区的被认为是俯冲板片的部分熔融形成的埃达克岩不同，他们的差异主要体现在岩石组合、形成时代及Sr-Nd同位素组成方面。该地区与俯冲板片相关的埃达克岩一般与常见的岛弧岩石、高Nb玄武岩(NEB)及高镁安山岩（HMA）共生，主要形成在晚石炭世(320–334Ma)，且有相对较高的εNd(t)(+3.4–+11.6)，和低的(87Sr/86Sr)i比值(0.7032–0.7063)。相比之下，阿吾拉勒和三岔口埃达克岩则形成于中-晚二叠世(260–278Ma)，有着较宽和低的εNd(t)值(+0.75–+5.69)，较大范围的(87Sr/86Sr)i比值(0.7039–0.7054)。另外，与底侵相关的埃达克岩有着较低的Mg#