闽东西朝埃达克质岩地球化学、Sr-Nd同位素特征及其成因讨论

周小栋

(福建省地质调查研究院，福州，350013)

福建位于环太平洋中新生代巨型构造-岩浆带内，武夷山成矿带主体和南岭成矿带的东延部分均在省内发育，成矿条件有利[1-4]。在闽东地区(政和—大埔断裂带以东)发育一系列与燕山期酸性岩浆岩有关的钼、钼铍、铜钼多金属矿床，以斑岩型和岩浆热液型矿床为主，成矿时代为燕山晚期，是福建省重要的钼矿产地和成矿远景区[4-5]。

埃达克岩是 Defant 和 Drummond[6]在1990 年提出的一个岩石学术语，是指与年轻(≤25 Ma)俯冲洋壳熔融有关、形成于岛弧的火山岩或侵入岩，具有以下特征：SiO2≥56%、Al2O3≥15%(很少低于这个值)和 MgO<3%(很少高于 6%)，Y和HREE含量低(Y≤18×10-6、Yb≤1.9×10-6)，但 Sr 含量高(很少低于400×10-6)，87Sr/86Sr 小于0.704。在埃达克岩的概念提出的同时，Defant等[6]和Drummond[7]等将埃达克岩在定义上就对其形成的构造环境进行了限定，即只有岛弧环境下俯冲板片部分熔融形成的才是埃达克岩。自埃达克岩的概念引入国内便一直是研究的热点，其中在中国东部、长江中下游等地发现的一系列表现出典型埃达克岩特征的中酸性火成岩，它们既不形成于岛弧，也不是俯冲板片熔融形成的[8]，有学者将该类具埃达克岩地球化学特征但不是板片熔融形成的火成岩类统称为埃达克质岩[9]，或高Sr/低Y型岩石、高Ba-Sr花岗岩[10]。埃达克质岩与内生金属矿床有着密切关系[10]，尤其低温热液和斑岩型的金、银、铜、钼矿床多显示与埃达克质岩具有较好的相关性，其中我国与铜矿有关的斑岩几乎都表现埃达克质岩的地球化学特征。在对闽东西朝钼矿开展矿床地质、成岩(115 Ma)和成矿(113 Ma)年龄和矿床成因等研究的基础上[4]，对成矿岩体开展系统的地球化学、Sr-Nd同位素研究，发现具有明显的埃达克质岩的特征，初步分析了该岩体的成因，并讨论与成矿的关系和地球动力学背景。

1 区域地质及矿床地质特征

1.1 区域地质概况

福建位于欧亚板块东南部，大地构造属古太平洋板块俯冲带的主动大陆边缘，整体位于武夷山成矿带的东北缘[5]。闽东西朝钼矿地处东南沿海中生代岩浆岩带闽东火山断坳带的西北部，政和—大埔断裂带东侧(图1-a)，以广泛发育中生代陆相火山岩和侵入岩为特点[4]。位于浦城—尤溪近南北向和屏南—上杭北东向断裂带的交会部位，导致区域上燕山期岩浆岩、脆性断裂的展布等均以北东向和近南北向为主。

区域上地层以前泥盆纪变质岩系、中生代陆相火山-沉积岩为主，零星发育第四纪冲洪积物；侵入岩发育广泛，自老到新有古元古代片麻状花岗岩、加里东期二云母、白云母化花岗岩、燕山期二长-正长花岗岩类；断裂以北东-北东东、南北向为主[4]。

1.2 矿床地质特征

西朝钼矿区分为东、西、南3个矿段，主要工业矿体发育于东、西矿段(图1-b)。矿区地层以晚侏罗世南园组碎斑熔岩为主，主要分布在西部和南部，岩性为灰、灰白色，中酸-酸性粒状、霏细状碎斑熔岩；零星的第四系冲洪积发育在矿区中部及东北部的山间盆地或河流沟谷。矿区侵入岩均为燕山期岩浆作用的产物，以晚侏罗世正长花岗岩和早白垩世二长(闪长)花岗岩为主，局部发育花岗斑岩。矿区构造以发育于早白垩世二长(闪长)花岗岩体顶部的缓倾原生层节理或在此基础上发育的顶部滑脱构造为主，为矿区的主要贮矿构造[11-12]，层节理的分布总体呈形态向上弯曲的背形状，背形主轴略向北东倾伏，节理产状具北西翼缓、南东翼略陡的特征；局部零星发育近南北向、东西向断层，规模较小。早白垩世二长(闪长)花岗岩为主要的贮矿围岩，且为成矿岩体，南园组碎斑熔岩为次要贮矿围岩[4、11-12]。

