岩石成因与构造环境读书报告

1、埃达克岩的成因分类及构造环境判别摘要：埃达克岩自20世纪90年代被Defant and Drummond提出后，一直倍受 研究者的青睐。埃达克岩最初是用来定义那些富硅、高Sr/Y和La/Yb的源于 俯冲带玄武质洋壳部分熔融形成的火山岩和侵入岩。近年来随着埃达克岩的研究 的深入产生了一些让人困惑的地方，有关埃达克岩的成因分类部分显得尤为突 出。现在有必要对其系统的整理和总结，使我们的对它的认识更加深刻全面。经 研究发现这类岩石具有独特的地球化学特点以及隐含的特殊岩石成因机理和成 矿机制，因而在回复岩石形成的大地构造背景方面发挥着重要的作用。对其成因 目前普遍认为可分为两派：极力主张板块熔融派和多

2、成因派，亦即板块熔融并非 产生埃达克岩组成特征的惟一机制。通过俯冲玄武质洋壳的熔融可产生埃达克岩 熔体已被实验和地质观察证实。关键词:埃达克岩；地球化学；构造环境引言：20世纪70年代末，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，但当时并没有引起足够的重视Adakite （埃达克岩）是由Defant 和Drummond在20世纪90年代初期提出的。由于这类岩石首次是在阿拉斯加阿留 申群岛中的埃达克岛（Adak Island）发信并被确认的，因而被称之为埃达克岩。 Defant and Drummond认为，当地壳相对年轻和温度升高时，俯冲板片发生部分 熔融，产生在地球化

3、学成分上具有特殊标记的一类岩石（安山质和英安质），他们 把这些岩石称为埃达克岩。埃达克岩是一套火山岩和侵入岩组合，而并非仅仅是 一种岩石类型。现在的研究表明，符合Defant等原始定义的埃达克岩有两种成因类型：一 类是由俯冲的年轻大洋板片发生部分熔融形成，另一类是由新底侵的玄武质下地 壳熔融形成。虽然目前都有关于这两类埃达克岩方面的报道，但是在前人所有有 关埃达克岩的研究中，都只是针对某一种成因类型的埃达克岩进行研究，没有讨 论如何区分和判别这两类埃达克岩。两类埃达克岩的成因不同，它们所指示的 地球动力学意义也不一样。1埃达克岩的特征Adakite是是指与年青（25Ma）俯冲大洋岩石圈有关的新

4、生代岛弧环境中 的火山岩或侵入岩，形成于岛弧地区。埃达克岩主要是根据岩石的地球化学特点 来定义的，亦即，以其高Sr/Y和La/Yb比值，低Y和Yb含量来定义，并用Sr/Y-Y 和La/Yb-Y图解来判别。埃达克岩具有以下特征：SiO2N56%，Al2O3N15%（很少 低于这个值），通常MgO6), Na2O/K2O1。与正常的岛弧安山岩-英安岩-流纹岩相比，具有低HREE 和丫(如 Yb为1.9X10- 6),高Sr( 400X10- 6 ), Y(18X10- 6),正Eu， 正Sr异常，Sr/Y和La/Yb比值分别为40和20。83.2两类埃达克岩的判别统计40个O型埃达克岩、19个C型

5、类埃达克岩样品的常量元素含量后发现 二者常量元素含量差别不大，在常量元素氧化物含量，二者具有很强的相似性(相 关系数0.9986)。因此通过常量元素是无法对两类埃达克岩做出判别的。两类埃 达克岩产出的构造环境不同，必然会在一些微量元素特征上有所反映。毒凿荚埃达克岩与一些典型看石的野元素抻征. r*Tdli k 1 Ten t cMl . 1rid dk Iles rind 鬼h p kal rocki1楚成班克齐4 IF楠II赛歧迅克程 (D= HDcbnl (if 5iLm= KU垸诂克峋涅成齐(BT *卜StA1 Et 滞 1TTG(b= JSS1玄MIn- 21K堆克TMM 041? 0

6、0瑚 K3? 5i 11 md1 29(0 MlI 99- 2 弥 (ui 14舶4伸L Id4.如0邓1 7S2 WL 203轲YJ-2 M10 7515戕IQ翻13 6412id m5心10 012 W-濒 H $1 g轴 44$1 E *匀了4 H714X OTM 53Hl 2715 91HL 293帅LiArbIQ4i T$ lUk1* ；ir-器网 f m Jli64 57M 4J1# gIQ 9-J非IN孙26IJ MD盹结果发现(表1)II(C型)类埃达克岩中w(Sr)高于I (O型)类埃达克岩，而 II类埃达克岩的w(Y)含量明显低于I类埃达克岩，前者与下部地壳接近，后者 与上

