埃达克岩研究的进展存在问题及思考

西北大学研究生课程报告高级岩石学埃达克质岩研究进展、存在争论及思考秦江锋,20061埃达克质岩研究进展、存在争论及思考秦江锋（西北大学大陆动力学国家重点实验室，西北大学地质学系西安710069）AbstractAccordingtotheprimarydefinitionofadakiteproposedbyDefantandDrummondin1990，adakitewascommonlyconsideredassuchakindofrock：TheyarevolcanicorintrusiverocksinCenozoicarcsassociatedwithsubductionofyoung（≤25Ma）oceaniclithosphere.Meanwhile，AdakitesarecharacterizedbySiO2≥56%，Al2O3≥15%（rarelylower），usuallyMgO＜3%（rarelyabove6%），lowYandHREErelativelytoisland-arcADRs（forexampleYandYb≤18and1.9ppm，respectively），highSrrelativetoisland-arcADRs（rarely＜400ppm，lowhigh-fieldstrengthelements（HFSEs），asmostisland-arcADRs，and87Sr/86Srusually＜0.7040.Thepetrographyofadakitesissomewhatvariable.Plagioclaseisubiquitousphase，andamphiboleiscommoninallsamplesbutthemoreMgO-richvarieties.Clinopyroxeneandorthoprroxenearealsocommonconstituentswithbiotiteandopaquesoccurringfrequently.Acommonassemblageisplagioclaseandamphibole（withorwithoutbiotite，pyroxeneandopaques）.Adakitesarerarelyassociatedwithparentalbasaltorbasalticandesite.Recentresearchsuggeststhatadakiticrocksarenotderivedfrompartialmeltingofyoung，warmsubductingoceanicslab，butalsogeneratedfrompartialmeltingofold，coldflatsubductingoceanicslabandthickenedlowercontinentalcrust.DomesticscholarsproposethattheMiocenehighKadakitesfromeastChinaareutmostattributedtotheeffectsofthickenedlithosphericdelamination.Thispapersummarizedthelatestprogressandhotdebatesinadakitesstudy，subsequentlypresentedsomeviewsontheoriginofhighKandMgadakitesinpostcollisionalstage，andproposedthattherelationshipbetweencrust-mantleinteractionandtheoriginofhighKadakitesduringpostcollisionalstageisararingquestiontoanswer.Keywords:adakites；experimentalpetrology；highKadakites；TTG；postcollision；magmamixing摘要：20世纪90年代初由DefantandDrummond提出的埃达克岩（Adakite）的概念认为它是新生代年轻的(≤25Ma)与俯冲弧有关的洋壳(榴辉岩相)重熔形成的火山岩或深成岩,其特点是w(SiO2)≥56%、ｗ(Al2O3)≥15%、w(MgO)经常3%(很少超过6%)、低Y和HREE,w(Y)≤18ppm、高w(Sr)(很少400ppm)、低HFSE、I(Sr)0.7040;岩相学有变化,斜长石较多,角闪石常见,但富Mg西北大学研究生课程报告高级岩石学埃达克质岩研究进展、存在争论及思考秦江锋,20062的斜方和单斜辉石亦常见,有黑云母、不透明矿物,常见的矿物组合是斜长石和角闪石.近年的研究表明，埃达克岩的产出不仅限于年轻洋壳俯冲的岛弧区，较老洋壳的水平俯冲（flatsubduction）、增厚基性下地壳的部分熔融也可以产生具有埃达克岩地球化学特征的熔体.国内学者提出造山后增厚岩石圈的拆沉作用是中国东部富钾埃达克岩的最有可能的成因机制.本文总结了近年来国内外在埃达克岩实验岩石学和成因机制方面的主要进展及主要争论，并对碰撞后具埃达克岩特征岩石的高钾富镁特征的成因提出了一些自己的想法，同时认为碰撞后的壳幔相互作用和埃达克岩的成因之间的关系是有待深入研究的问题.关键词：埃达克岩；实验岩石学；富钾埃达克岩；TTG；碰撞后；岩浆混合20世纪90年代以来，埃达克岩（adakite）的研究备受全球地质学家的关注，由于这类岩石具有独特的地球化学特点及隐含的特殊岩石成因机理和成矿机制，因而在恢复岩石形成的大地构造背景方面发挥着重要作用[1,2]。随着近年来对具有埃达克特征的岩石的研究的深入，国内外学者普遍认识到埃达克岩成因机制的复杂性，特别是近年来国内学者提出中国东部中生代具有埃达克地球化学特征的花岗岩类是和洋壳俯冲无关的增厚基性下地壳部分熔融的产物，更是引发了学术界广泛而激烈的争论。