埃達克巖成因研究進展概述

田 濤，萬麗娟，劉 瑤

(成都理工大學地球科學學院，成都 四川 610059)

引 言

埃達克巖是美國地質學者Defant和Drummond在研究阿留申島弧火山鏈西部的埃達克島時發(fā)現(xiàn)了一類有著特殊地球化學特點巖石(Defant，1990)，最初定義中確切的提出埃達克巖是俯沖的洋殼板片部分熔融的產(chǎn)物。這類巖石在提出后二十余年間引起了其他研究者們的廣泛興趣。在產(chǎn)生的系列研究成果中，對于埃達克巖認識的不同觀點也逐漸顯現(xiàn)出來，比如在埃達克巖形成的年齡和構造環(huán)境，埃達克巖分類，埃達克巖成因，埃達克巖和太古代TTG雜巖、贊岐巖的聯(lián)系等方面產(chǎn)生了很多分歧。

埃達克巖之所以存在諸多爭議，主要是下面幾個原因：①埃達克巖定義相當寬泛，并主要依化學特征(Defant，1990)，其礦物學和巖石學特征不固定，這就增加了與有著相對固定的巖相學特征的其他巖石區(qū)分的難度。②將含水體系下玄武巖的高壓熔融實驗結果作為板塊熔融存在的確鑿證據(jù)。現(xiàn)有的研究證實，地球化學特征似乎并不能反映特定的構造環(huán)境[3]。③存在有與板塊熔融無關的埃達克巖，這些年來在全球范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了許多特殊巖石[4]，這些巖石與板塊熔融有關的埃達克巖地球化學特征相似，它們出現(xiàn)在地質歷史上沒有板塊俯沖或者匯聚的構造環(huán)境中。當然，還存在其他方面的討論，比如埃達克巖與華北克拉通破壞以及地殼減薄方面的研究[2]。

1 埃達克巖的提出

埃達克巖提出之初指的是Aleutian火山巖系中一類少見的Mg質安山巖類，Kay[3]認為，俯沖的玄武質板塊經(jīng)部分重熔會生成含水英安質熔液，這種巖漿富含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；含揮發(fā)組分熔液(4%)上升并和上覆虧損LILE的高溫地幔楔橄欖巖(約96%)相互作用，在H2O不飽和狀態(tài)下與虧損橄欖巖中橄欖石和斜方輝石處于平衡，并進一步演化產(chǎn)生巖漿，噴發(fā)形成安山巖。這種由英安質熔液與橄欖石反應生成的安山巖稱為埃達克巖[1，3]。

Defant 和Drummond[1]在Kay[3]的研究基礎上，把埃達克巖定義如下：它是新生代年輕的(≤25Ma)與俯沖弧有關的洋殼(榴輝巖相)重熔形成的火山巖或深成巖。這些巖石具有以下特征：SiO2≥56%，Al2O3≥15%(很少低于這個值)，通常MgO<3%(很少高于6%)，同島弧安山巖—英安巖—流紋巖系列

(ADRs)相比，Y(≤18ug/g)和HREE(Yb≤1.9ug/g)，Sr含量很高(≥400ug/g)，并且87Sr/86Sr通常小于0.7040。

2 埃達克巖的成因觀點

自埃達克巖的概念提出以來，對于埃達克巖成因的研究從未間斷過，總的來說有以下幾種觀點：俯沖大洋板塊的部分熔融[5，6]；增厚的下地殼部分熔融[7，8]；玄武質母巖漿的分異[4，10]；還有玄武質巖漿與陸殼混染及巖漿混合成因見解[11，12]等。

2.1 俯沖玄武質洋殼的熔融

實驗巖石學研究表明，水飽和熔融或角閃石脫水熔融可產(chǎn)生埃達克巖熔體[13]。最初Defant和Drummond[1]認為，只有在年輕(<25Ma)熱的玄武質洋殼熱的俯沖板片在75km～80km深處(相當于角閃巖N榴輝巖過渡帶)發(fā)生部分熔融形成俯沖時才能產(chǎn)生，因為小于25Ma的洋殼的熱流值為2.8～8，而老于25Ma年的洋殼的熱流值則相對穩(wěn)定在1～2.5之間，有可能只有熱流值大于2.8的俯沖洋殼才可能在俯沖過程中產(chǎn)生埃達克巖漿，以及他們發(fā)現(xiàn)埃達克巖的地質構造環(huán)境就是俯沖的島弧環(huán)境(圖1)。