7、部地壳相当。从I，II类埃达克岩产出的构造环境分析中可知：颇-4003002000-球粒陨石 上部地完 下部地壳 II类埃达克岩 SrA=185.071og(Y)+544.61 舫。.818 3 I类埃达克岩Sr/Y-3 739, 79(-L615 7) 时,?70 5 简Nb玄武岩Def ant埃达克君 Mart M埃达克岩(81) 埃达克质深成岩(9) 岛弧英安岩(80) 岛孤花用闪长岩(25。) TTG(355)+0.01& 020,039.040.050.0*(Y)/UT图2两类埃达克岩在Sr/()散点图上的分布*寺征(数据来源：见表1)Sr/Y-w(Y)散点图Sr/Y-w(Y)图解较

8、好地分开了第1,11类埃达克岩(图2)。 I类埃达克岩Y较高，Sr/Y比值低，主要位于图解下部，II类埃达克岩Sr/Y比值 高，位于图解左边部分。I类埃达克岩的形成与上部地壳关系密切，而II类埃达克岩与下部地壳有成 因联系。I，II类埃达克岩的形成明显不同于岛孤英安岩。Sr-YX10-Zr三角图，如前所述，Zr代表了源区成分，而Sr在俯冲作用形成 的火山岩中较富集。该图解上，I类埃达克岩主要分布在25%YX1075%和Zr 25%的范围内，而II类埃达克岩则主要分布在YX1025%和Zr25%的区域内(图 3)。+上部地壳 F部地毙 口球粒陨石 X U0RB。亨 100O【I类埃达克岩OI类埃

9、达克岩. Dfant (5)任高Nb玄武岩100.、/，、一 ：/ , 一/y0 25 湖 75IS 3! . !l埃达克岩的Sf -Y X 10事r三角图j数据来源：见表I)注：数据经过同一样品Nh标准化后再用原始地幔标准化在Sr-YX10-Zr三角图中(图3),与1, II类埃达克岩有成因联系的上部地 壳和下部地壳落点也分别位于各自对应的区域。通过Sr/Y-w(Y)散点图、Sr-Y X 10-Zr三角图基本上能够对I, II类埃达 克岩做出正确判别。4两类埃达克岩产出的构造环境最初，人们认为埃达克岩仅形成在年青且尚未冷却的大洋板块俯冲会聚带， 但随后的研究表明埃达克岩也可以形成于岛孤的一些

10、特殊环境。对各类岩石形成 过程来说，构造环境起着沟通物源、约束过程发生场所和运移途径，以及制约热 动力学条件的作用。岩石类型与其产出的构造环境之间具有特定的对应关系，其 成分受构造环境的制约。因此，要正确判别埃达克岩的类型，必须对形成埃达克 岩的构造环境有清楚的认识。4.1 C型埃达克岩产出的构造环境C型埃达克岩不止分布在中国东部，世界大陆范围内的新生代埃达克岩主要 分布在青藏高原和安第斯两个地区5-。许多学者认为，增厚陆壳下的底侵玄武岩部分熔融也可以形成埃达克岩，这 种由地侵玄武质下地壳形成的C型埃达克岩常常发生在造山作用的后碰撞阶 段。该阶段增厚的岩石圈地幔部分因密度大而发生拆沉作用，构造

11、体制从碰撞期 挤压转变后碰撞期拉张，此时热的软流圈地幔物质上涌，因减压发生部分熔融， 产生的地幔岩浆上升到地壳幔界面附近和下地壳中，发生底侵作用。幔源岩浆的 底侵作用导致地壳增厚，改变地壳的热状态，使地热梯度增大，新底侵玄武质岩 石由于高热状态和地热梯度的增加，在地壳增厚的情况下发生部分熔融，形成C 型埃达克岩岩浆。因此，地壳增厚的火山弧或火山弧晚期是形成C型埃达克岩的 主要构造环境。比较典型的地方如西天山阿吾拉、中国安徽沙溪等地。4.2 O型埃达克岩产出的构造环境实验研究表明与地幔正常的脱水熔融作用相比，来源于俯冲板片熔融作用的 埃达克岩岩浆一般会发生在更浅的部位。Defant等认为俯冲板片

