爪哇和加里曼丹（印尼）新生代埃达克质岩的地球化学特征、成因及构造环境对比

胡 鹏，朱章显，杨振强

HUPeng，ZHUZhang-Xian,YANGZhen-Qiang

（中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉430205）

(Wuhan Center of China Geological Survey,Wuhan 430205,Hubei,China)

埃达克岩是指一类具独特地球化学特征的中-酸性火成岩（SiO2＞56%），以低的重稀土元素Yb和Y含量和高的Sr/Y和La/Yb比值(＞20~40)以及高的Sr、Zr、Ni、Cr含量和高Mg#值为特征[1-3]，形成于主动大陆边缘构造环境中。由于环太平洋带埃达克岩的岩石类型、产状、地球化学特征和成因具有多样性和多变的的特点[3-8]，Richards（2007）等更主张将具有上述地球化学特征的火成岩岩石类型（包括太古代埃达克质TTD、TTG岩类和片麻岩）统称为类埃达克岩（adakite-like）[9]或埃达克质岩（adakitic）。因此，埃达克岩实际上是主动大陆边缘上包括安山岩-英安岩-流纹岩系列在内的中-酸性长英质火成岩套。

近年来，笔者等在东南亚地质和矿产研究中，针对西南太平洋带和东太平洋带的新生代埃达克岩的构造环境、成因和含矿性进行过初步研究和对比，认为主动大陆边缘的埃达克质岩的鉴定标志应以低的重稀土元素含量(Yb≤1.9×10-6和Y≤18×10-6）为主，而La/Yb和Sr/Y比值以及Sr、Zr、Ni和Cr含量、Mg#值等则是划分成因类型以及探讨其成因和构造环境的标志[10-16]。

西南太平洋带的巽他古陆边缘是埃达克岩和埃达克质岩极其发育的地区。新生代埃达克质岩广泛分布于菲律宾群岛、苏拉威西岛弧、哈马黑拉岛弧、几内亚岛的欧文斯坦利褶皱带、新几内亚的俾斯麦岛弧、阿德默勒尔蒂群岛、布干维尔岛弧和所罗门群岛等岛弧带。但是，对爪哇岛、加里曼丹岛中部、苏门答腊岛（印度尼西亚）和中南半岛（印支地块）的埃达克岩和埃达克质岩的研究不足，文献记录也比较缺少。目前，尚未有爪哇埃达克质岩的文献报道，只在南苏门答腊楠榜省见有个别第四纪岛弧埃达克质岩的岩石化学分析数据[17]。在加里曼丹岛中部的新塘地区曾见有6个新近纪埃达克质花岗闪长岩（18.3～19.2 Ma）和2个钙-碱性英安岩（16.5～16.7 Ma）报道[18]。在印支地块（中南半岛）北东侧边缘的越南西北部Phan Si Pan地区也有古近纪（38 Ma）埃达克质花岗岩的文献[19]。另外，在靠近中国边界的越南西北部Pu Sam Cap地区见有个别古近纪（32～36 Ma）埃达克质花岗岩[20]。

本文作者在实施中-印尼国际合作研究项目的过程中，收集、分析已发表的爪哇和加里曼丹中部等地新生代岩浆岩岩石化学资料[21-22]的基础上，依据上述低Yb和Y含量主要的地球化学鉴别标志，识别出该区存在埃达克质岩（表1）的事实，并籍助PetroGraph和Minpet2.0岩浆岩地球化学作图软件[23-24]对这些岩石化学数据进行处理，编制其主量元素、微量元素图解以及各种地球化学-构造环境判别图解，对其形成构造环境进行判别；同时将其与中南半岛同时代埃达克质岩的构造环境相对比。

本研究的目的在于探索本区新生代埃达克质岩成因和岩浆岩源区。这将有助于解释爪哇和加里曼丹中部Au矿和爪哇斑岩型Cu-Au的成因和分布规律，具有科学理论研究和重要的经济意义。

1 岩浆岩的构造背景

爪哇岛和加里曼丹岛在大地构造上位于巽他古陆核边缘，属于该古陆核东南边缘上白垩纪加积楔(图1)。在新生代时，该区侵入-火山岩产出于欧亚大陆板块与太平洋（菲律宾）板块和印度洋板块汇聚加积楔所形成的岛弧系统过渡带中。

