埃达克岩的原义、特征与成因-埃达克岩的最经典论文.pdf

埃达克岩的原义 特征与成因 董申保 田 伟 北京大学 地质学系 北京100871 摘 要 论述了埃达克岩的原义与综合特征 并针对其与太古宙TTG之间的区别和联系及今后研究 埃达克岩的建议提出了自己的见解 埃达克岩 adakite 的原义是指一类具有镁铁质斑晶的隐晶质火 山岩 属于岛弧型岩浆钙碱性岩系 一般形成于年轻的 25 Ma 地热高的岛弧环境 是俯冲板块和 上覆地幔相互作用产生的杂化熔液通过结晶分异形成的 综合总结埃达克岩 原义 的地球化学特征 如下 1 原生标志 高Mg 低FeO3 MgO 高Cr及Ni 2 微量元素标志 高LILE 高LREE 低HREE 低HFSE以及高分异的REE型式等 对实验岩石学研究资料的总结可知杂化 hybridized 熔液是由小 数量的板块熔液与地幔楔反应经交代作用 同化作用形成的 可分异直至出现酸性岩浆 这一过程称 为 地幔同化及分离结晶作用 mantle2 AFC 在橄榄岩的同化作用中 原有熔液Mg 迅速上升 并在 熔液成分加多后 向高Mg 区迅速发展 在近代一些埃达克岩及相关岩石研究中 部分学者认为太 古宙TTG与新生代板块 榴辉岩 重熔的TTD岩系类似 同时 亦有学者认为太古宙 绿岩带 中与 TTG有关的深成岩系是一类Mg质花岗闪长岩Mg质二长闪长岩 成因与Sanukite相似 太古宙sanuk2 itoid岩系 相当于富集橄榄岩重熔形成的岩系 这些研究重新引发了太古宙大地构造型式与近代板 块构造型式的异同之争 根据对目前地质实际资料的总结 太古宙TTG的Mg 一般都高于实验中相 应数据 一般认为太古宙玄武岩的MgO比近代玄武岩高 而太古宙 绿岩带 中科马提岩 玄武质科马 提岩Mg质玄武岩组合是太古宙 绿岩带 TTG的源岩 其成因不相当于近代大地构造环境 这一争 论仍有待深入研究 看来 地球发展过程中热量随时间而消耗的规律应在具体实践中探讨其内涵 关键词 埃达克岩 Mg质安山岩 杂化熔液对板块熔液 太古宙TTG对近代埃达克岩系列 中图分类号 P581 文献标识码 A 文章编号 10052321 2004 04058510 收稿日期 20040908 修订日期 20040915 基金项目 教育部博士点基金项目 20010001015 作者简介 董申保 1917 男 教授 中国科学院院士 岩石学 专业 主要从事变质岩和花岗岩研究 近代以来 壳 幔源相互作用研究的一个重点是 由俯冲引发的岛弧型岩浆岩系列 基于岩石 矿物 地球化学数据和热力学实验数据的内部一致性 in 2 ternal consistency 原理来区分区域性岩浆岩系列 magmatic array 之间的异同 已成为研究俯冲构造 与相应岛弧岩浆系列关系的重要工作方法 该方法 可以研究显生代与太古宙岩浆岩系的异同 进而研 究与其相联系的大地构造环境的差异 20世纪90年代以来 埃达克岩 adakite 的研究 得到国际重视 同时 近代年轻 25 Ma 大洋岛弧 和大陆边缘岛弧型岩浆岩的资料不断增加 相关热 力学实验技术也有很大改进 由此引发了太古宙 TTG与近代岛弧岩浆中英云闪长岩系异同的争论 与此同时 在国内埃达克岩也受到一定关注 范围进 一步牵涉到某些中国东部中生代火山岩的成因 一 时引发相当多争论 这虽对壳 幔相互作用中岩浆 作用的研究起了促进作用 但也不可避免地带来某 些模糊不清的概念和偏见 需加以澄清 笔者不揣 冒昧 就埃达克岩的命名 成因 重要地球化学判据 及其与太古宙TTG之间的区别和联系等方面作一 简要回顾和归纳 供参考 1 埃达克岩的命名 分类及成因回顾 任何一个重要岩浆岩的命名在实际应用中都会 经过曲折和反复 有些被淘汰 有些经过实践验证后 第11卷 第4期 2004年10月 地学前缘 中国地质大学 北京 Earth Science Frontiers China University of Geosciences Beijing Vol 11 No 4 Oct 2004 1994 2007 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 保留 但亦非其原文所定义 埃达克岩目前正经历 这一反复过程 有必要对其命名沿革作一简单回 顾 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Bonin 小笠原 群岛被发 现 当时定名为Sanukite Weinschenk 1891 和Boni2 nite 1 它们产于近代岛弧带 12 