12、的年龄和俯冲 作用发生的时间是O类埃达克岩形成的关键因素。他们认为非常年轻（一般25 Ma）的俯冲大洋板片发生部分熔融才能形成埃达克岩，然而已有大量证据表明， 俯冲板片的年龄并不是形成埃达克岩的决定性因素，一些地区老的（可达始新世） 洋壳在俯冲作用初期也能形成埃达克岩。模拟计算表明只有在俯冲作用初期，即 大洋板片的俯冲量不超过200 km时，才能发生板片的部分熔融，而当大洋板片 的俯冲量超过200 km时，不可能发生板片熔融。Defant等认为，俯冲板片在火 山弧下接近75 km85 km深度发生部熔融，形成埃达克岩岩浆，而正常的岛弧 火山岩岩浆则形成于120km150 km。因此，俯冲环境火

13、山弧下75 km85 km处 俯冲板片发生部分熔融形成了 O型埃达克岩岩浆。这种类型最典型的例子是St Helens山的埃达克岩。除此之外，弧-弧碰撞带之下被加热的年轻地壳或板片发 生部分熔融也可以产生O型埃达克岩，如弧-弧碰撞环境下巴布亚新几内亚的 Arid Hills和北部海岸以及菲律宾Mindanao中部的埃达克岩可能就是这种类 型。由于C，O型埃达克岩产出构造背景上的差异，使得通过地球化学数据对其 做出正确判别成为可能5结论岛弧环境是埃达克岩产生的重要大地构造背景。埃达克岩是一个相对新的岩 石学概念，它的本意是指俯冲大洋板块洋壳玄武岩部分直接熔融形成的一组富硅 的岛弧火山岩。它的定义主

14、要依靠岩石的化学特征，特别是高Sr/Y和La/Yb比 质及低Y和Yb含量。埃达克岩曾被认为主要是由年轻洋壳直接熔融的产物。含 水玄武岩体系的高压熔融实验结果以及一些野外和矿物学的资料也支持板块熔 融的可能性9。不过，实验研究也表明初始板块熔体在通过地幔楔时会迅速固结 而丧生，因此现代岛弧的大部分埃达克岩可能主要是岩浆混合物、或者是熔体交 代的地幔楔的熔融产物。无论如何，板块熔融很可能在俯冲带发生，因此至少是 俯冲带组分的重要来源。有关埃达克岩成因的混乱起因于埃达克岩定义的扩大化。就目前而言，它也 包括原先被认为是幔源的岛弧火成岩。此外，化学特征是现在判断埃达克岩为板 片熔体的惟一证据，但是诸多

15、在岛弧或是非岛弧环境下形成的火成岩也具有类似 的化学特征。这些特征是因岩浆源区有石榴石或/和角闪为残留相的缘故10。详 细的研究表明，这些埃达克质岩以及一些先前被认为是“埃达克岩”的岩石至少 有一些并不是由板块熔融产生。它们可以通过周期性补给的岩浆房内含角闪石玄 武岩浆的低压结品分异形成，可以在下地壳条件下玄武岩浆高压结品分异形成， 可因变质玄武岩分熔形成，也可因镁铁质下地壳熔融形成。这些多种成因模型也 与实验岩石学研究、野外观察、微量元素模拟的结果相一致，并且得到放射性同 位素资料的支持。综上所述，高Sr/Y和La/ Yb比值以及低Y，Yb含量的火成岩并不一定是板块熔融的产物，在研究时我们需

16、要格外小心11参考文献：1朱弟成，段丽萍，廖忠礼等.两类埃达克岩(adakite)的判别J.矿物岩石，2002, 22( 3): 5-9.2王焰，张旗，钱青.埃达克岩(adakite)的地球化学特征及其构造意义J.地质科学， 2000， 35(2):251-256.3张旗，王焰，王元龙.埃达克岩与构造环境J.大地构造与成矿学，2003，(2):3-10.4张旗，王元龙，张福勤等.埃达克岩与构造环境J大地构造与成矿学，2003, 27:101-108.5张旗，钱青，王二七等.2001a .燕山中晚期的“中国东部高原”：埃达克岩的启示地质 科学 36:248-255.6张旗，王焰，钱青等.2001b.中国东部燕山期埃达克岩的特征及其构造-成矿意义.岩石学 报17:236-244.7朱弟成，廖忠礼，潘桂棠等.正确使用构造判别图解和地球化学数据的一些建议J.地质 地球化学，2001，29(3):152-157.8熊小林，赵振华，白正华等. 2001.西天山阿吾拉勒埃达克质岩石成因：Nd和Sr同位 素组成的限制.岩石学报17:514-522.9吴福元，葛文春，孙德有. 2002.埃达克岩的概念、识别标志及其地质意义.见