张旗: 评低硅、高硅埃达克岩和赞岐岩
发布人:administrator 发布时间:5/20/2020 7:24:10 PM  浏览次数:1199次
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(作者单位: 中国科学院地质与地球物理研究所)

导读: 低硅(LSA)和高硅(HSA)埃达克岩问题是Martin et al. (2005)提出来的, 这个提法不好。因为, 他们定义的LSA实际上并非埃达克岩而是赞岐岩。埃达克岩是壳源的, 赞岐岩是幔源的。LSA偏离了埃达克岩的定义, 导致了概念的模糊。赞岐岩(sanukite)是一套火山岩, 最早发现于日本。而目前学术界接受的赞岐岩的概念却并非来自日本的中新世赞岐岩, 而是来自被Shirey and Hanson (1984)改造了的太古宙赞岐岩(高镁闪长岩)。日本的赞岐岩是贫Sr的, 与埃达克岩没有任何关系; 而改造后的赞岐岩就变成高Sr的了, 就与埃达克岩的特征非常接近了。于是以讹传讹, 赞岐岩的概念就与埃达克岩相通了。笔者不赞同上述观点, 认为从Yogodzinski到Martin等, 开启了一个错误的埃达克岩研究方向。


  1 低硅埃达克岩(LSA)不是埃达克岩
  低硅和高硅埃达克岩这个问题是Martin et al. (2005)提出来的。上述作者收集了典型埃达克岩数据库的340多个数据, 发现按照埃达克岩的SiO2含量可以将其分为高硅埃达克岩(high-SiO2 adakites, HSA, SiO2>60%)和低硅埃达克岩(low-SiO2 adakites, LSA, SiO2<60%)。除了高Si外, HSA还具有低MgO(0.5%~4 %)、CaO+Na2O(<11%)和Sr(<1100×10-6)的特点, 对应的LSA(MgO=4%~9%, CaO+Na2O>10%, Sr>1000×10-6, Martin et al., 2005, 表1)。


表1 不同数据集合得出的低硅埃达克岩(LSA)、高硅埃达克岩(HSA)平均成分对比(主量元素含量单位为质量百分数%, 微量元素为 10-6; LSA和HSA据Martin et al., 2005; 低硅埃达克岩和高硅埃达克岩据本文, n代表数据量)


  笔者认为, LSA不是埃达克岩, 理由是:
  (1) 埃达克岩一个最重要又是最容易被忽略的前提, 即: SiO2>56% (Defant and Drummond, 1990), 而不仅仅是富Sr、贫Y和Yb以及高的Sr/Y和La/Yb特征, 而Martin et al. (2005)所确定的LSA(低硅埃达克岩), 许多SiO2含量低于56%, 那不是埃达克岩。如果不强调SiO2的问题, 许多玄武质和安山质岩石也具有高Sr低Yb、Y的特征, 那岂不乱了套。Martin et al. (2005)统计的低硅埃达克岩的SiO2平均含量仅为56.3%(表1), 刚刚达到埃达克岩的下限, 有些甚至<50%(图1a, f), 那是玄武岩而非埃达克岩。


LSA. 低硅埃达克岩; Sanukitoid. 赞岐岩类; Closepet-type. 产于印度的一类赞岐岩。从图(a)和(f)看, 横坐标SiO2含量范围从不到50%至大于60%, 而埃达克岩的SiO2>56% (Defant and Drummond, 1990)。主量、微量元素含量单位同表1。
图1 低硅埃达克岩与赞岐岩和Closepet型赞岐岩(产于印度)的对比(据Martin et al., 2005)