爪哇岛古近纪（晚始新-早中新世）的岩浆岩为枕状熔岩，分布于东爪哇和中爪哇，属典型的岛弧拉斑玄武岩系列。分布于西爪哇南部相同的火山岩系（称为“老第三系”火山岩）的宽度只有60 km。西爪哇的新近纪火山岩为钙-碱性玄武岩和安山岩，见有少量高钾的钙-碱性岩和橄榄玄粗岩系列。该岛新生代的火山岩可划分为南、北分布的两条E-W向展布的岩浆岩带：南带的成因与古近纪洋壳俯冲有关，而北带的形成时代较晚，其成因与新近纪俯冲有关。第四纪的火山锥则分布于新近纪岩浆岩带之内。

加里曼丹中部新生代岩浆岩带主要为晚渐-中新世（K-Ar法年龄51～16 Ma） 火山岩，呈NE-SW向分布。古近纪早期板块俯冲导致形成晚始新-早渐新世的硅质火山碎屑岩；晚渐新世-更新世的岩浆作用与板块俯冲作用相关，其岩浆演化系列为钙-碱性至高钾钙-碱性。该岩浆岩带与该岩浆岩带与该岛中部新塘地区新生代“金矿带”（即：新近纪浅成热泉金矿化的新塘至克莲成矿带）母岩的形成构造环境与古南海（中国）地体海底扩张产生的新生洋壳的早期俯冲有关(见文献[21]上图6)。

表1 爪哇、楠榜、加里曼丹中部和越南西北部代表性的新生代埃达克质岩地球化学分析结果Table 1 Geochemical analysis results of representative adakitic rocks in Java, Kalimantan, Lampung, central and northwestern Vietnam

2 岩浆岩地球化学背景

爪哇岛的新生代岩浆岩在区域上为低钾火山岩，其地球化学特征是微量元素和稀土元素Rb、Sr、Ba、La、Ce含量较低，亏损高场强元素。高钾的钙-碱性或橄榄玄粗岩只见于新近纪火山岩中。随着地质年代变新，其不相容元素逐渐增加，表明其成因与洋壳板块俯冲和沉积物质熔融增加有关。

加里曼丹岛中部的区域新生代岩浆岩以SiO2含量与K2O、Na2O和CaO含量成正比，而与MnO、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO含量成反比为特征。古近纪火山岩普遍为活动大陆边缘岛弧型的钙-碱性岩浆岩；新近纪的高K钙-碱性岩和高镁系列为高MgO和高Ti2O含量，显示其构造环境与大陆边缘的扩张和裂陷作用有关。其中，浅成热液金矿母岩为埃达克质岩。

图1 研究区域的大地构造简图（据文献[25]修改）Fig.1 Tectonic map of study area

3 埃达克岩的地球化学特征

根据近年来研究结果，笔者认为确定埃达克质岩的主要地球化学标志应为主量元素SiO2含量＞56%、低的稀土元素Yb含量和Y含量[9-16]。爪哇岛和加里曼丹岛中部（表1）。新生代岩浆岩的Y含量（≤18×10-6）和Yb含量（≤1.9×10-6）低，符合埃达克质岩的鉴定标志。两地埃达克质岩主量元素SiO2含量为57.8%～79.5%，TiO2、Fe2O3和P2O5含量（0.1%～0.75%）偏低，多数样品的Na2O含量≥K2O含量，属钙-碱性系列。而非埃达克质岩则为拉斑玄武岩系列（图略）。爪哇岛埃达克质岩占新生代中酸性火成岩样品的36%，而加里曼丹岛中部的埃达克质岩占50%。多数埃达克质岩在ANK-ACNK图上为准铝质岩，少数为过铝质岩类型（图2b）。在元素蛛网图中，形成Ta、Nb、K、P和Fe的低谷区（图2a）。微量元素强烈亏损Ta和Nb为岛弧环境的特征。

在埃达克质岩鉴别图Sr/Y-Y和La/Yb-Yb图上显示，Sr/Y比值与Y含量以及La/Yb比值Yb含量都成反比关系，反映了本区埃达克质岩的成因与海洋板块俯冲具有明显的直接关系（图2c、d）。

