埃达克岩的特征、成因及其与成矿作用关系

第第页埃达克岩的特征、成因及其与成矿作用关系【摘要】本文总结了埃达克岩研究的进展，论述了埃达克岩的提出和原始定义，埃达克岩的分类和地球化学特征及其产生的原因，埃达克岩的成因和成因机制以及埃达克岩与金属矿产成矿作用的关系。最后提出了当前研究未解决的问题，为以后的研究提出了建议。

【关键词】埃达克岩；地球化学；特征；成因；成矿

Kay在美国阿留申群岛中的Adak岛发现了显生宙的板片熔融事件（（Kay，1978））和岛弧火山岩组合，但当时并没有引起足够的重视。而在20世纪90年代初期，Defant（Defant等，1990）将这种岩石组合称为埃达克岩（adakite），埃达克岩的概念提出以后引起了国际上同行的广泛关注。Defant等厘定出这种新的火成岩——埃达克岩，最先在美国阿留申群岛中的埃达克（Adak）岛发现这种岩石（Kay，1978）。与绝大多数来自于地幔楔（受俯冲大洋板片流体交代过）的火山弧火成岩不同，Defant等提出的埃达克岩，是指形成于火山弧环境、由俯冲的年轻（6%）；与正常的岛弧安山岩—英安岩—流纹岩相比，低重稀土元素和Y（如Y≤18×10-6?g/g，Yb≤1.9×10-6?g/g），高Sr（大多数>400×10-6?g/g），高场强元素（HFSEs）含量相似（王强等，2001）。

近十几年来，埃达克岩的研究取得了长足的进步，已经远远超出对埃达克岩本身的研究，与陆壳的生长、演化，地球动力学过程以及成矿作用等基础地质问题紧密联系在一起。根据埃达克岩的地球化学特征及推断的岩浆起源条件，结合俯冲带岩石圈物质结构、热结构及构造岩浆演化，埃达克岩可能起源于板块俯冲的初始阶段。因此，埃达克岩概念的提出与研究可能具有与蛇绿岩同等重要的意义（罗照华等，2002）。

1.埃达克岩的定义和基本特征

1.1埃达克岩的定义

Defant等（Defant等，1990）定义的埃达克岩是与年轻的大洋岩石圈俯冲作用有关的、地球化学特征比较特殊的岛弧安山岩、英安岩、流纹岩（以英安岩最常见）或英云闪长岩和奥长花岗岩，其化学成分与太古代高-Al奥长花岗岩-英云闪长岩-英安岩（高-AlTTD/TTG）很类似，突出的特征为较低的Yb（≤1.9?g/g）和Y（≤18L?g/g）含量和高的Sr/Y比值（>20-40）。当时这种岩石只在一些新生代岛弧火山岩中发现，因其首先发现于阿留申群岛的Adak岛上（Kay，1978），故Defant和Drummond（1990）将这种特殊的新生代岛弧高-AlTTD命名为adakite（埃达克岩）。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+角闪石±黑云母±辉石±不透明矿物。这样，埃达克岩从一开始命名就与构造环境挂上了钩。Defant等（Defant等，1990）和Drummond等（Drummond等，1996）坚持认为，只有岛弧环境下俯冲板片部分熔融形成的才是埃达克岩。因此，许多人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类型的中酸性岩浆岩可见埃达克岩不是指的某一种具体的岩石，而是具有特定地球化学性质的一套中酸性火成岩组合的术语（陈斌等，2002；葛小月等，2002；钱青等，2002）。张旗等（张旗等，2003）则认为岩石命名是一种描述性的表述，不应当与其成因及其形成的构造环境联系起来。把岩石定名与构造环境捆绑在一起的作法是不合适的（张旗等，2003），实际上，也没有任何一种岩石固定只形成在一种构造环境。当然，在一种新的岩石刚刚出现的时候，为了解释其成因，往往把它与某种环境相联系，例如埃达克岩的例子。其实，早在1978年Kay（Kay，1978）就发现了（Adak）岛的火山岩具有独特的地球化学特征，并认为可能与消减板片的熔融有关，但是没有引起广泛的注意。而当12年后Defant（Defant等，1990）重提这个问题，并根据新的地质和地球物理证据给予了恰当而令人信服的解释之后，才使埃达克岩在短期内风靡全球（张旗等，2003）。在1990年Defant的文章发表之后，随着科学的发展，新的实例不断补充，人们的认识不断的深化，对原先的定义进行修正和补充，埃达克岩的概念不断地被扩展，“扩大化”是必然的，是科学发展和进步的表现。“回到埃达克岩原始定义上去”的提法并不合适，我们不应当局限于早先的认识，连一直坚持埃达克岩只形成在岛弧环境的Defant（Defant等，1990）也不再坚持了（Defant等，2002；Defant，2002），他认为，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，而没有特定的构造含义。也就是说“埃达克质岩”的含义更广，包含了所有具有上述地球化学特征但可能形成不同构造背景并有不同成因的岩浆岩，甚至包括了经典的“埃达克岩”（王强等，2008）。因此现在所说的埃达克岩不仅仅是指Defant等（Defant等，1990）提出的产生于那种特殊的构造环境的岩石，还包括概念扩大化后的具有埃达克岩地球化学特征的那些岩石。

