adakite地球化学特征及成因_元素地球化学背景特征

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adakite地球化学特征及成因

1968年，Green and Ringwood提出，大洋玄武岩（MORB）在岛弧俯冲带转变为榴辉岩之后，可以发生部分熔融，形成钙碱性的安山岩。然而，Stern和Gill的试验和地球化学研究表明，绝大多数岛弧安山岩不可能由俯冲的MORB部分熔融形成。现今各大洋周边俯冲洋壳的平均年龄为60Ma，已基本冷却，岩Benioff带的地热梯度较低（≤10 ℃/km），洋壳在俯冲过程中不能直接熔融，而是发生变质并逐步脱水。富含大离子亲石元素（LILE）的水热流体向上运移，交代地幔楔，并使之发生部分熔融，形成岛弧拉斑玄武岩和钙碱性玄武岩。岛弧玄武岩经过分离结晶等演化，形成典型的岛弧玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩岩系。

1990年，Defant and Drummond重新提出，某些岛弧钙碱性安山岩和英安岩为俯冲版片部分熔融形成。在一些地区，如果年轻、热的洋壳发生俯冲，则沿Benioff带的地热梯度高（25~30 ℃/km），洋壳可能发生脱水熔融，形成高铝的中-酸性岩石。这类岩石最早发生于aleutian群岛的Adak岛，因此，被命名为adakite，指的是新生代与年轻洋壳俯冲有关的、具有独特地球化学特征的一类中-酸性火山岩或侵入岩，其地球化学特征与太古代高铝的英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩（TTG）相似。由于其特殊的成因，对研究陆壳的起源和演化、俯冲带的元素地球化学行为以及壳-幔相互作用有重要意义，对探讨一些造山带的古构造演化也很有帮助。

1、adakite的岩石地球化学特征

adakite的主要矿物组合为：斜长石+角闪石±黑云母，单斜辉石和斜方辉石极少，只在Aleutian和墨西哥的高镁安山岩中有所发现。副矿物包括磷灰石、锆石、榍石及钛磁铁矿等，其含量一般高于典型的岛弧岩浆岩。与经典的岛弧玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩组合不同，adakite很少有相关的玄武岩或玄武安山岩相伴生，如果有，则玄武岩富Nb（≥20×10-6），LILE也非常富集。

adakite的典型地球化学特征如下：SiO2≥56%，Al2O3≥15 %，K2O/ Na2O比值低(0.5129,87Sr/86Sr

2、adakite与岛弧钙碱性英安岩对比

adakite的REE强烈分异，LREE富集，HREE亏损，而典型的钙碱性英安岩的HREE较富集，REE分异程度低；adakite具有明显的Sr正异常，Eu呈正异常或没有异常，负Eu异常很少，表明没有斜长石的分离结晶，Sr/Y比值高，而岛弧钙碱性英安岩具有Sr和Eu的负异常，Sr/Y比值低；岛弧钙碱性英安岩具有明显的HFSE负异常，adakite具有负Nb异常，但其Zr和Ti一般不具有异常；adakite的Ni和Cr含量高于典型的岛弧钙碱性英安岩。

3、adakite地球化学特征的成因

（1）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，adakite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，adakite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。

（2）Y的亏损及高Sr/Y、La/Yb比值。adakite源区部分熔融的残留相为榴辉岩或石榴石角闪岩。在角闪岩、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adakite岩浆亏损Y和HREE并具有Sr/Y和La/Yb比值。