  (2) 埃达克岩定义MgO含量通常<3%, 很少>6% (Defant and Drummond, 1990), 而低硅埃达克岩的MgO=4%~9%, 平均含量高达5.15%, Mg平均为0.61 (Martin et al., 2005; 表1、图1)。明显超出了埃达克岩的范围, 应类似赞岐岩而非埃达克岩。
  (3) Martin et al. (2005)统计的低硅埃达克岩只选择了全球77个低硅埃达克岩的数据, 给人的印象似乎是低硅的一定高镁, 而事实是否如此呢?本文统计了GEOROC数据库的埃达克岩数据55085个, 采用的标准是: SiO2>56%、Al2O3>14%、MgO<6%、Yb<2.5×10-6、Sr>300×10-6, 得到的低硅埃达克岩21053件, 高硅埃达克岩34032件(以SiO2=60%为标准), 它们的平均值见表1。需要说明的是: 本文统计的埃达克岩标准适当予以放宽, 目的是尽可能多地收集埃达克岩的数据, 但是, 不可避免会卷入少量非埃达克岩的数据, 如赞岐岩等, 故本文的统计仅具参考价值。但是, 本文的统计表明: 第一, 高硅埃达克岩与低硅埃达克岩没有明显的区别; 第二, 低硅埃达克岩的MgO含量为2.90%, 明显低于Martin et al. (2005)统计的5.15%, 推测高镁可能是统计的抽样数据没有代表性造成的; 第三, 实际上, 全球高硅和低硅埃达克岩没有明显的界线, 将埃达克岩区分为高硅和低硅没有充分的依据。
  总之, Martin et al. (2005)创立的LSA更接近赞岐岩, 其中只有少部分数据相当于埃达克岩。LSA之所以高镁, 可能是统计的数据缺乏代表性导致的(与本文的统计对比, 表1)。

  2 从高镁埃达克岩到低硅埃达克岩再到赞岐岩
  Defant and Drummond (1990)最初提出埃达克岩的概念时, 对SiO2和MgO含量的限制是很有深意的, SiO2>56%, MgO<3%, 说明埃达克岩是壳源的。埃达克岩形成以后, 虽然可能与地幔发生一些物质交换, 使MgO含量升高, 但埃达克岩来自壳源的基本事实是不会变化的。Defant and Drummond (1990)的这个思想非常重要, 他们从来就不认为埃达克岩可以是幔源的。可惜此后的研究有些人就偏离了埃达克岩来自壳源的这个概念了, 这大概是从Yogodzinski等的研究开始的。Yogodzinski et al. (1994, 1995)研究了在阿留申西部(埃达克岩的命名地)的一些镁质安山岩, 指出它们虽然具有高的Sr含量和La/Yb比值等板片熔融的证据, 但它们有着中等MgO的含量和相对高的Ni和Cr含量, 显示出相当原始的成分特征(Yogodzinski et al., 1994, 1995; Yogodzinski and Kelemen, 1998)。Yogodzinski et al. (1994, 1995)还将上述富镁的埃达克岩区分为Adak型和Piip型两类。Adak型高镁安山岩含单斜辉石和斜方辉石斑晶, 岩石的微量元素和同位素地球化学特征与埃达克岩类似, 但MgO、Mg、Cr和Ni含量比埃达克岩高很多(表2), 是初始板片熔体受到地幔橄榄岩强烈混染和同化作用形成的。与Adak型相比, Piip型高镁安山岩含早期结晶的橄榄石斑晶, 总体上具有更高的MgO、Mg、Cr和Ni含量, 而K和LILE含量较低, 尤其是La/Yb比值和Sr含量很低, 说明Piip型高镁安山岩可能是受板片熔体交代的地幔橄榄岩部分熔融的产物(Polat and Kerrich, 2001), 类似日本新生代的赞岐岩类(sanukitoids), 而Adak型更类似太古宙的sanukitoids。因此, Yogodzinski et al. (1994, 1995)所谓的高镁埃达克岩实际上不是埃达克岩而是赞岐岩(张旗等, 2008; 张旗, 2012; 表3)。


表2 高镁埃达克岩化学成分(据Yogodzinski et al., 1994, 1995 简化, 含量单位同表1)