在Sr/Y-SiO2的哈克图上显示，Sr含量和Sr/Y比值与SiO2成正比关系。但是，当SiO2含量大于70%是即转变为反比关系（图3c、d）。在哈克图上还显示：当SiO2含量小于65%时，Na2O含量与SiO2为正比关系，而当SiO2含量大于65%时，它们即转变为反比关系，直到SiO2含量达到80%为止（图略）。La/Yb比值与SiO2含量的变化关系也有类似情况出现（图3a）。Yb含量与SiO2含量呈反比关系（图3b），有力地显示俯冲板片对形成埃达克质岩的影响作用很强烈。稀土元素La/Yb比值为3.47～28，表现为LREE富集右倾型的铲状曲线特征不甚明显（图略）。另外，各个样品的Ce和La含量在Ce-La图上（图略）呈正比关系（呈一条直线排列）证明本区埃达克质岩具有相同性质的成因、岩浆演化规律和岩浆源区。

图2 新生代埃达克质岩的地球化学图解Fig.2 Geochemical discriminative for Cenozoic adakitic rocks

本区埃达克质岩具有高的Mg#值（0.52～0.94），与阿留申群岛Adak型埃达克岩相同。Cr含量（3～71）和Ni（2～53）含量的变化值比较接近阿留申群岛Piip型埃达克岩的变化范围[10]。

爪哇岛东部的帕芝坦地区的埃达克质岩样品（PT-57A）Zr/Hf比值为40，与两个高Zr/Nb比值（50～70）样品（PC-1和PC-3）互相对应（表1），显示其物质来源成因可追溯到地幔，说明爪哇岛岩浆岩源遭受过地幔楔交代作用十分强烈。

4 埃达克岩的成因类型和构造环境判别

4.1 成因类型的构造环境意义

资料显示本区内多数陆缘岛弧的埃达克质岩以C-型为主，并伴生少量的O-型（表1），与典型的阿留申群岛Adak型（C-型，）埃达克岩和Piip型（C-和O-型混合）埃达克岩相似[10]。

爪哇和加里曼丹中部新生代埃达克质岩La/Yb比值（La/Yb=3.47～28）与阿留申群岛的埃达克岩La/Yb比值（La/Yb＞20）对比结果偏低（表1）。若以La/Yb=12作为埃达质克岩两种成因类型的划分界线[11,13,15]，则本区埃达克质岩多数为C-型，少数为O-型（表1；图3c、d），充分表明埃达克质岩的成因与俯冲洋壳板块引起的部分熔融和上地壳的结晶分离AFC作用有关。与环太平洋带的C-型和O-型埃达克质岩的产状具有多样性的特征相似，本区埃达克质岩既可单独产出在一个岩浆岩带中，也可以C-型和O-型共同产出的形式出现在同一条岩浆岩带中。但是，本区以C-型和O-型共生在同一条岩浆岩带中的情况居多。随着SiO2含量的增加，埃达克质岩可以由O-型转变为C-型，构成连续的变化系列[9-14,16]。笔者认为：大陆边缘所形成的O-型埃达克岩成因与岛弧构造环境的俯冲洋壳板片部分熔融作用有关，但是也可能与洋壳板片之上的地幔楔混染（MASH）或者与下地壳底部中-基性岩（包括埃达克质TTG和TTD片麻岩）的部分熔融有关。

图3 火成岩的微量元素与SiO2 变异图Fig.3 Variation between Traceelements and SiO2 contents in adakitic rocks

4.2 大地构造环境判别

微量元素地球化学-构造环境图解是判别岩浆岩形成构造环境的重要依据。爪哇岛和加里曼丹岛中部大多数的埃达克质岩样品在AFM图解上落在陆缘岛弧与扩张岛中心分界线附近（图略）。在Rb-(Y+Nb)图解上,集中在火山弧的范围内，显然为活动大陆边缘火山活动的产物（图4a）。