（3）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在角闪岩中的分配系数较Rb高，角闪石的分离可能导致adakite具有低-中等的K/Rb比值.（4）Nb和Ta亏损。已有的试验表明，金红石具有很高的晶体/熔体Nb和Ta分配系数。熊小林等（2005）所获得的熔体相微量元素资料证实金红石控制部分熔融过程中Nb和Ta的分配，只有金红石才能导致adakite质熔体负Nb-Ta异常，因而金红石是adakite质熔体产生时一个必要的残留相，即TTG熔体只能由含金红石的榴辉岩或角闪榴辉岩产生。应当指出，俯冲嗲火山弧玄武-安山-英安岩也普遍存在着Nb-Ta亏损现象，但弧岩浆Nb-Ta亏损的机制与adakite不同。总所周知，火山弧玄武岩浆是有俯冲洋壳释放的流体所交代的地幔楔部分熔融产生的。普遍认为俯冲洋壳释放的流体具有富集大离子亲石元素，亏损Nb和Ta等高场强元素等特征，由这种流体交代的地幔楔熔融产生的弧岩浆继承了流体相LILE富集和Nb-Ta亏损等微量元素特征。

4、adakite的形成机制 新生代以来的adakite分布在环太平洋周边，并且主要与年轻洋壳的俯冲有关，其源区的深度为70~90 km。adakite的Nb、Sr、Pb同位素地球化学特征与MORB相似，在俯冲带的变质玄武岩中还发现了具adakite成分特征的混合岩化脉体，均说明adakite可能是年轻的俯冲板片部分熔融形成的，试验也证明角闪岩-榴辉岩的熔融可能产生具有adakite成分特征的岩石。然而，最近的研究表明，adakite可能有多种形成机制：

（1）年轻的（30 Ma，沿Benioff带的地热梯度较低，板片发生脱水作用，流体上升交代地幔楔并使之发生部分熔融（熔融残余为橄榄石和辉石），形成正常的岛弧玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩。但如果俯冲洋壳的年龄

（2）年老的洋壳发生斜向俯冲。在Aleutian的Adak和Komandorsky岛，俯冲板片年龄>40 Ma，该地区adakite被认为是板片因斜向俯冲而得到充分的加热，从而发生部分熔融形成的。Yogodzinski等又提出在Adak和Komandorsky岛，俯冲板片的前缘被撕裂，撕裂部位在进入软流圈地幔时形成热窗，从而使老的洋壳也得以充分加热而熔融。

（3）老的洋壳在俯冲开始阶段发生部分熔融。；例如，在菲律宾Mindanao的东部，俯冲板片年龄为始新世，但是仍然有adakite形成。（4）已经消亡的俯冲板片的部分熔融。Peacock等认为，Arid Hills、Jaraquay和Baja California的adakite是底侵的镁铁质下地壳或消亡板片部分熔融形成的。

（5）俯冲角度平缓（flat subduction）的洋壳部分熔融。Gutscher等和Defant and Kepezhinskas提出，如果俯冲板片的角度较为平缓，近水平移动，则可以被充分加热，发生部分熔融，例如在秘鲁和厄瓜多尔。在全球已知的10个俯冲角度平缓的地区，8个伴有adakite的形成。

（6）底侵玄武岩的部分熔融。Drummond and Defant提出，底侵玄武岩熔融将产生低铝TTG，而不是高铝TTG，因为变质玄武岩（基性麻粒岩）在下地壳熔融的残留相中富含钙质斜长石，会抑制熔浆中的Sr和Al2O3含量，并产生Eu负异常。然而，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adakite。典型的例子有秘鲁的Cordillera Blanca杂岩和埃塞俄比亚西部的Birbir杂岩。Birbir杂岩的源区为底侵的玄武质岩石，变质程度为石榴角闪岩相，其熔融条件为0.8~1.2 GPa，800~1000 ℃。增厚的地壳在伸展过程中，软流圈上涌产生的热足以使玄武质岩石发生部分熔融。

（7）拆沉作用（delamination）。拆沉作用指密度大的岩石圈 沉没到密度较小的软流圈之中。现今的拆沉作用只限于盆岭、西藏及安第斯等少数地区。在挤压增厚的地区（>50 km），下地壳玄武质岩石可以转变为榴辉岩相，发生拆沉作用，一些与拆沉作用有关的岩浆可能与年轻的、热的俯冲板片熔融发生的岩浆有相似的地球化学特征，如具有高的Sr含量和Sr/Y、La/Yb比值。