图1 区域大地构造位置(a)及西朝钼矿区地质简图(b)Fig.1 The sketch map showing the tectonic location(a) and the simplified geological map(b)of the Xizhao molybdenum ore deposit1—第四系；2—南园组碎斑熔岩；3—早白垩世二长(闪长)花岗岩；4—晚侏罗世正长花岗岩；5—花岗斑岩；6—地质或侵入界线；7—断层；8—勘探线；9—蚀变带；10—矿体；11—矿段范围

钼矿体主要贮存于早白垩世二长(闪长)花岗岩体内部，主要呈似层状，次为豆荚状、透镜状，矿体明显受岩体内部缓倾斜的原生层节理或裂隙带控制。矿区共圈定21个矿体，其中Ⅰ和Ⅱ为最大的2条矿体，隐伏矿体为主，局部出露地表。矿石类型有石英(大)脉型、石英细脉型、裂隙型和构造角砾岩型，其中以石英细脉型辉钼矿为主，金属矿物主要有辉钼矿、黄铁矿，脉石矿物主要有石英、长石、绢云母、黑云母及绿泥石等。主成矿期为岩浆期后中温热液成矿，划分为3个成矿阶段，成矿前石英脉阶段、主成矿辉钼矿-石英脉阶段和成矿后期阶段，钼成矿与硅化、黄铁矿化、云英岩化和绢云母化关系密切[11-12]。

2 岩石学特征与测试方法

2.1 样品特征

此次研究样品分别采自西矿段Ⅱ矿体、东矿段Ⅰ-1矿体的贮矿围岩(成矿岩体)，为早白垩世二长(闪长)花岗岩，岩石呈浅灰、灰白色，中-细粒结构，局部呈似斑状结构，块状构造，岩石主要由石英(15%～22%)、斜长石(42%～50%)、钾长石(15%～25%)组成，少量黑云母和角闪石，矿物呈自形-半自形，粒径在0.3～3.5 mm，零星钾长石似斑晶，粒径可达1～2 cm；其中斜长石主要为更长石，呈宽板状、板状外形，具聚片双晶(图2-a)、卡钠复合双晶，斜长石(An18～20)，局部斜长石轻微绢云母化(图2-b)，角闪石绿泥石化、钾长石绢云母化和泥化等。结合详细的岩石学、岩相学和岩石地球化学分析，认为该岩体属广义花岗岩类，由花岗闪长岩和二长花岗岩组成，岩体内部界线并不截然，整体在岩石地球化学成分上表现出较一致的特征，因此定名为二长(闪长)花岗岩，属同期岩浆侵入的产物[4]。

2.2 测试方法及质量评述

全岩主量、微量元素和稀土元素在福建省地质测试中心完成，其中主量元素采用RIX-2100型XRF玻璃熔饼法完成，各项元素的分析精度均优于0. 8%；微量和稀土元素由Agilent 7500a型ICP-MS完成，含量测试误差小于7%。全岩Sr、Nd同位素测试在中国科学技术大学固体同位素地球化学实验室完成。同位素比值的测试在德国Finnigan公司 MAT-262热电离质谱计完成，Sr和Nd同位素比值测量精度优于0.003%[13]。

图2 西朝埃达克质岩的岩相学特征Fig.2 Petrographic feature of adakitic rock from the Xichao areaQtz—石英；Kf—钾长石；Pl—斜长石；Hb—角闪石