1.2埃达克岩的地球化学特征

1.3埃达克岩地球化学特征的成因分析

（1）高SiO2高Al2O3。可能反映榴辉岩或角闪岩在高压下的部分熔融（Castillo，2006）。

（2）高HREE底LREE。LREE富集而HREE相对亏损，可能反映其形成的源区含有石榴石，石榴石优先富集HREE，造成埃达克岩的HREE相对亏损（王强等，2001）。

（3）Eu和Sr正异常。Sr和Eu在斜长石中的分配系数远远高于其它矿物，埃达克岩源区残留相中缺少斜长石，是产生Sr和Eu正异常的主要原因。此外，角闪石、单斜辉石和石榴石常具有Eu负异常，它们的分离结晶也可以使熔浆产生Eu正异常。但是，埃达克岩的Eu含量还可能受到斜长石的分离结晶、MORB源区Eu的亏损以及蚀变作用等因素的影响（Drummond，1990；Saunders）。

（4）Y的亏损及高Sr/Y、La/Yb比值。可能反映埃达克岩源区部分熔融的残留相为榴辉岩或石榴石角闪岩（Drummond，1990；Defant等，1993）。在角闪石、石榴石和单斜辉石中，Sr的分配系数很小（分别为0.058，0.015和0.2），而Y的分配系数较高（分别为3.2、12.5和2.0），因此，熔融残留相中存在上述矿物将导致埃达克岩岩浆亏损Y和HREE并具高Sr/Y和La/Yb比值（Drummond，1990）。

（5）Nb的亏损。PearceandNorry发现，角闪石在与含60%～70%SiO2的熔浆处于平衡状态时，具有强烈亲Nb（分配系数为2～5）的特点（Pearce，1979）。埃达克岩中Nb亏损可能与角闪石的分离有关，也可能与俯冲板片中存在难熔的含Ti矿物相有关。此外，典型岛弧火山岩的Nb、Zr、Ti、P等高场强元素均亏损，而埃达克岩除了Nb明显亏损外，Zr、Ti、P的亏损并不明显。Tatsumi等认为，俯冲洋壳脱水形成的流体富含LILE，但不携带HFSE，因此，可形成HFSE亏损的岛弧岩浆，而俯冲洋壳熔融形成的熔体则携带HFSE（Tatsumi等，1986）。

（6）较低的K/Rb比值。K和Rb都为高度不相容元素，在多数造岩矿物（如橄榄石、辉石、石榴石等）中分配系数差别很小，但K在角闪石中的分配系数较Rb高，角闪石的分离可能导致埃达克岩具有低-中等的K/Rb比值（Saunders，1984）。

（7）高MgO、Ni和Cr。很多埃达克岩具有高MgO、Ni和Cr含量的特点，表明俯冲板片的熔融产物与地幔橄榄岩之间发生了反应（Kay，1978；Martin；1999）。以阿根廷CerroPampa火山的安山岩和英安岩为例，其FeO/MgO比值低（0.9-1.3），Cr和Ni含量高，分别达到85×10-6?g/g和43×10-6?g/g以上（Kay，1993）。