形成活动大陆边缘埃达克质岩的构造环境可以采用微量元素Th-Nb-Zr、Th-Ta-Hf和La-Nb-Zr地球化学图解来判别。这些图解是根据板块汇集边缘玄武-安山-英安岩系列的大量数据编汇而成的图件，对板块缝合线两侧的基性至中酸性火成岩的大地构造环境具有很好的判别效果[26-28]。近年来笔者等的研究实践证明：这些图解不仅仅可用于主动大陆边缘中-基性（玄武岩-安山岩）岩类的构造环境鉴别，也可适用于中-酸性长英质（包括埃达克质岩）火成岩套的构造环境判别[10-16,29]，其效果与Th-Ta-Yb图解（图4c、4d）相同，完全可以应用于大洋岛弧（海山）、陆缘岛弧、板内火山弧和陆-陆碰撞带附近的大陆板内次一级环境（例如板内裂谷及陆缘裂谷、初始裂谷和弧后扩张盆地等等）的判别[29-31]。

图4 火成岩的的微量元素地球化学-构造环境判别图Fig.4 Tectonic environment discrimination by traceelements of adakitic rocks

爪哇岛和加里曼丹岛中部的埃达克质岩样品的Nb/Zr比值＞0.04，少数样品Nb/Zr比值＜0.04，在La/Zr-Nb/Zr判别图（图4b）上分布于N-MORB范围内，部分爪哇样品的Nb/Zr比值＞0.1，落在陆-陆碰撞带的范围内。而加里曼丹中部大多数埃达克质岩样品则分布于陆缘岛弧、火山弧和陆-陆碰撞带的范围内。在微量元素Th/Yb-Ta/Yb图解和Th/Ta-Yb图解上，爪哇非埃达克质玄武-安山岩和埃达克质玄武-安山岩对比地区（越南西北部和南苏门答腊楠榜）形成于活动大陆边缘（ACM）和岛弧（IA）范围内（图4c、d），而埃达克质岩因为缺乏Th和Ta的数据，无法表示。

简言之，爪哇和加里曼丹中部埃达克质岩形成的构造环境略有不同。前者以洋中脊(N-MORB)、陆缘岛弧、陆-陆碰撞带为主，而后者以陆缘岛弧和陆-陆碰撞带为主（图4b）。

5 大地构造环境对比

5.1 与越南新生代陆缘岛弧和活动大陆边缘（ACM）埃达克岩对比

越南新生代埃达克质岩出露于欧亚板块的印支地块与华南板块结合处（缝合线）西南侧。其中Phan Si Pam地区的岩浆岩以埃达克质岩花岗岩为主，其主量元素以高Si、Al、K、Na和低Mg、Ca地球化学性质为特征。在ANK-ACNK图上，样品落在偏铝质岩花岗岩和过铝质岩花岗岩的过渡带，其K2O/Na2O=1.02～1.31,属于高钾高硅埃达克质花岗岩。该埃达克质花岗岩的K2O和Na2O与SiO2含量在Harker图解上的变化趋势不明显（图略）。富集大离子亲石元素LILE元素和稀土元素LREE，以高Sr含量（744～1316）×10-6和贫Y含量（6.93~15.8）×10-6，低Yb含量为（0.52~0.71）×10-6为特征。Sr含量、Sr/Y比值和La/Yb比值在SiO2变异图上似乎显示与SiO2含量呈反比关系（图4a、4c、4d）。在微量元素蛛网图上显示强烈的Ta、Nb和Ti谷，为岛弧环境的性质。该地区埃达克质岩具有低的Mg#值（0.40～0.52），比阿留申群岛Adak型埃达克岩的Mg#值低，而Cr含量（0.93×10-6～1.4×10-6），Ni含量（0.12×10-6～0.99×10-6）相对于阿留申群岛Piip型埃达克岩的Cr、Ni含量也低[10]。

然而，位于哀牢山剪切带南段西侧的越南Pu Sam Cap高钾碱性岩，其主量元素以低Ti、P、Fe和高K、Na为特征,属于高钾钙-碱性至超高钾碱性系列。富集大离子亲石元素LILE和轻稀土元素LREE。埃达克质岩在微量元素蛛网图上显示强烈的Ta、Nb和Ti低谷。在Rb-(Y+Nb)图解上,落在靠近同碰撞带的火山弧花岗岩范围内，为活动大陆边缘陆-陆碰撞的产物。