14 Ma 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 2 其代表 样品采自Aleutian洋中脊西段1 600 m深处 70 2B2 49 时代为7 9 Ma 及东海岸线Mt Moffe的碎屑岩 流中 ADK253 两者都为辉石安山岩 具有带状流 动玻状构造及辉石斑晶 其主元素及微量元素见附 表1 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 3 MgO比值低的Mg质安山岩 Kay 2 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 206 Pb N 204 Pb 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 2 Defant和Drummond 3 以Kay 2 的研究为基础把 埃达克岩定义如下 它是新生代年轻的 25 Ma 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 SiO 2 56 w Al 2O3 15 w MgO 经常 3 很少超过 6 低Y和HREE w Y 18 10 6 高 w Sr 很少 400 10 6 低 HFSE I Sr 0 704 0 岩相学有变化 斜长石较多 角闪石常见 但富Mg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 埃达克岩很少与其母岩玄武岩或安山岩在一 起 原义稍有简化 Defant等对埃达克岩成因的基本观点是组成埃 达克岩系的ADR系列 安山岩 英安岩Na质流纹 岩系列 直接来自岛弧环境下年轻 高温的玄武质俯 冲板块经部分重熔形成的熔液 这一熔液某些微量 元素地球化学标志与埃达克岩一致 因此可认为是 埃达克型岩浆 adakitic magma 他们的定义没有涉 及原产埃达克岛的这类岩石的某些重要特征 如 Mg 以及某些微量元素如Cr Ni等在岩浆过程中 的地位 实验证实 此类特征正是埃达克岩形成时 俯冲板块与上覆地幔楔相互作用的标志 虽然此后 Drummond和Defant又有所述及 4 但仍认为高Mg 类型不是埃达克型而是过渡的埃达克型 transitional adakite 由此可以看出 依照Defant 和Drummond 3 的定义 埃达克岩相当于Kay 2 定义的岩浆作用过 程中起始阶段板块重熔形成的含水熔浆 或称为没 有地幔橄榄岩参与的端员类型 同时 由此定义得 出的判定埃达克岩的微量元素标志并非岛弧型岩浆 系列所独有 导致此后将埃达克岩的形成环境与下 地壳熔融相联系的观点与埃达克岩最初所定义的岛 弧环境不一致 虽然这一观点还是一个推理 需要进 一步验证 参见Defant 2002 5 及相关引文 但在现 阶段不加以区分就进行扩展容易引起混淆 20世纪末期 新生代岛弧 特别是Aleutian岛弧 埃达克岩的研究步入新阶段 Y ogodzinski Kay等在 长期研究Aleutian西部地区火山岩系的基础上对埃 达克岩的特征作了进一步阐述 6 7 把原称的埃达 克岩重新命名为Mg质安山岩以加重其来自橄榄岩 的高MgO 高Cr 高Ni的原生特征 primitive charac2 ters 以别于Defant和Drummond 3 基于板块重熔的 微量元素特征的定义 强调了埃达克岩是板块重熔 熔浆和幔源楔相互作用的产物 在Aleutian西带 中 进一步又分出Adak型和Piip型两类 1 Adak型相当于原义 2 所命名类型 属于Mg 质安山岩 具间隙结构 斑晶为单斜辉石 常有正常 成分环带 Mg 0 82约0 94 基质为斜长石 An 约 51 斜方辉石 Mg 约0 86 单斜辉石 Mg 约 0 78 其w SiO 2 56 59 w Al 2O3 15 w TiO 2 0 3 w CaO 7 w FeO 3 3 3 w MgO 4 5 w Na 2O 3 6 w K 2 O 约2 Mg 0 71 w FeO 3 w MgO 约0 75 w Cr 165 10 6 w Ni 125 10 6 在微量元素型式上 Adak型岩的石LILE及Sr相对含量与N2MORB相像 见图1 同位素方面 I Sr 0 702 8 N 206Pb N 204Pb 17 9 表明几乎没有放射性衰变产物 具 有W Aleutian岛弧火山岩的典型特征 这些特征将 其源岩直接指向N2MORB 原生标志如高Mg 高 Cr