（8）Y/Yb比值。N-MORB和E-MORB的Y/Yb比值约为10，与球粒陨石基本相同；其它类型的玄武岩（无论是在板内环境还是与俯冲有关），一般LREE均相对于HREE富集，因此Y/Yb比值大于10。由于埃达克岩岩浆形成过程中，石榴石起着关键作用，而HREE（尤其是Yb、Lu）在石榴石中的分配系数最大，因此埃达克岩的Y/Yb，比值一般大于10（有的接近20）。然而，如果岩浆形成过程中角闪石也同时作为一个重要的矿物相，则Y/Yb比值将接近10，因为在REE中，HREE中部的元素（Dy、Ho）在角闪石中分配系数最高（钱青，2001）。如果报道的Y/Yb比值小于10，则应该怀疑数据分析的质量，可以通过Y/Ho比值对数据分析质量进行检验。Y和Ho的离子半径和电价（+3）相同，因此，除了水热流体的作用之外，Y/Ho比值在多数地质作用如部分熔融和结晶分离条件下不会发生明显改变，绝大多数岩石（包括金伯利岩和花岗岩）与球粒陨石有相同的Y/Ho比值（平均为28）。

（9）高143Nd/144Nd、低87Sr/86Sr、低206Pb/204Pb。埃达克岩的87Sr/86Sr约为0.7028，143Nd/144Nd=0.5135，206Pb/204Pb=17.9，N-MORB的地球化学特征为43Nd/144Nd=0.51313、87Sr/86Sr=0.70264、206Pb/204Pb=18.3，这些特征使其具有N-MORB的特征。

虽然可以用地球化学特征来判断岩石形成的源区和特点，但其地球化学特征并不能反映一个特定的构造环境，如果没有放射性成因同位素数据、详细野外观察和地球物理的证据，单用地球化学特征来判断岩石形成的构造环境就可能会出错。

2.埃达克岩的分类

王强等（王强等；2001）将埃达克岩分为Ⅰ类埃达克岩和Ⅱ类埃达克岩。Ⅰ类埃达克岩由俯冲板片熔融形成的埃达克岩，国外发现的Ⅰ类埃达克岩主要分布于环太平洋周围的现代火山弧中；其地球化学特征与经典型的埃达克岩相同，岩石组合一般为中酸性岩，但可与高Nd或富Nd玄武岩共生，物质来源不是单纯的玄武质洋壳（王强等，2001）。Ⅱ类埃达克岩玄武质下地壳熔融形成的埃达克岩（Ⅱ类埃达克岩），Gromet等（Gromet等，1987）认为轻重稀土分异明显且重稀土元素（HREE）强烈亏损的北美西部的半岛山脉（PeninsularRanges）中酸性侵入岩可能由底侵（underplating）的玄武质下地壳岩石在榴辉岩相的条件下熔融形成。这种分类是按照埃达克岩形成的构造环境分的。

张旗等（张旗等，2001）埃达克岩分为O型埃达克岩和C型埃达克岩，分别与王强等（王强等，2001）划分的Ⅰ类埃达克岩和Ⅱ类埃达克岩相当。张旗等（张旗等，2004）又将埃达克岩分（1）典型的埃达克岩（2）高镁埃达克岩（3）TTG岩套（4）高钾钙碱性埃达克岩（5）高钾和镁的埃达克岩（6）钾质埃达克岩六类。他根据埃达克岩的Na2O/K2O比值、Sr-Nd同位素特征和产出位置把埃达克岩分为O型（Na2O/K2O>2，产于洋内）和C型（Na2O/K2O1或>1，产于陆内），似乎O型代表典型的与板片俯冲有关的埃达克岩，而C型为大陆下地壳熔融形成的。C型埃达克岩产于加厚陆壳的底部，而O型埃达克岩并非统统产于板块消减带环境，典型的埃达克岩（第1类）和高镁埃达克岩（第2类）与板块俯冲有关，但TTG第5类则不然，TTG是O型的，它很可能是加厚下地壳部分熔融形成的。同样，显生宙产于陆壳底部的埃达克岩也可以具有O型埃达克岩的地球化学特征，如西天山阿吾拉勒、辽西以及安徽沙溪的埃达克岩；看来O型和C型埃达克岩并没有固定的构造含义，而主要受源区物质组成的制约，只要源岩为低钾拉斑玄武岩，所熔出的岩浆即具有明显低钾富钠的特征（张旗等，2004）。