越南新生代埃达克质岩具有高的Zr/Hf比值（38.08～48.7），比地幔比值（36.27）高得多。其Nb/Ta比值（17.8～27.8）也高于地幔比值（17.5）[32-35]。有充分证据证明该埃达克质岩来源于地幔岩石圈部分熔融或下地壳底侵的结果。

5.2 与南苏门答腊第四纪岛弧型埃达克质岩对比

南苏门答腊楠榜省位于西爪哇的西北，隔巽他海峡与爪哇岛相望，在构造上属于暹缅马苏（Sibumasu）地体的南东向延伸部分。第四纪火山岩十分发育。其中，埃达克质岩占中酸性火成岩样品的50%以上，以Na2O＞K2O和低MgO含量（1.88%）以及高Ba、Sr、Th和K元素为特征，属于低硅埃达克质岩。并且具有低高场强元素Ta、Nb、P、Zr、Hf和Ti，以及低的Ce、Sm、Y和Yb含量为特点。但是，Ti和Ce元素含量比MORB高些。埃达克质岩具有高的Kg#值（0.58），和高的Cr（47×10-6）和Ni含量（170×10-6），与阿留申群岛Adak型埃达克质岩的特征相同。南苏门答腊楠榜以西的大多数火山岩样品Zr/Hf比值变化于35.94～44.04之间，显示其岩浆来源与岩石圈地幔（Zr/Hf＞36.27）的部分熔融有关，是壳-幔交代的结果。

楠榜以西的火山岩为岛弧型的玄武-英安岩，而楠榜以东以弧后盆地型玄武-安山岩为主，分别属于岛弧（IA）型和活动大陆边缘（ACM）构造环境[17]。其中所见的埃达克质岩（表1）属于O-型埃达克质岩，在Nb/Zr-La/Zr判别图（图4b）上落在陆缘岛弧的范围内；在微量元素Th/Yb-Ta/Yb和Th/Ta-Yb图解上落在岛弧（IA）的附近（图4c、d）。从而也证明了Nb/Zr-La/Zr判别图与Th/Ta-Yb图解的构造环境判别效果相同，完全适合于活动大陆边缘长英质火成岩的构造环境判别。

6 成因及源区探讨

上述两种埃达克岩的成因类型反映了两种不同深度的岩浆源区。O-型埃达克岩是由俯冲的年轻大洋板片和沉积物质消减作用以及玄武质下地壳发生部分熔融形成，岩浆来源区应该为受混染的地幔楔或下地壳（埃达克质TTD和TTG岩类或片麻岩），或者被解释为地幔楔交代和下地壳底部混染MASH（熔融-混染-储存-均一化）作用[9]。研究结果表明，海洋板块较平缓俯冲环境可能是形成O-型埃达克岩最有利的构造条件。俯冲板片的部分熔融或板片拆沉作用是产生O-型埃达克岩的主要物质来源，其理想的形成构造环境是属于地壳厚度不大于90 km的大陆边缘火山弧和大洋岛弧带[9,13,15]。而C-型埃达克岩是由加厚的地壳底部的新底侵的玄武质下地壳部分熔融叠加上地壳重熔和分离结晶而成。由于C-型埃达克岩具有高的La/Yb比值,可断定它的形成与上地壳的重熔和结晶分离AFC（混染-分异-结晶）作用密切相关。即使是由俯冲板片局部熔融所产生的埃达克岩也与其上覆板块的岩石圈地幔楔发生岩浆混染的过程MASH（熔融-混染-储存-均一化）和AFC（混染-分异-结晶）有关。

从图3b所示可知，本区埃达克岩的Yb含量与SiO2含量呈反比关系，暗示俯冲板片的残留相是属于高压来源的矿物（含石榴石，辉石、榍石、角闪石的榴辉岩相）。然而，Na2O（图略）和Sr含量（图3c）与SiO2含量在65%以后转变为反比关系则反映了上地壳的结晶分离（AFC）过程。其构造环境模式如文献[21]上图6所示，加里曼丹中部的埃达克岩可能与俯冲的洋壳发生部分熔融和加厚的下地壳底侵作用有关。

爪哇岛具有高Zr/Hf比值和高Zr/Nb比值以及南苏门答腊楠榜以西的大多数火山岩样品高Zr/Hf比值的事实证明，本区埃达克质岩的岩浆岩源遭受过强烈的地幔楔交代作用。