Ni以及熔浆以中性为主 w SiO 2 56 59 等则说明其具有幔源橄榄岩组分参与的杂化 hy 2 bridized 特征 是单纯由俯冲板块 榴辉岩相 重熔形 586 董申保 田 伟 地学前缘 Earth Science Frontiers 2004 11 4 1994 2007 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 成的熔液 w SiO 2 约63 偏酸性 与地幔楔相互 作用的产物 综合上述特征可认为 原始的Aleutian 亏损型地幔楔橄榄岩在与俯冲板块熔液作用时 被 加入大量LILE交代成为富集型橄榄岩 这一作用 可进一步划分为两者之间的同化作用和结晶分异作 用 开始所进行的反应为同化反应 assimilation re2 action 标志熔融的开始 在同化反应的交代进程 中可相继出现熔液 含角闪石 辉石 橄榄石和熔液 含角闪石 斜方辉石的辉石岩 并使熔液的MgO 和CaO富集 形成杂化熔液 8 杂化熔液 hybridized melt 上升时则会发生结晶分异作用 两种作用过程 的动态平衡组成板块熔液与地幔楔橄榄岩相互作用 的演化进程 可称为地幔同化及分离结晶作用 man 2 tle2 AFC 9 一般情况下 两者相互反应时 板块熔液 量仅为少量 5 但在同化反应中 熔液量有时可 达其起始板块重熔熔液量的3 8倍 在杂化熔液形 成阶段 板块熔液的不相容元素最初只是含量降低 其型式并没有实质性改变 只是减低微量元素分异程 度 10 总体上 当基性熔液和热地幔楔进行杂化反 应时 石榴石边值界限可不计 基性低Mg熔液可转 变为高Mg熔液 11 而微量元素型式除Ni Cr外 与原 有板块熔液大致相当 图1 Aleutian Mg质安山岩的微量元素含量 相对于大洋中脊玄武岩的变化图解 引自Kay 1978 2 中图 5 Fig 1 Trace elements in Aleutian magnesian andesites plotted as multiples of their concentration in an oceanic ridge basalt 同时绘出榴辉岩相 石榴石 单斜辉石 1 大洋中脊玄武岩按照 批式平衡熔融模式发生3 熔融所产生熔体的微量元素含量计 算值供对比 从实验看 8 俯冲板块 榴辉岩相 重熔产生的 英云闪长质熔浆 w SiO 2 约63 与橄榄岩的同化 反应 在1 5 3 0 GPa所形成的安山岩成分处于近 共熔线 eutectic line 单斜辉石 石榴石附近的单斜 辉石区 而其熔液成分约为4 这说明 俯冲板块 榴辉岩相 发生的少量初始硅质熔浆与橄榄岩地幔 之间的不完全反应可形成Adak型杂化熔浆 其典型 微量元素型式与Adak型Mg质安山岩相同 2 Piip型属于埃达克岩系中另一类岩石 包 括Mg质安山岩Mg质英安岩Mg质流纹英安岩 基质均为隐晶质 斑晶主要为橄榄石 仅见于安山 岩 Mg 0 91 0 92 单斜辉 石 见于安山岩及英 安岩 Mg 0 71 0 90 斜方辉石 见于安山岩及 英安岩 流纹英安岩 Mg 0 67 0 75 角闪石 见于安山岩及英安岩 流纹英安岩 Mg 0 65 0 72 和斜长石 An 34 78 等 相对于Adak型 Piip型的岩石类型范围更广 说明经过了更长阶段的演化 可称为演化型系列 e 2 volved series 其更多与低压环境 1 GPa 相关 前期岩石类型代表俯冲板块熔液 地幔楔橄榄岩相 互作用的早期阶段 由小量 3 5 的俯冲板块 熔液加入于水化的亏损地幔使其转变为富集LILE 的地幔橄榄岩 岩浆 流体交代阶段 中期为岛弧型 原生玄武岩 顶部地幔相互作用形成杂化熔液阶 段 由富集型地幔重熔产生的玄武岩聚集于热地幔 顶部经同熔反应阶段后形成Mg质安山岩 第三阶 段 为岩浆上升至地壳中并在低压下进一步经过同 化和结晶分异作用形成含角闪石的中酸性英安岩及 英安流纹岩 总体上相当于地幔AFC 9 Piip型Mg质火山岩系中安山岩的镁铁质斑晶 为橄榄石 斜方辉石及单斜辉石 而英安岩 流纹英 安岩中镁铁质斑晶为斜方辉石及单斜辉石并随SiO2 增高逐渐变为单斜辉石和角闪石 斑晶的变化表明 当玄武岩聚集于地幔顶部 在富水 低压和高温情况 下进行同化和结晶分异时 常出现原生镁铁质矿物 的转变形成硅过饱和的熔浆和相当于橄榄岩的难熔 矿物 12 这一情况表明Piip型Mg质安山岩的演化 是在低压下富集地幔重熔的玄武岩与顶部地幔在含 水情况下相互作用形成 它在Aleutian火山弧中所 