对具有埃达克岩性质的岩石的研究不仅涉及到该类岩石的成因问题，而且还涉及到洋壳俯冲机制、地壳增生机制和地热梯度变化机理等重要问题，因而具有重要的研究意义。本文的目的在于了解国际埃达克质岩研究进展、存在问题及解决问题的思路,总结自己的想法,企望抛砖引玉.1.埃达克岩的概念1.1定义具有埃达克岩性质的岩石早在19世纪末在日本Setouchi带Sanuki地区和Bioin(小笠原)群岛被发现,当时定名为Sanukite和Boninite。它们产于近代岛弧带(12～14Ma),分别为玻基斜方辉石安山岩和玻基古铜辉石安山岩。埃达克岩的原始命名则出自Alaska的Adak岛,其代表样品采自Aleutian洋中脊西段1600ｍ深处(70-B-49,时代为7～9Ma)及东海岸线Mt.Moffe的碎屑岩流中(ADK-53),两者都为辉石安山岩,具有带状流动玻状构造及辉石斑晶[2]。西北大学研究生课程报告高级岩石学埃达克质岩研究进展、存在争论及思考秦江锋,20063根据对埃达克岛相应岩石的研究可知,埃达克岩原义是指Aleutian火山岩系中一类不常见的FeO/MgO比值低的Mg质安山岩。Kay认为,玄武质俯冲板块(已变质为榴辉岩或石榴二辉岩)经部分重熔形成含水英安质熔液(melt),富含LILE,具高Sr]、高Sr/Y,及高La/Yb,同位素方面I(Sr)和N(206Pb)/N(204Pb)值都低;少量的含挥发组分熔液(约4%)上升并和大量上覆亏损LILE的高温地幔楔橄榄岩(约96%)相互作用,在H2O不饱和状态下与亏损橄榄岩中橄榄石和斜方辉石处于平衡,并进一步演化产生岩浆,喷发形成安山岩。这种由英安质熔液与橄榄石反应生成的安山岩称为埃达克岩[3,4]。DefantandDrumomod以Kay的研究为基础把埃达克岩定义如下:高铝（Al2O3＞15%）、富钠（3.5%＜Na2O＜7.5%，K2O/Na2O≈0.42）高锶（Sr＞400ppm，最高可达2000ppm）、极度亏损重稀土元素（Yb＜1.9ppm）和钇（Y＜18ppm）、没有明显的负铕异常，过渡族元素的含量通常很高（如Cr≈30～50ppm，Ni≈20～40ppm）[5]；岩相上经常出现角闪石和黑云母斑晶[5,6]。埃达克岩很少与其母岩玄武岩或安山岩共生。1.2形成环境埃达克岩的这些特殊的岩石学、地球化学特征及其经常见于B-型削减环境，使人们认识到它的起源与岛弧正常钙碱性岩浆不同，而可能是来源于削减大洋岩石圈直接熔融[4,5,7,8]。而削减板片在脱水之前直接发生熔融需要异常高的地温梯度[9]，而只有当非常年轻的（＜25Ma）热洋壳削减至70～90km深度时，才可能发生部分熔融产生埃达克质岩浆，此时残留矿物组合为石榴石角闪岩和/或榴辉岩[3～13]。因此，目前主流的观点认为埃达克岩产于和年轻（≤25Ma）、热的洋壳俯冲相关的岛弧环境。2.埃达克岩的研究进展2.1国际埃达克岩的研究进展1990年DefantandDrummond首先埃达克岩（Adakite）的概念,开始认为埃达克岩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.按照DefantandDrummond提出的定义,埃达克岩只形成于年轻洋壳俯冲的岛弧[5]。在此之后,国际上对埃达克岩的研究主要集中在玄武岩体系的部分熔融和相平衡以及埃达克质熔体/地幔橄榄岩的反应实验等实验岩石学研究。近年在这些方面主要有以下进展：（1）Rappetal研究高压约束下(3.8GPa)板块熔液和地幔楔反应的实验,初步总结出下列推论:(1)板西北大学研究生课程报告高级岩石学埃达克质岩研究进展、存在争论及思考秦江锋,20064块熔液和橄榄岩的杂化反应可形成高Mg埃达克型熔液,在反应中橄榄石可变为Mg石榴石和斜方辉石,在反应中起始熔液的消耗增加了大量不相容元素,但基本不加强微量元素的分异,这样很多高LILE的高Mg埃达克岩代表了参与杂化混熔的起始板块熔液的组分。(2)在无外来热能参与下,只有少量同化作用能发生。“有效熔液(effectivemelt)”和岩石比值决定同化反应的性质及反应后的矿物组合,若“有效熔液”∶岩石1∶1,则在交代反应中熔液全部耗尽,而橄榄岩中可出现Na质角闪石。(3)隐含的或实质的受俯冲板块熔液交代的弧下地幔可能是具有相同微量元素型式的埃达克岩(Mg质安山岩)的源岩[14].（2）SenandDenn以加拿大不列颠哥伦比亚地区玄武质角闪岩为初始物质,在压力为1.5Gpa和2.0Gpa、温度为850～1150℃进行的脱水熔融实验表明,在该条件下产生了含绿辉石和石榴石的残余相,熔体的成分可从流纹质到安山质,与板片熔融成因的埃达克岩相比,实验产生的熔体除明显的亏损MgO和CaO外,其它地球化学特征均类似于安山质或英安质埃达克岩.在2.0Gpa下产生的熔体其稀土配分特征和典型埃达克岩很相似,但却没有产生高的Sr/Y比值,因此,SenandDenn认为,如果埃达克岩是俯冲板片熔融的产物,那么其一定经历了壳幔之间重大的相互作用[15].（3）Athertonetal认为玄武质下地壳只要具备两个条件也可以产生具有埃达克性质的熔体：异常的地温梯度和增厚地壳.在水不饱和和增厚的（＞40km）基性下地壳环境下，斜长石将变得极不稳定，新底侵的的玄武质下地壳发生部分熔融，熔体为埃达克质岩，残留相矿物组合为石榴石＋辉石±角闪石±斜长石[10].（4）RappandWatson对压力在0.8～3.2Gpa下4块天然角闪岩部分熔融的实验表明，在温度为1000～1025℃和压力为0.8～1.6Gpa条件下，与角闪岩或石榴石角闪岩残余体共存的低程度熔融体，约5%熔融产生高K2O的花岗质熔体，约5%～10%熔融产生低Al2O3的奥长花岗岩熔体，而大于20%的熔融只出现在角闪石消失的相界.温度为1050℃～1100℃之间，约20～40%熔融产生中酸性组分（高Al2O3奥长花岗岩-