圖1 埃達克巖漿形成示意簡圖[1]

隨著實驗巖石學和實地地質環(huán)境研究的不斷深入，板塊熔融形成原生的埃達克巖[1]的觀點已經(jīng)逐漸發(fā)展為埃達克巖的形成有地幔橄欖巖直接或是間接的參與。阿留申群島西部的一些鎂質安山巖具有高Sr 含量和高La/Yb 比值[14]，這兩個數(shù)據(jù)一般是板塊熔融的證據(jù)，而中等MgO和高Ni，Cr 含量似乎又顯示出原始的成分特征。因此有些學者認為這類埃達克巖是俯沖板塊與地幔橄欖巖相平衡的產(chǎn)物。近期的一項研究表明有一種原始鎂質安山巖，它被認為是經(jīng)過原生板塊熔體交代的地幔橄欖巖熔融作用的產(chǎn)物[15]。

2.2 增厚的下地殼部分熔融和拆沉下地殼熔融

還存在許多埃達克巖，它們具有與俯沖成因的埃達克巖有著相似的地球化學特征(如表2)，但并不是板塊熔融的產(chǎn)物。這些巖石有可能的成因是增厚的下地殼部分熔融[8]，鎂鐵質下地殼在石榴石為穩(wěn)定相或殘留相的條件下熔融形成埃達克巖也得到了高壓下玄武巖熔融實驗的支持。這種埃達克巖也可能是與地幔橄欖巖發(fā)生了平衡或是反應的產(chǎn)物。地殼熔融產(chǎn)生的熔體里面MgO含量不高，卻發(fā)現(xiàn)了部分源于地殼的埃達克巖表現(xiàn)出高得MgO含量，鎂含量更高的埃達克巖被一些學者認為是源于拆沉下地殼熔融的產(chǎn)物，當榴輝巖+巖石圈地幔密度超過軟流圈地幔密度時，就可能引起下地殼和巖石圈地幔拆沉。拆沉下地殼熔融產(chǎn)生的埃達克巖漿在上升過程中與地幔橄欖巖發(fā)生了反應，導致熔體的MgO和相容元素(Cr，Ni)含量增高。

圖2 有關在中國報道的埃達克巖的87Sr/86Sr-143Nd/144Nd圖[17]

近幾年在包括中國在內(nèi)的全球范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了很多增厚下地殼部分熔融和拆沉作用的成因的埃達克巖[7，8]。再者，Sr和Nd同位素比值以及埃達克巖形成時的大地構造背景和其他地球物理證據(jù)(圖2)，它們可以反映其巖漿源區(qū)的成分特征。中國東部埃達克巖的同位素比值雖與大陸地殼不完全等同但非常相似，并與俯沖板塊洋殼熔融形成的埃達克巖的同位素組成差異頗大。如圖2所顯示，其他地方報道的埃達克巖，其主要源于俯沖板塊洋殼熔融，具有與洋殼類似的Sr和Nd同位素成分特點。這些證據(jù)證明了中國的大部分埃達克巖的形成與島弧環(huán)境關系不大[8]。

2.3 玄武質母巖漿的分異

在菲律賓南部Camiguin島上發(fā)現(xiàn)的埃達克巖呈玄武巖、玄武安山巖的夾層產(chǎn)出，偶爾與流紋巖共生[10]，根據(jù)其地球化學特征認為是板塊熔融的產(chǎn)物。在之前的很多研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，板塊熔融的埃達克巖很少與玄武巖和玄武安山巖共生。埃達克巖主要是與富Nb玄武巖或是與堿性系列的玄武巖共生，伴有強烈的富集LILE[1，5]，所以板塊熔融成因模式很難解釋這類埃達克巖的成因。在Camiguin島上不同熔巖流之間密切時空分布以及熔巖統(tǒng)一的地球化學和同位素的特點清楚的表明它們的形成與巖漿的結晶分異以及混合有關[9]。