处位置为薄层地壳之下也说明它形成于低压下的特 点 日本Setouchi带Mg质橄榄石 辉石安山岩系 sanukitoid 的基本情况与Piip型类似 Tatsumi 13 认为 sanukitoid是在1 0 GPa 1 070 和水不饱和情 况下由少量玄武岩熔浆与残留二辉橄榄岩处于平衡 形成 Piip型岩系的主要化学特征如下 w SiO 2 56 69 w Al 2O3 16 18 w TiO 2 0 4 0 8 w CaO 3 3 8 7 w FeO 3 董申保 田 伟 地学前缘 Earth Science Frontiers 2004 11 4 587 1994 2007 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 3 0 5 1 w MgO 1 3 6 6 w Na 2O 3 3 5 6 w K 2O 1 0 1 8 Mg 0 49 0 75 w FeO 3 w MgO 0 7 2 2 w Cr 16 564 10 6 w Ni 8 132 10 6 w Sr 302 548 10 6 w La w Yb 4 1 6 7 可 以看出 其原生标志与Adak型基本相似 但由于源 岩中地幔比重大 其Mg Ni Cr等也相对Adak型有 所变化 同时Mg质安山岩中的w CaO w Al 2O3 0 6 w CaO w Na 2O 16 w MgO 5 4 Mg 0 60 0 76 w Na 2O 3 6 一般2 1 2 8 w CaO w Al 2O3 0 5 0 8 w CaO w Na 2O 2 5 属Mg质玄武岩 Piip型Mg质安山岩的REE型式与Adak型不尽 相同 而其他类似地区的Mg质安山岩则具有与Piip 型同样的微量元素型式 见图 2 图2 Piip系列Mg质安山岩与其他Mg质安山岩和 埃达克岩的球粒陨石标准化稀土 Th和Ta对比图解 引自Y ogdozinski 1994 6 中图 14 Fig 2 Chondrite2normalized REE Th and Ta of Piip Series magnesian andesite compared with other magnesian andesites including adakites 用于对比的包括Western Aleutian埃达克岩 Setouchi Mg质安山岩 和Baja埃达克岩 根据野外岩石 矿物 地球化学数据和实验数据 的对比和计算 可以推断Piip型Mg质安山岩及类 似岩系 如Setouchi Mg质安山岩等 源于低压下含 水橄榄岩的重熔 13 14 进一步的研究 6 7 11 12 表明 此过程为含水富集型地幔橄榄岩经绝热重熔形成的 弧型玄武岩浆在低压下上升到地幔顶部 地壳底部 与橄榄岩相互作用产生的Mg质安山岩系 富集型 橄榄岩由少量俯冲板块 榴辉岩相 的硅质熔液渗入 上覆亏损型橄榄岩形成 其标志主要是高LILE LREE 低HFSE K La 中 低的w Ba w La 比值 16 20 I Sr 0 702 5 0 704 0 它在上升和绝 热过程中形成少量弧型熔浆 在挤压影响下停留于 地幔顶部并与高温橄榄岩反应 在低压下和较高温 度时转变形成Piip型Mg质安山岩 约1 100 w MgO 约6 由于弧型玄武岩在低压下硅不饱和 度较高 假如停留时间较长 则可结晶分异出含角闪 石的英安岩至流纹英安岩 4 km 最 后可上升到中地壳 其形成过程可表示如图3 2 与埃达克岩有关的实验 长期以来 有关弧型岩浆的实验多偏重于玄武 质洋壳的部分重熔 包括深部的斜长角闪岩和麻粒 岩相 其中也包括若干由区域变质作用形成的太古 宙斜长角闪岩和麻粒岩为源岩重熔形成的英云闪长 岩 淡色英云闪长岩系列 15 16 两者之间并无本质 区别 实际应用中多以这些实验为依据 与岩石 矿 物 地球化学数据对照 得出某些一致性的结论 但 这种结论在地质上往往不是惟一性的 关于地幔橄榄岩直接重熔产生出中性或酸性岩 浆的实验较少 一般认为 1 橄榄岩在含水和低压 情况下 可重熔成为原生安山岩 13 14 2 富集LILE 的橄榄岩低压下重熔产生高Mg 高Ni Cr Sr Ba 和高La Yb比值的闪长岩 二长闪长岩和粗面岩 分 异后可形成Mg质花岗闪长岩 17 3 重熔的地幔 橄榄岩受流体影响后能产生富Mg的拉斑玄武岩 浆 18 近来开始的对俯冲板块熔浆和地幔楔相互作用 的实验及其讨论 9 12 19 增加了这方面资料 Rapp 等 19 研究高压约束下 3 8 GPa 板块熔液和地幔楔 反应的实验 