笔者认为埃达克岩本身是一个岩石组合，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。因此笔者认为王强等（王强等；2001）对埃达克岩的划分可能更为合理。

3.埃达克岩的成因和构造环境

近些年来关于埃达克岩的成因模式有多种。本文按照经典的分类方法将埃达克岩分为Ⅰ类埃达克岩（相当于O型埃达克岩）和Ⅱ类埃达克岩（相当于C型埃达克岩）分别阐述。

3.1Ⅰ类埃达克岩（O型埃达克岩）

在俯冲作用初期，即大洋板片的俯冲量不超过200km时，才能发生板片的部分熔融，而当大洋板片的俯冲量超过200km时，不可能发生板片熔融（图2）。并且这种熔融事件发生在火山弧下接近75-85km深度（相当于角闪岩-榴辉岩过渡带）（Figueroa等，2009），而正常的岛弧火山岩岩浆则形成于120-150km。因此，俯冲环境火山弧下75-85km处俯冲板片发生部分熔融形成了Ⅰ类埃达克岩（或O型埃达克岩）岩浆。这种形成模式具体包括（1）年轻的（<25Ma）、热的俯冲板片的部分熔融（Defant等，1990；Peacock，1990；Defant等，1993，Figueroa，2009），（2）老的洋壳在俯冲开始阶段发生部分熔融（Peacock，1990），（3）已经消亡的俯冲板片（Peacock，1990）的部分熔融，（4）俯冲角度平缓（flatsubduction）的洋壳部分熔融（Defent，2001）。这些模式的共同特点是都有洋壳的俯冲，洋壳或部分熔融，或与下地壳发生反应，比如同化混染（Figueroa等，2009），产生埃达克质岩浆。

实验岩石学表明，玄武质角闪岩在1.5-2.0GPa，850-1150℃下熔融形成与埃达克岩成分相似的熔浆，但熔浆的MgO、CaO偏低（Sen，1994），说明埃达克岩岩浆与地幔之间存在反应。与埃达克岩伴生的富Nb玄武岩，是受埃达克岩熔浆交代的地幔楔再发生部分熔融的产物。Schiano等在菲律宾Batan岛钙碱性熔岩的超基性岩包体中，发现橄榄石晶体含有埃达克岩的玻璃质包裹体，证明埃达克岩岩浆与地幔岩之间存在反应（Schiano，1995）。

3.2Ⅱ类埃达克岩（C型埃达克岩）

4.埃达克岩与成矿作用

Thieblemont等（Thieblemont等，1997）统计了全球43个Au、Ag、Cu、Mo低温热液和斑岩矿床，发现其中38个与埃达克岩有关。Sajona等（Sajona等，1998）研究了菲律宾的斑岩铜矿和低温热液矿床，发现14个矿床中有12个与埃达克岩有关。因此，他们得出结论：在全球规模上，多数埃达克岩省也是重要的成矿省（美国西部、智利、巴布亚新几内亚）；在地区规模上，多数矿床的主岩即埃达克岩；在矿区规模上，当埃达克岩与非埃达克岩共存时，成矿主要与埃达克岩有关。Cu-Au-Mo-Ag-Fe矿化与埃达克岩的密切共生关系使得一些学者提出，埃达克岩可以用于铜金勘探（张旗等，2004；王强等；2008），Defant等（Defant等，2002）指出，埃达克岩可以作为找矿标志来使用，埃达克岩找Au、Cu堪与金伯利岩找金刚石媲美这充分表明了埃达克岩在成矿作用中的重要性。