3 测试结果

西朝埃达克质岩的主量、微量元素和稀土元素测试结果(表1)所示。

表1 西朝埃达克质岩主量(%)、微量和稀土元素(×10-6)组成

续表1

3.1 主量元素

西朝埃达克质岩具有较高的SiO2含量，为68.80%～69.96%，处于酸性岩范畴；高Al2O3含量，为14.83%～15.24%，平均为15.05%，具典型埃达克岩富铝特征；MgO含量较低，为0.77%～0.85%；全碱含量为7.59%～8.28%。通过对该岩体6件薄片进行镜下岩相学观察，统计矿物含量组成，在QAP图解落入花岗闪长岩和二长花岗岩交界区附近，且靠近花岗闪长岩区(图3-a)；K2O含量较高，为4.25%～5.03%，Na2O/K2O比值小于1，为0.65～0.81，属高钾钙碱性-钾玄岩系列(图3-b)；A/NK比值为1.41～1.49、A/CNK比值为1.00～1.04，为弱过铝质岩(图3-c)。

图3 西朝埃达克质岩QAP(a)；SiO2-K2O (b)；A/CNK-A/NK (c))图解Fig.3 Diagram of QAP ( a),SiO2-K2O ( b)，A/CNK-A/NK(c)of adakitic rock of the Xichao adakitic rock

3.2 稀土和微量元素

西朝埃达克质岩的稀土总量(ΣREE)为113.16×10-6～186.41×10-6，LREE/HREE比值为11.39～14.36，(La/Yb)N为14.96 ～17.50，表现出轻稀土富集，轻重稀土强烈分馏的特征；在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图上(图4-a)一致性较好，均表现出强烈富集轻稀土的右陡倾的分布模式；δEu值为1.05～1.45，显示弱正铕异常，无负铕异常的特征与典型埃达克质岩相近[6]。

在原始地幔标准化微量元素蛛网图(图4-b)上，表现出Rb、Ba、Th、U、K等大离子亲石元素相对弱富集，Ta、Nb、P等强烈亏损，Sr未亏损，高场强元素Ti明显亏损；LREE强烈富集，HREE亏损的特征。西朝钼矿埃达克质岩在稀土元素配分模式图上和微量元素蛛网图上均与在华夏地块的海南屯昌、江西站塘、粤北灵溪等[14]识别的早白垩世下地壳部分熔融成因的埃达克质岩类似。

图4 西朝埃达克质岩的球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(a)；原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)[14]Fig.4 Chondrite normalized REE Patterns(a)and primitive mantle trace element spider diagrams(b)of Xichao adakitic rock

3.3 Sr、Nd同位素组成

西朝钼矿早白垩世埃达克质岩Sr、Nd同位素组成(表2)。根据对西朝钼矿测定的成岩年龄为115 Ma，将(87Sr/86Sr)i比值和εNd(t)i值按115 Ma校正。(87Sr/86Sr)i比值在0.709 778～0.710 097， εNd(t)i值为-7.09～-5.77，以115 Ma计算的二阶段Nd模式年龄为1.38～1.40 Ga。

表2 西朝埃达克质岩的Sr、Nd同位素测试结果

4 讨论

4.1 岩石成因

从岩石地球化学特征可以看出，西朝埃达克质岩表现出与典型埃达克质岩类似的特征，如较高的SiO2含量(68.80%～69.96%)、高Sr (452×10-6～620×10-6，>400×10-6)、富铝Al2O3(平均15.05%，>15%)，低Y含量(平均值17×10-6，<18×10-6)、低Yb含量(平均值1.68×10-6，<1.8×10-6)，高Sr/Y比值(26～33)和(La/Yb)N比值14.96～17.5，低 MgO(0.77%～0.85%，均<3%)。在埃达克岩Sr/Y-Y)和(La/Yb)N-YbN判别图解中，大部分样品均投影在埃达克岩区(图5-a、b)。

与典型埃达克岩相比，西朝埃达克质岩具有异常高的K含量，属高钾钙碱性-钾玄岩系列，Na2O/K2O比值在0.65～0.81，这与典型的俯冲板块熔融成因的钠质埃达克岩明显不同，结合高的(87Sr/86Sr)i比值特征，认为与中国东部加厚下地壳部分熔融形成的C型埃达克质岩石类似，岩体的形成可能受控于造山作用后期活动大陆边缘的地壳加厚[15]。