初步总结出下列推论 1 板块熔液和 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富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 588 董申保 田 伟 地学前缘 Earth Science Frontiers 2004 11 4 1994 2007 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 图3 Western Aleutian俯冲带的大地构造图解和岛弧岩浆形成模式 引自Y ogdozinski 1994 6 中图 17 Fig 3 Diagramof tectonics of the Western Aleutian subduction zone with model for arc magma formation 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 effective melt 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 在讨论原生板块熔液与杂化熔液关系时 Rapp 等 19 认为原生板块熔液 adakitic liquid 在受到橄榄 岩的同化作用时 可使其SiO2 Al2O3降低 同时 MgO FeO Na2O K2O TiO2升高 其中MgO的快速升 高和Al2O3饱和度的快速降低更具特征 在一系列 杂化熔液的Mg 2SiO2 图解 见图 4 上可以看到 含 较多橄榄岩成分的杂化熔液向高Mg 方向发展 因 此可得出一个有力论据 原生板块熔液通过与橄榄 岩相互作用形成杂化熔液时 其Mg 迅速提高 从 而形成高Mg 埃达克岩 3 基于原义的埃达克岩定义和岩系分 类 总结以上讨论 可以给出一个基于原义的埃达 克岩定义 埃达克岩是一类年轻的 25 Ma 地热 梯度高 温度高的弧型火山岩系 它源于Aleutian 的Adak岛 2 较早的命名为玻基斜方辉石安山岩 sanukitoid 和玻质古铜辉石安山岩 boninite 属于 隐晶质含镁铁质矿物和斜长石斑晶的Mg质安山 岩 其地球化学特征如下 w SiO 2 54 59 高Al2O3 高Na2O 和高MgO 微量元素为高LILE 低 HFSE 高LREE 低HREE 低I Sr 值 它与原生岩 浆有关的特征值为w SiO 2 54 59 高Mg 高Cr和Ni 基本为Mg质安山岩 3 1 埃达克岩系 埃达克岩和相关的基性 酸性岩石构成一个自 然岩石组合 称为埃达克岩系 它是岩石形成时的 大地构造环境的反映 同时它内部的岩石 矿物和地 球化学元素的共生组合属于自然界中的化学热力学 体系 具体表示出其形成时的热力学的演化过程的 轨迹 从近代的资料看 典型的埃达克岩系往往位 于近代年轻岛弧的边缘 以及中生代稍后的大陆边 缘及岛弧附近 20 主要有 Chile南部地区 E2 cuador Panama等地区 北美Mexico Cascade地区 Aleutian地区 包括Kamchatka Alaska地区 Japan Phillipine地区以及New Guinea地区等 相当 于岛弧型岩浆岩序列 从其化学属性上看 埃达克岩系属于次碱性火 山岩系 相当于TAS23a TAS23b 一般被认为是 董申保 田 伟 地学前缘 Earth Science Frontiers 2004 11 4 589 1994 2007 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 图4 杂化板片熔体的Mg 2SiO2图解 并与单纯板片熔体 埃达克质岛弧岩浆和高Mg安山岩对比 引自 19 中图 3 Fig 4 Plot of Mg vs SiO2for hybridized slab melts compared with the pristine slab melts adakite arc lavas and HMAs 钙碱性岩系 CA 型 但实际上 它们又与一般所认 为的弧型钙碱性火山岩系 BADR岩系 不同 以其 中的安山岩为例来说明 见表 1 表1 埃达克岩系与普通钙碱性岩系中的 安山岩的地球化学特征对比 Table 1 Comparison of geochemical characteristics of andesites from adakitic series and normal calc2alkaline