与埃达克岩有关的金属矿床在全球广泛分布，尤其以环太平洋地区分布最广，且很多都是大型-超大型-最大型矿床。世界上最大的三个斑岩Cu（-Mo-Au）矿床—智利的ElTeniente，Chuquicamata，RíoBlanco-LosBronces矿床的铜储量分别达到94×106，66×106和57×106吨，都位于环太平洋岛弧带，都与新生代俯冲洋壳熔融形成的埃达克斑岩密切共生（Thielemontetal，1997；Cookeetal，2005）。我国与埃达克斑岩密切共生的Cu-Mo-Au-Fe矿床主要位于三大成矿域：环太平洋的中国东部、青藏高原及周边、中亚造山带。同世界上的一些超大—最大型矿床相比，中国的斑岩铜矿床则小得多，如中国最大的四个斑岩Cu（-Mo-Au）矿床——德兴、土屋-延东、驱龙与玉龙的铜储量分别为8.3×106，7.74×106，7.05×106和6.22×106吨，但都与埃达克斑岩密切共生（如，Hou等，2004；Jiang等，2006；Wang等，2006；Zhang等，2006）。近年来，在我国新疆新发现的土屋-延东，藏南的甲马、厅宫、冲江等，以及云南的普郎铜矿等都与埃达克岩密切共生。尽管这些与金属矿化密切相关的埃达克岩的成因还存在激烈的争论（RichardsandKerrich，2007），但是Cu-Mo-Au-Fe矿化与埃达克岩共生的现象、埃达克岩成矿潜力值得关注（王强等，2007；王强等，2008）。

与埃达克岩有关的金属矿床成矿的环境：

（1）岛弧背景埃达克岩的成矿：几乎所有环太平洋地区新生代的斑岩Cu（-Mo-Au）矿床都产出在岛弧环境，且那些与埃达克岩共生金属矿床的形成主要可能与俯冲板片的熔融有关。

（2）大陆板内伸展背景：国际上报道的产于陆内伸展背景中且与埃达克岩密切共生的Cu-Mo-Au矿床并不是很多（Ishiharaetal，2005；Pinto-Linaresetal，2008）。国内开展埃达克岩与金属矿化关系研究的一个典型地区是扬子地块东部，该区燕山期埃达克岩及共生的Cu-Mo-Au-Fe矿床可能形成于板内伸展的背景中（王强等，2008）。

（3）大陆活动碰撞造山带：青藏高原是世界上最大、最高的高原，也是陆-陆碰撞形成的最典型的碰撞造山带。主要发育了两期埃达克岩与这些岩石对应，青藏高原Cu-Mo-Au矿床形成时代也主要在这两个时期（Hou等，2006），并且大多数与埃达克岩共生（王强等，2008）。

埃达克岩有利于成矿的原因：埃达克岩的形成需要很高的温度（850-1150℃）和压力（1.0-4.0GPa），还需要水的参加，而上述条件也有利于某些在地幔和基性岩中丰度高的元素萃取出来（张旗）流体在金属矿床的形成过程中具有重要的作用。在Defant等（1990）提出的埃达克岩形成模式中，为什么将埃达克岩的形成确定在洋壳俯冲达到角闪岩相与榴辉岩相转变界面的附近？就是因为角闪石消失时将释放出大量的水，从而降低MORB熔融的固相线温度，从而有利于形成埃达克质岩浆，这些流体（水）不仅对产生埃达克质岩浆有利，而且对金属的富集也非常有利。熊小林等总结了埃达克岩利于成矿的4个因素（熊小林等，2001）：（1）洋壳。洋壳作为埃达克岩的源区含有丰富的矿质和挥发份（2）角闪石的分解作用（3）氧逸度。高氧逸度条件是埃达克岩浆Cu、Au成矿的关键制约因素（4）挥发份。总之，埃达克质岩浆是玄武质岩石在高压、高温和含水条件下熔融形成的，上述条件也有利于Cu、Au、Mo等元素溶解进入熔体。

5.埃达克岩研究中存在的问题

埃达克岩的研究正处于方兴未艾的阶段，经过近10年来的努力取得了很多成绩，文章发表了不少，但是并没有取得突破性进展，还有很多问题没有解决。当前未解决问题包括埃达克岩定义和分类的争议，两类埃达克岩的形成环境和机制，Ⅱ类埃达克岩（或C型埃达克岩）是否都是来自加厚的下地壳，埃达克岩与拆沉作用的关系等等一系列问题。因此今后要从野外出发，结合现代分析测试技术和方法，不断开拓进取，推动埃达克岩的更深入研究。

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