图5 西朝埃达克质岩Sr/Y-Y(a)和(La/Yb)N-YbN(b)判别图解Fig.5 Sr/Y-Y(a)和(La/Yb)N-YbN(b)diagrams of Xichao adakitic rock of the area

关于埃达克岩的成因，最初认为是年轻(小于25 Ma)俯冲洋壳(板片)发生部分熔融形成，源区残留富石榴石、贫斜长石的矿物相[6]，但近年来的研究显示，加厚的下地壳发生部分熔融可以形成埃达克质岩[8、10、14]。西朝埃达克质岩高K2O，较低的Ni、Cr和V，以及低的MgO含量，负的εNd(t)和相对高的Sr同位素初始比值等特征，均显示明显不是俯冲板片熔融成因的埃达克质岩，而表现出加厚的下地壳部分熔融成因的埃达克质岩的特征[14-15]。通过分析西朝埃达克质岩的SiO2与MgO、Mg#、Cr和Ni值的关系特征(图6)对2种典型成因的埃达克质岩进行判别[16]，结果均显示属加厚下地壳部分熔融成因，而不是俯冲作用有关的埃达克质岩，从岩石SiO2-K2O和A/CNK-A/NK判别图解中亦同样表现出加厚下地壳部分熔融形成的埃达克质岩。

通过近年的研究，在华夏地块的粤北灵溪、海南屯昌、江西站塘等地均有早白垩世埃达克质岩的报道，其成岩时代集中在100～107 Ma，与西朝埃达克质岩的成岩时代(115 Ma)相近，且均为加厚下地壳部分熔融的产物[14、17-18]。通过将西朝埃达克质岩的岩石地球化学和Sr、Nd同位素组成特征与其对比发现，西朝埃达克质岩的MgO、Ni、Cr等含量均与粤北灵溪、海南屯昌等由加厚下地壳部分熔融产生的埃达克质岩相似，且其稀土元素配分曲线和微量元素蛛网图均投影这些埃达克质岩的分布区内。西朝埃达克质岩较高的(87Sr/86Sr)i比值和负的εNd(t)值，均与粤北灵溪埃达克质岩的(87Sr/86Sr)i比值(0.708 6～0.709 1)和εNd(t)值(-6.2～-5.9)几乎一致，与海南屯昌埃达克质岩也非常相近[14、18]。综合分析认为，西朝钼矿早白垩世埃达克质岩应为加厚的下地壳发生部分熔融形成的。

图6 西朝埃达克质岩MgO-SiO2, Mg#-SiO2, Ni-SiO2 and Cr-SiO2 成因判别图解[16]Fig.6 MgO versus SiO2, Mg#-SiO2，Ni-SiO2 and Cr-SiO2 discrimination diagrams for Xichao adakitic rock

4.2 物质来源及与成矿作用的关系

西朝埃达克质岩的SiO2含量和A /CNK 值明显低于福建地区强过铝质壳源型花岗岩，且 Nb、Ta、Ti、P等亏损程度明显比紫金山壳源型黑云母花岗岩低[19]。岩石的εNd(t)值和二阶段Nd模式年龄( tDM2) 分别明显高于、低于福建象头山等 6 个强过铝壳源型花岗岩[20]的εNd(t) 值(-13. 4～-10. 0，均值为-12. 1)和tDM2值(1. 76～2. 08 Ga，均值为1. 96 Ga)。通过与华南典型的壳源和壳幔混源型花岗岩[21-22]进行对比，在t-εNd(t)图解(图7-a)中，样品均投影在华南元古代地壳演化域的上方，落入燕山期华南壳幔混源型花岗岩区内，反映了有幔源物质在其形成过程中起到了重要作用。