series 部分化学特征 岩石类型 富Mg质安山岩 HMA 低Mg 安山岩 普通钙碱性 安山岩 TAS分类 TAS23a TAS23bTAS23a TAS23bTAS23a 1 4 2 21 71 7 2 2 w MgO 5 0 8 02 52 4 5 7 3 4 w Na 2O 3 2 3 74 43 6 3 8 Mg 0 62 0 710 480 46 0 62 w FeO 3 w MgO 0 9 1 11 71 4 2 0 w Ni 10 6 150 2033917 91 w Cr 10 6 4515456 资料 来 源 富Mg质 安 山 岩 HMA Kay 1978 2 和Tatsumi 1981 13 低Mg 安山岩 Drummond 1996 4 钙碱性安山岩 Tatsumi 1981 13 TAS分 类 参 见 董 申 保 2003 21 w K 2O w Na 2O 2 w SiO 2 43 3 2 埃达克岩系的分类 将几个地区的埃达克岩系与相应实验数据对 照 以Rapp的Mg 2SiO2 图解为其成因分类的依据 见图4 将埃达克岩系列初步划分如下 1 高Mg埃达克岩系 HMAs 这一类型可以W Aleutian区的Adak型和Piip型为代表 日本Setouchi 带的Sanukitoids亦属此例 它们的叙述见前 Piip 型和Sanukitoid一般可认为是低压下的杂化熔液型 或地幔的重熔型 在Mg 2SiO2 图解 见图 4 上其w SiO 2 52 62 Mg 0 65 0 80 2 高Mg 埃达克岩系 high Mg adakitic se2 ries 相当于杂化板片溶液型 少量俯冲板块 榴辉 岩相 熔液在含水情况下与地幔发生不同形式的 AFC作用 产生一系列的埃达克岩系 其中幔源组分 的加入是明显的 同时又基本保持了原有熔浆的不 相容元素分布型式 重要岩系有 南部Chile地区 Patagonia带 包括Cerro Pampa2Cook Isle 岩系为含 角闪石的安山岩 英安岩系 w SiO 2 58 63 属TAS23a TAS23b 1 5 2 4 w Na 2O 3 6 Mg 0 51 0 68 w FeO 3 w MgO 0 8 1 9 w Ni 43 76 10 6 w Cr 85 97 10 6 相当于N2MORB的重熔 并有一定的幔源组 590 董申保 田 伟 地学前缘 Earth Science Frontiers 2004 11 4 1994 2007 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 分的混染 22 南部Chile地区Ecuador NVZ An2 des Pichincha 火山岩系 属Mg质安山岩2Mg质英 安岩 w SiO 2 57 65 属TAS23b w Na 2O 3 2 4 2 w K 2O 1 2 1 8 Mg 0 48 0 60 w FeO 3 w MgO 1 2 2 0 w Ni 82 25 10 6 w Cr 265 48 10 6 这类岩系 均具有高Sr Y比值 高La Yb比值及较高的I Sr 和N 206Pb N 204 Pb 值特征 其形成是由于10 的俯 冲板块熔液与亏损地幔橄榄岩的交代作用 23 多出 现于火山构造中 形成环境为低压型 在Mg 2SiO2 图上其大致区间为 w SiO 2 52 70 Mg 0 45 0 60 3 低Mg 埃达克岩系 low Mg adakitic series 相当于俯冲板块 榴辉岩相 重熔 或称埃达克型熔 浆 3 与地幔的相互作用仅有轻微影响 以Pana2 ma的El Valle火山岩系为例说明 El Valle火山岩系可分为两个类型 都由安山岩 英安岩 流纹英安岩所组成 早期类型年龄为5 10 Ma 由含二辉石及斜长石斑晶的隐晶质火山岩所 组成 具二辉石具带状微细结构 w SiO 2 56 67 属TAS23a TAS23b w Na 2O 3 3 4 5 w MgO 0 8 3 8 Mg 0 37 0 54 w FeO 3 w MgO 1 5 3 1 w Ni 8 38 10 6 w Cr 44 80 10 6 属于地幔楔中的玄 武岩的结晶分异 有一定的同化现象 属中间型 接 近高Mg 埃达克岩系 晚期阶段年龄小于1 55 Ma 由含有角闪石 斜 长石斑晶的隐晶质火山岩系所组成 w SiO 2 56 67 属TAS23a TAS23b w MgO 0 25 1 1 Mg 0 14 0 46 相当于俯冲板块 榴辉岩 相 