埃达克岩来自高压背景 —— 一个科学的、可靠(2)
岩石模拟和实验研究表明,镁铁质下地壳或主要以玄武质岩石为主的下地壳的部分熔融物的成分主要取决于熔融时的压力,源岩如果主要由榴辉岩组成,大体处于≥45~50km深处(Kay and Kay, 1993; Rapp and Watson, 1995; Petford and Atherton, 1996; Rappetal., 1999; van Westrenenetal., 2001)。笔者强调指出,实验研究非常重要,实验的结果除了要重视残留相中石榴石是否出现外,还应考虑斜长石的出现与否压力下的石榴石出现线只表明与之平衡的熔体是贫Yb的。如果石榴石出现的同时斜长石消失了,熔体就贫Yb富Sr(斜长石全部进入熔体,Sr与斜长石的Ca呈类质同象被带进熔体),这才是埃达克岩的特点(图1;张旗,2014);如果石榴石出现的同时斜长石没有消失(残留相可能为含石榴石的痳粒岩相),则熔体既贫Yb也贫Sr,就不是埃达克岩的特征了(而是喜马拉雅型花岗岩,张旗等,2008;张旗,2014)。因此,实验研究得出的一个重要的结论应当是:与榴辉岩平衡的熔体才是埃达克岩,而不是只与石榴石平衡的熔体(图1)。
图1 不同类型花岗岩形成的温度-压力条件(据张旗,2014)Fig.1 Pressure-temperature conditions of different types of granite (after Zhang, 2014)
举例来说,在华北如果出露了一个140Ma左右的花岗岩,由于该时期华北正处于高原,因此,不论花岗岩是否经历过结晶分离、混合、混染、交代作用,也不论源区是富锶还是贫锶、地幔热状态如何、与地壳有没有发生过壳/幔相互作用等等,形成的中酸性岩应当统统是埃达克岩。如果经过研究认为埃达克岩发生过上述作用,那么,这些作用都是在高压背景下发生的。上述作用可能对其他元素影响很大,但是对Sr和Yb两个元素的影响很小,Sr和Yb主要受压力的控制。相反,如果在南岭也出露了一个140Ma左右的花岗岩,由于该时期南岭处于地壳减薄时期,因此,不论花岗岩是否经历过上述种种作用,也不论源区锶含量多少、地幔热状态如何、与地壳有没有发生过壳/幔相互作用等等,所形成的花岗岩一定是南岭型的,而不可能是埃达克岩。如果经过研究认为花岗岩发生过上述作用,那么,这些作用都是在低压背景下发生的。
2 由埃达克岩引申出来的不同类型的花岗岩
Defant and Drummond (1990)的贡献不只是提出了埃达克岩,他们根据Sr/Y关系还区分开了两类中酸性岩:埃达克岩和正常的安山岩-英安岩-流纹岩两个系列。前者是高锶低钇的,后者是低锶高钇的。后来我们在研究中发现还有一类低锶低钇的类型,在喜马拉雅地区最多,我们称其为喜马拉雅型。随后我们发现还有一类花岗岩的Sr特别低,而Yb特别高,且具有明显的负铕异常,该类花岗岩在南岭地区非常普遍,与钨、锡成矿有关,我们称其为南岭型(大体类似A型花岗岩)。最后,经过很长一段时间,我们发现还有一类高锶高钇的花岗岩,于是在Sr-Yb图上(部分还需要考虑铕异常资料)就可以分出五类花岗岩(图2):埃达克型、喜马拉雅型、浙闽型、广西型和南岭型(张旗等,2006,2008; 张旗和李承东,2012;张旗,2014)。
图2 花岗岩的Sr-Yb分类图(据张旗,2014)Fig.2 Sr-Yb diagram of granites classification (after Zhang, 2014)
南岭型大体相当于A型花岗岩,为什么还要起一个新名词?因为:(1)A型花岗岩有不同的指标,学术界比较青睐(K2O+Na2O)和Zr对Ga/Al以及FeOT/MgO和(K2O+Na2O)/CaO对(Zr+Nb+Ce+Y)的指标(Whalenetal., 1987)。这两个图件有时好用,有时并不好用,会产生矛盾的结果(Lietal., 2017)。(2)本文的南岭型不是按照上述标准,而是按照Sr-Yb的含量:Sr<100×10-6,Yb>0.5×10-6,Eu/Eu*<0.3。符合上述标准的是南岭型,不符合上述标准的不是南岭型。经过笔者多年的实践,南岭型大致即没有疑义的A型花岗岩,代表地壳减薄的产物。
上述五类花岗岩的差别可以统一用残留相组合解释:埃达克型花岗岩富Sr贫Yb,指示源区有石榴石无斜长石,残留相为榴辉岩;喜马拉雅型贫Sr和Yb,暗示源区既有石榴石还有斜长石,残留相为含石榴石的麻粒岩;浙闽型贫Sr富Yb,源区无石榴石有斜长石,残留相为斜长角闪岩;南岭型非常贫Sr富Yb,源区富高钙的斜长石和辉石,也为斜长角闪岩;广西型富Sr和Yb,源区既无石榴石也无斜长石,残留相为角闪石岩或角闪辉石岩(张旗,2014)。
图2很有用,它仅采用Sr和Yb两个元素,无需其他标志(如La/Yb、Sr/Y、Sr/Yb等),却适合全球全部花岗岩类(SiO2>56%)。其地质意义是反映了花岗岩形成时源区的压力状况,而不论源区是由什么物质组成的,也不论源区形成花岗岩时的条件如何、部分熔融程度如何、熔融时含水量如何以及花岗岩形成后经历了什么改造、改变、混合、混染、蚀变、风化等等(当然,是有一定限度的,如果变化的程度使花岗岩面目全非就很难说了)。一组样品或一个岩体或一套火山岩的样品,大部分落入哪个区域,即属于该区域的花岗岩类型,即反映了其形成时的压力条件。且不论花岗岩形成在什么时代(太古宙除外),这是从大概率角度说的。
文章来源:《高压物理学报》 网址: http://www.gywlxbzz.cn/qikandaodu/2021/0104/374.html