在(87Sr/86Sr)i -εNd(t)图解(图7-b)中投影于华夏地块早白垩世下地壳部分熔融成因的埃达克质岩区，暗示它们可能具有相似的物质来源。在图中表现出靠近岩石圈地幔，且向下地壳演化的趋势，也反映了岩石形成可能与壳幔相互作用密切相关。为考虑华夏地块广泛发育的元古代变质基性岩和变质沉积岩对岩石成因和物质来源的贡献，又考虑了华夏地区较发育的侏罗纪-早白垩世的玄武质岩石有可能底侵到下地壳，而且华夏地块海南屯昌和江西站塘埃达克质岩，都被认为是由侏罗纪和早白垩世玄武质岩浆底侵导致下地壳中基性物质部分熔融的产物[14、17-18]，因此也有必要探讨西朝埃达克质岩是否与侏罗纪-早白垩世的玄武质岩石有成因上的联系。因此选择了华夏元古代变质基性岩和变质沉积岩、侏罗纪玄武质岩石和元古代变质沉积岩分别作为基性和酸性端元进行模拟[14]，且模拟端元均按照115Ma年龄进行校正，结果显示样品点投影在侏罗纪玄武质岩石和元古代变质沉积岩混合演化线上或附近，显示西朝埃达克质岩的源区可以由华夏侏罗纪底侵的玄武质岩石(30%～40%)与元古代变质沉积岩(60%～70%)2个端元组成。综合分析认为，该岩体的物质可能来源经历了幔源物质底侵作用的加厚的元古代下地壳中基性物质发生部分熔融所形成，且在形成过程中有幔源物质组分加入。

图7 西朝埃达克质岩t-εNd(t)i图解(a)[21-22]和(87Sr/86Sr)i -εNd(t)图解(b)[14、23]Fig.7 t-εNd(t)I and (87Sr/86Sr)i-εNd(t) diagrams for Xichao adakitic rock of the area

笔者在之前的研究中通过对西朝钼矿的辉钼矿Re含量测定和分析[4]，认为该埃达克质岩为成矿岩体，且成矿物质主要来自该岩体，且二者具有共同的物质来源，为深部壳幔混合来源，主要来自下地壳。这与本次研究通过分析该埃达克质岩的岩石地球化学、Sr-Nd同位素特征得出的岩体为壳幔混源成因的，为受初生幔源物质改造的加厚下地壳发生部分熔融形成的，且成岩物质主要来自下地壳的结论是一致的，更进一步佐证了该埃达克质岩为成矿岩体且与成矿物质有共同的物质来源。

西朝埃达克质岩具有较高的Sr(452×10-6～620×10-6)、Ba(752×10-6～1 138×10-6)和K2O(4.25%～5.05%)含量，与中国东部发育的中生代高Ba-Sr花岗岩特征相近，试验表明高压条件下角闪榴辉岩-榴辉岩矿物相部分熔融产生的中酸性熔体的钾含量主要受控于源区[24]，可能表明西朝埃达克质岩的源区可能对应较高压力。岩体表现出明显的高Sr、低Y、Yb，富集大离子亲石元素(Rb、Ba、Th、U)和LREE，明显亏损Nb、Ta、Ti和HREE的特征，可能表明岩浆源区残留大量石榴子石有关，达到了石榴石相平衡。

稀土元素Eu异常(δEu)是示踪地壳-地幔交换作用的重要参数，Eu易分配在斜长石中，研究演化过程中随着斜长石的分离结晶，岩浆中Eu会明显减少，导致负Eu异常，但西朝成矿岩体表现出弱正Eu异常，表明在岩浆演化成岩过程中无斜长石的分离结晶，岩体正Eu异常可能暗示在源区有大量斜长石参与部分熔融过程。据王中刚[25]研究，高δEu值或正Eu异常的花岗岩多由地壳深部较基性的岩石发生部分熔融或基性岩浆分异作用形成，这与前文通过与典型埃达克质岩对比地球化学组、分析Sr-Nd同位素特征和矿体的Re含量得出的成岩物质主要来源于地壳深部(即加厚下地壳中基性物质的部分熔融)，且有幔源物质加入，是在造山作用后期活动陆缘内部加厚下地壳在壳幔相互作用下形成的结论吻合。