的重熔 属低Mg 埃达克岩系 24 在Mg 2SiO2 图上大致区间为 w SiO 2 52 73 Mg 0 25 0 40 从成因看 高Mg埃达克岩系 HMA型 成因主 体为地幔重熔 低Mg 埃达克岩型则为俯冲板块 榴辉岩相 重熔 高Mg 埃达克岩型为两者的中间 类型 既以俯冲板块重熔为主 地幔物质的加入又具 有重要地位 在一个地区中 上述类型往往可呈现 相互间连续变化现象 有时它们还可以和典型的钙 碱性火山岩呈渐变关系 如Aleutian岛弧地区 4 埃达克岩定义向太古宙扩展的问题 20世纪70年代以来 英云闪长岩 淡色英云闪 长岩 花岗闪长岩 TTG 特别是太古宙TTG研究有 明显发展 成为壳 幔相互作用研究的重要方面 一 般认为其成因与镁铁质地壳重熔有关 是斜长角闪 岩 石榴石斜长角闪岩和榴辉岩在不同含水情况下 部分重熔的产物 温度约在750 1 000 压力可 达到2 GPa以上 熔液成分随压力的升高而加大 残 留的矿物主要是石榴石和角闪石 15 16 25 大多数情 况下 它们代表着强分异作用 w La w Yb 30 50 YbN 1 10 在各种不同源岩和不同温 压条件 的实验 26 下 对照各个地区的TTG岩石 矿物数据 在热力学的内部一致条件下 结合实际的地质环境 做出了多种有关TTG成因的推理 并有学者进一步 讨论太古宙TTG和近代TTG在大地构造型式上的 异同 以及壳 幔动力学体制的变化 20 27 28 在这些研究中 埃达克岩也介入其中 主要是把 俯冲板块重熔的熔浆和镁铁质地壳的重熔岩浆看成 是同一类型 并在这一基础上对太古宙的大地构造 类型加以引申 Drummond 1996 的论文 4 中 认为 俯冲板块重熔的岩浆相当于英云闪长岩浆 称之为 TTD 淡色英云闪长岩 英云闪长岩 英安岩系 并 根据岩石和地球化学标志认为现代的TTD类岩系 与太古宙TTG的构造型式和岩浆成因过程是相同 的 这一观点 在旧有的太古宙和近代的英云闪长 岩的成因之争中 引发了新的论争 4 20 26 28 29 其焦 点主要集中于太古宙加厚地壳的形成与近代板块俯 冲机制能否划等号 将太古宙TTG岩石的主元素与斜长角闪岩或 榴辉岩熔融的实验进行对比发现 实验所得熔液中 的FeO 3 量大致与实际TTG岩系相等 但熔液中的 MgO则较实际TTG减少了约30 Rapp等 15 认为 是太古宙拉斑玄武岩源岩MgO较高所致 由此引出 了太古宙TTG所对应的原始标志特征问题 太古宙TTG系列可分为两类 即太古宙灰色片 麻岩类和太古宙绿岩带TTG类 一般情况下绿岩 带中的Mg 大于厚层地壳内的太古宙英云片麻岩 系 两者与原始标志有关的Mg 的基本轮廓 30 如 下 灰色片麻岩类的代表N Atlantic片麻岩类的特 征为 当w SiO 2 约65 时 w MgO 1 1 2 4 Mg 0 50 0 39 0 48 当w SiO 2 约70 时 w MgO 0 4 1 5 Mg 0 50 当w SiO 2 约70 时 董申保 田 伟 地学前缘 Earth Science Frontiers 2004 11 4 591 1994 2007 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved w MgO 0 7 1 2 Mg 0 50 0 38 0 50 25 太古宙TTG的源岩很多是来自太古宙的火山 岩系 特别是镁铁质火山岩中的科马提岩和玄武质 科马提岩 这类镁铁质火山岩既是太古宙中火山岩 系中的一类特别标志 在绿岩带中又代表着一类特 殊的大地构造环境 与近代的幔源有差别 加拿大 Abitibi区的科马提岩 玄武质安山岩系的地球化学 数据及其相应的与太古宙TTG有关的花岗质岩系 中的Mg 可作为例证 见表 2 对于与绿岩带有 关的高Mg的TTG类成因 Stern等 1991 认为太古 宙高Mg花岗闪长岩 高Mg二长岩系是富集LILE 的地幔橄榄岩在1 1 5 GPa下的重熔产物 17 这 与一般的TTG相当于玄武岩成分重熔产物的认识 不同 但绿岩带中高Mg花岗质岩石的高Mg 确实 需要其源岩具有比玄武岩更高的Mg 25 显示其可 能与高Mg埃达克岩的成因有相似之处 但与低 Mg 埃达克岩并无明显联系 关于太古宙绿岩带形成时的大地构造环境 长 期以来存在不同见解 包括地幔羽学说 31 板块俯 冲学说和地幔羽 岛弧相互作用学说 32 这些学说 的具体内容尚待进一步深化 但由科马提岩限定的 太古宙地幔温度来看 要比近代得出的长期地幔冷 却温度高出300 400 33 这种古今不一致的长 