菲律賓Surigao半島上先前被Sajona等人[4，10]報道的埃達克巖并不是板塊熔融的產(chǎn)物。這些埃達克巖的巖漿演化更像是上地幔頂部條件下初始島弧巖漿高壓結晶分異的產(chǎn)物。結合大地構造方面的證據(jù)，Surigao半島的埃達克巖很可能是來自交代地幔楔的原始島弧玄武巖漿進入下地殼形成了巖漿房，并在高壓下結晶分異的產(chǎn)物。另外也有可能這些埃達克質巖是幔源巖漿在高壓巖漿房內(nèi)結晶演化的直接結果[16]。

3 討 論

埃達克巖的深入研究豐富了我們對于大洋板塊俯沖進入地幔之后的變化和此后在匯聚板塊邊緣地殼物質以及陸內(nèi)地殼物質循環(huán)過程的理解。在研究埃達克巖時，就不可避免的涉及到這類巖石的成因問題，許多學者提出多種成因模型的同時，也帶來了埃達克巖命名上的混亂。Defant[18]在2002年指出，adakite只是一個一般意義上的巖石術語，指的是具有adakite地球化學特征的那些巖石。巖石的命名是一種描述手段，不應該和成因以及構造環(huán)境捆綁在一起?，F(xiàn)在地球上發(fā)現(xiàn)的巖石也沒有哪種只固定形成于一種特定成因和構造環(huán)境。

對于埃達克巖成因分歧的討論是具有積極意義的，這幾個成因模型均建立在詳細的野外調(diào)查、大地構造考慮、全面的地球化學和同位素分析以及嚴格的地球化學模擬基礎上，目前并沒有哪種成因模型可以解釋所有類型埃達克巖的形成。埃達克巖的研究同樣提供了一個研究花崗巖與壓力關系的新思路，將花崗巖的地球化學特征與源區(qū)熔融殘留相聯(lián)系起來。

高Mg埃達克巖含有地幔組分加入，可以是拆沉下地殼的熔體與地幔反應、殼幔巖漿混合、或者俯沖洋殼熔體與地幔反應，實驗巖石學方法鑒定這類埃達克巖確切屬于哪種成因比較困難。而低Mg埃達克巖由下地殼熔融產(chǎn)生，成因相對單一，可以提供下地殼源區(qū)巖石組成、巖漿產(chǎn)生溫度和壓力等信息。

近年來華北克拉通北緣發(fā)現(xiàn)了許多埃達克巖，有些學者[2，19]將埃達克巖同克拉通破壞和地殼減薄的聯(lián)系起來。華北克拉通破壞導致了大約120km的巖石圈減薄，雖然其中是否涉及拆沉作用和地殼減薄還存在爭論，較厚地殼的存在是發(fā)生拆沉作用的前提，華北廣泛分布的中生代埃達克巖，為研究限定是否存在或者存在多厚的地殼提供了一種重要手段。熊小林等[2]通過實驗巖石學的手段進行了基性變質巖體系相平衡、長英質熔體TiO2溶解度、埃達克質巖石Nb/La隨La/Yb變化規(guī)律等研究論證華北克拉通北緣下地殼巖漿形成深度超過50km，從而揭示華北克拉通破壞涉及超過15km的地殼厚度遭減薄或下地殼拆沉。為后續(xù)研究華北克拉通破壞和地殼減薄提供了理論上的支撐。

4 總 結

(1)埃達克巖經(jīng)過近20多年的研究，已經(jīng)形成了多種成因模式，除了俯沖洋殼熔融，一些其它的形成機制也可以產(chǎn)生具有埃達克巖地球化學特征的巖石，如增厚下地殼熔融，拆沉下地殼熔融，玄武質巖漿的地殼混染和低壓分離結晶(AFC)過程、高壓分離結晶，巖漿混合作用以及地幔橄欖巖的直接熔融等等。

(2)近幾年來，將埃達克巖同華北克拉通破壞和地殼減薄聯(lián)系起來的研究已取得一些成果，低Mg埃達克巖可以很好地揭示下地殼源區(qū)巖石組成、巖漿產(chǎn)生溫度和壓力等信息，并且已經(jīng)得到實驗巖石學的支持。

參 考 文 獻

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