注: 1~5: 阿留申群岛西部Komandorsky地区的Adak-type 高镁埃达克岩(Yogodzinski et al., 1995); 6~10: 阿留申群岛西部Piip-type 高镁埃达克岩(Yogodzinski et al., 1994); Adakite标准值据Defant and Drummond (1990)。


  Yogodzinski et al. (1994, 1995)的研究开了一个不好的头, 将埃达克岩与赞岐岩混为一谈, 也将埃达克岩的成因从壳源引入到幔源, 似乎埃达克岩既可以是壳源的, 也可以是壳幔混合的, 甚至可以是幔源的。Martin et al. (2005)则继承了Yogodzinski et al. (1994, 1995)的思想, 从高镁安山岩→高镁埃达克岩→赞岐岩→低硅埃达克岩, 将埃达克岩研究引入了歧途。

  3 什么是赞岐岩?
  笔者强调指出, 目前学术界理解的赞岐岩并非原始版的赞岐岩, 而是被Shirey and Hanson (1984)改造了的赞岐岩。追根溯源, 赞岐岩(sanukite)是19世纪末发现于日本四国岛北部的一种富Mg的火山岩, 日本按照其矿物组成将其译为“古銅輝石安山岩”, 又根据其发现地Sanuki的日文译名“讃(赞)岐”称其为“讃(赞)岐岩”(张旗等, 2008)。赞岐岩主要产于日本中新世(11~14 Ma)的Setouchi火山岩带, 是黑色具玻璃质的火山岩, 化学成分以富SiO2、高Mg值(>0.6)和较高的Cr、Ni含量和K/Na值(0.33~0.52)为特征, 富集LILE和LREE, 通常具弱的负Eu异常, 亏损HFSE(表3)。实验研究表明它们是在大约1110~1070 ℃、1.1~1.0 GPa和7%~8% H2O的条件下地幔橄榄岩部分熔融形成的(Tatsumi, 1982)。


表3 日本中新世赞岐岩的化学成分(含量单位同表1)

1. Kamei et al., 2004; 2~6. Tatsumi et al., 2003; 7~9. Shimoda et al., 1998; 10~11. Tatsumi and Ishizaka, 1982; 产地: 1. Kyushu岛; 2~9. Setouchi volcanic belt。


  对比埃达克岩的标准, 从表3看, 日本的赞岐岩有下列几点值得注意: (1)赞岐岩的SiO2含量偏低, 基本上游离于埃达克岩范围之外(大多低于埃达克岩的标准值); (2)赞岐岩的MgO含量几乎均高于埃达克岩(MgO>6%); (3)赞岐岩的Sr含量几乎统统小于埃达克岩, 与埃达克岩没有关系; (4)赞岐岩的Y与Yb低, 与埃达克岩一致; (5)赞岐岩La的含量明显低于埃达克岩, 赞岐岩平均的La=12.5×10-6, 而埃达克岩的La在31×10-6至38×10-6范围(表1)。综上所述, 赞岐岩与埃达克岩没有任何关系, 前者是幔源的, 后者是壳源的。
  然而赞岐岩研究有一个怪现象: 赞岐岩是日本人发现的, 而赞岐岩推广到全球却是Shirey and Hanson (1984)的贡献, 他们不仅将赞岐岩引入太古宙, 还改变了赞岐岩的标志(表4), 而早先日本人确定的赞岐岩标志反而被人遗忘了(对比表3和表4)。对比上述两个表, 最大的变化是Sr的含量, 日本的赞岐岩的Sr含量几乎统统小于埃达克岩, 而Shirey and Hanson (1984)版的赞岐岩的Sr统统相当于埃达克岩, 虽然1984年还没有出现埃达克岩的术语, 但却为以后的赞岐岩与埃达克岩对比埋下了伏笔。