期进程变化需要有更明确材料来验证 考虑上述因 素 埃达克岩系与太古宙TTG的对比仍需进一步验 证 5 总结 埃达克岩是一类岛弧型岩浆岩 是具有明确岩 相学 岩石成因及大地构造环境的岩石 它主要为 具原生特征的Mg质安山岩 源岩为俯冲板块和上 覆地幔 并由两者相互作用形成的杂化熔液 经结 晶分异形成不同的埃达克岩系列 它们可以作为地 壳形成过程中 地壳与地幔相互作用的一种见证 埃达克岩系的确定有赖于岩石 矿物和化学组 合对应于实验的一致性 热力学内部的一致性 分析 来评价它们之间的成因联系 并在此基础上结合地 质实际环境及有关推理来推断其具体的动力学环 境 在评价热力学的一致性时需要在热力学原理指 引的基础上 综合地找出它们之间的地球化学判据 不应单一地用某类元素作为判别标志而不计其余 表2 高Mg闪长岩 高Mg安山岩和埃达克岩 包括杂化埃达克岩 的代表性地球化学特征 Table 2 Geochemical characteristics of high2Mg diorite high2Mg andesite and adakite include hybridized adakite 化学成分 及参数 SuperiorSuperiorSetouchiPiip2typeAdak2typeAdakiteAdakitekomatiitekomatiitic basalt Av 1 Av 2 TGI26 35G5A V3841Y2 Av 1 Av 2 Av Av wB SiO256 0757 6357 725859 767 7263 8948 8551 38 Al2O314 8816 3214 7817 1915 4316 4417 46 689 00 FeO37 886 346 075 333 752 724 6810 5110 44 MgO6 854 618 956 384 761 062 4724 1315 00 CaO7 656 396 317 127 483 715 237 9210 15 Na2O4 045 252 623 53 694 384 40 112 21 K2O2 232 021 360 962 082 271 520 040 02 Mg 635974707244498072 wB 10 6 Ba1 214 3 031873201 087485918 Rb6034601913433010 Sr1 2291 3712 3513842 3661 1238691353 Y 1115118 159 58 011 6 Nb 201 138 30 80 9 Cr3521505132621619542 3972 867 Ni154551811271263391 103821 La Yb N 30 75 52 932 342 612 70 60 6 11个高Mg闪长岩 4个高Mg闪长岩 w SiO 2 61 典型的中新世Sanukite 典型的Piip型高Mg安山岩 典型的埃达克 型高Mg安山岩 Defant的5个埃达克岩的平均值 Drummond的140个埃达克岩的平均值 以上详细说明见Smithies 2003 34 的表1 太古宙绿岩带中的5个科马提岩平均值 太古宙绿岩带中的3个科马提质玄武岩平均值 详见Fan 1997 35 的表 3 Av 指多 个样品平均值 其它指样号 592 董申保 田 伟 地学前缘 Earth Science Frontiers 2004 11 4 1994 2007 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 岩相学是其中的主线 必须加以认真研究 埃达克岩系总体来说是镁铁质地壳和地幔的相 互作用 包含交代 同化 结晶分异作用等的地幔 AFC作用 尽管玄武质源岩的部分重熔起着重要作 用 但不应忽视地幔橄榄岩的加入 这一由地幔 AFC作用所形成的杂化熔液演化过程是比较复杂 的 地质成因中与地壳重循环有关的拆沉作用和板 块俯冲作用的实验和形成机理的研究目前仍处于初 步阶段 在讨论其形成时的地质成因时 切勿以偏概 全 切忌在缺少充足的地质依据时 以某些推论来概 括其全地质演化进程 References 参考文献 1 TOMKEIEFF S I Dictionary of Petrology M Indianapolis John Wiley the trace elements as high LILE and LREE low HFSE and HREE with high fractionated REE pattern and t