在水饱和、且低于固相线的温度下，斜长石在850～900℃、1.5 GPa(深度约50 km，相当于地壳底部)时会变的不稳定，斜长石发生大量的熔融[24]；而在此背景下，底侵幔源玄武质岩浆的上涌，充分加热加厚的下地壳，导致下地壳中基性物质开始发生大规模的部分熔融，这个过程不仅为富含斜长石的基性物质的部分熔融提供了热量来源，还可直接参与岩浆作用进行壳源和幔源物质的交换，这就很好的解释了加厚下地壳部分熔融成因的埃达克质岩为什么会表现出无负铕异常或正铕异常，也指示了西朝成矿岩体的源区深度可能达到或甚至超过50 km，源区为残留石榴石、普通角闪石及少量金红石，且斜长石大量参与了源区的部分熔融过程。

4.3 地球动力学机制

华夏地块上目前发现的白垩纪埃达克质岩的成岩年龄115～100 Ma，目前尚未有早于115 Ma的埃达克质岩的报道，可能暗示华夏地块地壳在早白垩世末期之前发生了一定程度的加厚。关于海南屯昌埃达克质岩的研究，提出了侏罗纪玄武质岩浆底侵加厚地壳的模式，该模式认为受到软流圈物质持续上涌的作用，主要来自岩石圈地幔或被交代过的软流圈地幔的玄武质岩浆底侵并形成新生地壳，在早白垩世末期，这个新生加厚的下地壳发生部分熔融形成埃达克质岩[18]，这个模式也可以很好的解释西朝钼矿埃达克质岩的形成过程。但也有学者认为，玄武质岩浆底侵作用形成出初生地壳对下地壳加厚的贡献是有限的[14]。

通过对西朝埃达克质岩进行构造环境判别(图8)，在Y+Nb-Rb(a)和Yb+Ta-Rb(b)图解样品均投影在同造山花岗岩和火山弧花岗岩的交界区，在R1-R2图解(c)中样品落在了同碰撞花岗岩区附近，可能反映了该岩体的形成与早白垩世古太平洋板块向欧亚板块俯冲有关。关于华夏地块早白垩世下地壳加厚的过程，笔者综合分析认为欧亚板块东南缘的华夏地区在早白垩世早-中期(为145～120Ma)经历了古太平洋板块向欧亚板块的峰期俯冲造山阶段，洋壳俯冲持续变陡，以高角度俯冲为主，整体处于挤压背景下，导致陆壳迅速增厚和抬升；至早白垩世晚期(为120～100 Ma)，古太平洋板块继续俯冲，地壳进一步抬升和加厚，随着俯冲阻力的增大，俯冲板片开始发生快速回撤，由挤压转为伸展拉张环境，持续加厚的下地壳在底侵的楔形岩石圈或被交代过的软流圈地幔物质的不断加热下发生部分熔融，形成早白垩世埃达克质岩，并伴有一定的钼成矿作用。因此认为，西朝钼矿埃达克质岩是在早白垩世古太平洋板块俯冲背景下，在远离俯冲带前缘的陆内环境发生以幔源物质上涌导致加厚的下地壳发生部分熔融、且有幔源物质加入形成的，属强烈壳幔相互作用产物。

图8 西朝埃达克质岩Y+Nb-Rb(a)、Yb+Ta-Rb(b)和R1-R2(c)构造环境判别图解Fig.8 Y+Nb-Rb(a)、Yb+Ta-Rb(b)and R1-R2(c) diagrams for discrimination of tectonic environment of Xichao adakitic rock

5 结论

(1)西朝钼矿成矿岩体富Al2O3、高Sr ，低Y、低Yb、低 MgO，高Sr/Y比值和(La/Yb)N比值的地球化学行为，为典型的埃达克质岩的特征。

(2)西朝埃达克质岩的(87Sr/86Sr)i比值为0.709 778～0.710 097，εNd(t)值-7.09～-5.77，稀土元素配分和微量元素蛛网图特征，均与华夏地块早白垩世加厚下地壳部分熔融成因的埃达克质岩类似。

(3)西朝钼矿埃达克质岩形成于古太平洋板块向欧亚板块俯冲背景下，早白垩世晚期区域由挤压向伸展拉张环境转换的过程中，在底侵的楔形岩石圈地幔或被交代过的软流圈地幔物质上涌且不断加热下，加厚下地壳中基性物质发生部分熔融，且有幔源物质加入形成的。