表4 世界各地新太古代赞岐岩的化学成分(据Shirey and Hanson, 1984简化, 含量单位同表1)


  日本的赞岐岩是火山岩, Shirey and Hanson (1984)将其扩展到侵入岩(太古宙高镁闪长岩)。Shirey and Hanson (1984)定义的赞岐岩的Mg#>0.6, Ni和Cr>100×10-6, Sr和Ba>500×10-6, 富LREE([Ce/Yb]N=10~50, CeN>100)和LILE(如K、Sr、Zr和Nb等), 亏损HREE(YbN=6~12), 无Eu异常或有弱的负Eu异常(表4)。推测是交代地幔部分熔融形成的, 并伴有明显的分离结晶作用的影响(Shirey and Hanson, 1984; Stern and Hanson, 1991; Smithies and Champion, 1999, 2003)。赞岐岩富LILE暗示地幔源区要么受到了消减带的影响, 要么地幔与来自板片的熔体发生了混合作用(Shirey and Hanson, 1984; Evans and Hanson, 1997; Rapp et al., 1999; Smithies and Champion, 1999)。有人解释新太古代的赞岐岩是晚或后构造事件的产物(Stern et al., 1989; Stern and Hanson, 1991; Smithies and Champion, 2003)。例如, 加拿大苏必利尔的赞岐岩形成于早期的消减事件转变为克拉通最终稳定的晚或后碰撞阶段(Beakhouse et al., 1999), 而西澳大利亚Pilbara克拉通的赞岐岩或许与地幔柱有关, 或许与下地壳的拆沉作用有关(Smithies and Champion, 1999)。研究表明, 陆壳下的软流圈地幔如果含水很高也可以部分熔融形成赞岐岩, 不一定需要板块消减背景(张旗等, 2005, 2008; 张旗, 2012; 张旗和李承东, 2012)
  世界上的岩浆岩千千万, 但是, 基本上可以划分为幔源的和壳源的两大类。玄武岩是最广泛的幔源岩浆。此外, 地幔在含水的情况下, 也可形成中等富硅(SiO2含量可达55%~60%, 很少的情况下可以超过60%)的岩石, 如赞岐岩、玻安岩、钾玄岩、橄榄安粗岩等, 它们都是安山质成分的, 虽然与壳源的安山岩成分接近, 但是却是幔源的。幔源岩浆也可以经过演化(例如玄武岩岩浆的结晶分离作用)产生少量安山质成分的岩石。幔源的岩石与壳源的岩石可以发生某种程度的混合作用, 形成具有安山质成分的岩石, 则具有壳幔混合的特征。但是, 幔源的岩石不可能演化为壳源的岩石, 幔源和壳源的岩石也不可能共同属于一个岩石系列。这是最基本的概念, 不应当混淆。因此, 如果将埃达克岩理解为既有壳源的, 也有幔源的, 甚至以幔源为主, 这样的认识既不合理, 也违背了埃达克岩的原意。

  4 结 论
  (1) 低硅埃达克岩(LSA)和高硅埃达克岩(HSA)的提法不好。埃达克岩的SiO2和MgO含量是有标准的, LSA突破了这个标准, 说明它已经偏离了埃达克岩的定义, 导致概念的模糊, 这是不可取的。埃达克岩很复杂, 可以进行分类, 如O型埃达克岩和C型埃达克岩的划分等。但是, 高硅和低硅的分类似乎意义不大, 如果一定要划分, 必须满足一个条件: 它们都是埃达克岩, 不能与赞岐岩混淆。
  (2) 低硅埃达克岩(LSA)从定义到解释, 实际上已经不是埃达克岩而是赞岐岩了。埃达克岩具有高Sr低Y的特征, 其原始的解释是与残留相榴辉岩处于平衡(Defant and Drummond, 1990), 这也是埃达克岩的理论基础。而LSA具有赞岐岩的特征, 赞岐岩却是含水地幔部分熔融形成的, 那么, 赞岐岩的高Sr低Y还能够用残留相理论来解释吗?那LSA还是埃达克岩吗?残留相理论对LSA还有效吗?Defant and Drummond (1990)定义的埃达克岩是壳源的, 虽然不排除它可以与地幔混合, 使之具有某些幔源的地球化学特征, 但是, 它是壳源的这个基本点不能改变。但是, LSA的提出使埃达克岩具有了幔源成因的可能性, 似乎造成一种印象: 埃达克岩既可以是壳源的, 也可以是幔源的, 这就模糊了壳源与幔源岩浆的关系。
  (3) 赞岐岩也有问题, 问题在于目前学术界认可的赞岐岩概念并非原始的赞岐岩, 而是经过改造了的赞岐岩。日本原始的赞岐岩大多是贫Sr的, 与埃达克岩没有任何关系, 而改造以后的赞岐岩变成高Sr的了, 与埃达克岩的地球化学特征几乎一致(如果不考虑部分赞岐岩的SiO2含量的话)。如果坚持原始的赞岐岩标准, 低硅埃达克岩就很难与赞岐岩挂上勾了, 可惜以讹传讹, 让学术界走了许多弯路。而更令人堪忧的是, 学术界似乎有很多人赞同低硅高硅埃达克岩的提法, 赞同埃达克岩既可以是壳源的也可以是幔源的。在他们眼里, 似乎这是埃达克岩研究的一个进步, 而笔者不赞同上述观点, 认为从Yogodzinski到Martin等, 开启了埃达克岩一个错误的研究方向。按照上述作者的见解, 低硅埃达克岩类似赞岐岩, 赞岐岩是幔源的。于是, 低硅埃达克岩是幔源的, 而高硅埃达克岩是埃达克岩, 是壳源的, 低硅高硅, 同是埃达克岩, 却成因不同, 源区不同, 岂不乱了套?
  笔者认为, 埃达克岩是壳源的, 赞岐岩是幔源的, 这两个基本的概念应当分清。如果这个问题不清楚, 研究就越来越离谱了。


后 记:
1. 本文完成后请中国科学院广州地球化学研究所赵振华先生评论, 本文初稿中称: “本文是赵振华研究员在评论笔者的一篇文章中点的题目, 故本文为命题作文, 是否及格, 欢迎大家的评判”。赵先生在这次的评论中称不必说点题。赵先生在学术上有很深的造诣, 赵先生谦虚了。笔者非常赞同赵先生对笔者上一篇短文(埃达克岩Sr/Y比值剖析)的评论, 赵先生还在评论中提到高硅和低硅埃达克岩问题, 希望笔者予以考虑。笔者早先就评论过这个问题(张旗, 2012)。因此, 本文就借赵先生的建议, 把这个问题重新捋了一下, 故谓之点题, 特此说明。
2. 赵先生提供了几篇新的参考文献, 非常感谢。笔者由于多年没有接触埃达克岩研究, 故对文献已经生疏了, 笔者准备就此机会再学习一下, 看看能否得出新的认识。
3. 赵先生在评论中建议笔者修改“…将埃达克岩研究引入了歧途”这句话。笔者认为, 关于埃达克岩之所以存在许多争论, 可能也与埃达克岩究竟是壳源还是幔源的成因不清楚有关。学术界在讨论埃达克岩问题时, 有时会忽略MgO这个问题。而笔者从一开始就不赞同Yogodzinski和Martin等的研究(Yogodzinski et al., 1994, 1995; Martin et al., 2005), 认为他们把埃达克岩的研究引入了歧途。按照上述作者的见解, 低硅埃达克岩就与赞岐岩混淆了, 埃达克岩就与压力无关了, 不需要与榴辉岩平衡了, 而笔者则希望回到埃达克岩的原始概念上去。
感谢赵振华研究员的评论, 感谢与张成立教授的讨论。

(张旗20200518)



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