在Zr/Nb-MgO图解（图5a）上可以看出，爪哇岛东部的帕芝坦（Pacitan）地区的两个O-型埃达克岩（PC-1和PC-3）（K-Ar法年龄15.3Ma），具有较高的Zr/Nb比值（57～70）和MgO含量（3.07%～3.86%），与样品（PT-57A）的Zr/Hf比值（40）相对应，其物质源区显然是来源于地幔楔的交代和混染作用的结果，而那些Zr/Nb比值相当于N-MORB（20～40）的样品则表现俯冲岩层对地幔楔的稀释作用，或者是表示洋壳（N-MORB）的局部熔融。

在Zr/Nb-Zr图解（图5b）上，爪哇、加里曼丹中部和南苏门答腊楠榜的埃达克质岩明显地显示出形成于俯冲的洋壳板片局部熔融的演化趋势（左箭头），以及加里曼丹部分样品和越南西北部新生代埃达克岩来源于上地壳分离结晶（右箭头）的两种不同演化趋势，分别代表两种不同的岩浆岩源区。由此可见，爪哇、加里曼丹中部和南苏门答腊楠榜省的埃达克质岩与越南西北部新生代埃达克质岩是两种不同源区和岩浆作用的结果：前三者为洋壳板片（N-MORB）局部熔融叠加地幔楔（Zr/Nb比值大于40）交代和混染作用成因，后者则为碰撞后的来源于下地壳的岩浆在上地壳发生强烈分离结晶作用结果。

综上所述，爪哇、加里曼丹中部和南苏门答腊的埃达克质岩浆岩都是起源于板块俯冲，具有十分相似的成因、岩浆源区和演化规律。不过爪哇岛显示更多的地幔楔交代和混染作用（图5），而加里曼丹中部和南苏门答腊显示更多的为俯冲洋壳板片局部熔融的作用。

图5 埃达克岩的Zr/Nb-MgO（a）（图式仿Macpherson&Hall,1999）[36]和Zr/Nb-Zr图解（b）（图式仿Maulana,2009）[37]图例同图2Fig.5 Zr/Nb-MgO(a)and Zr/Nb-Zr diagrams(b)for Adakite

7 结论

（1）依据以La/Yb比值（=12）为划分两类埃达克岩的临界值的准则，本区埃达克岩多数为C-型，少数为O-型。O-型埃达克质岩成因是由典型的俯冲板片部分熔融和地幔楔交代和混染作用为主，C-型埃达克质岩由加厚的下地壳底侵作用叠加上地壳分离结晶作用而成的。

（2）通过对本区新生代埃达克质岩的地球化学图解和构造环境判别，爪哇岛、加里曼丹岛中部新生代埃达克质岩和南苏门答腊第四纪埃达克质岩产出的构造环境与越南西北部新生代埃达克质岩略有不同。前者以岛弧型为主，形成于近海沟的火山弧，后者则比较分散，位于大陆板内（陆-陆碰撞带或弧后扩张盆地）为主。

（3）微量元素Th-Nb-Zr，Th-Ta-Hf、La-Nb-Zr和Th/Yb-Ta/Yb图解是主动大陆边缘形成的埃达克质岩有效的地球化学-构造环境判别工具，而Zr/Nb-Zr和Zr/Nb-MgO图解及高场强元素（Zr、Hf、Nb、U、Nb、Ta）比值则有助于源区和岩浆作用的分析。在Zr/Nb-Zr图解上和Zr/Hf比值显示爪哇岛和南苏门答腊楠榜以西的大多数火山岩的埃达克质岩浆岩 源区为俯冲洋壳板片和地幔楔局部熔融，加里曼丹岛中部也显示出俯冲洋壳板片局部熔融和地壳分离结晶作用。越南西北部新生代埃达克质岩主要为陆-陆碰撞后上地壳分离结晶作用的结果。

（4）本区及对比区的各个岩浆岩样品的Ce和La含量在Ce/La图上成正比关系，证明本研究区内岩浆来源、成因和演化规律的一致性。

（5）埃达克岩与铜、金、铅、锌等金属矿产成矿作用有密切的成因联系，在加里曼丹岛中部是浅成热液金矿（新塘至柯莲金成矿带）的母岩；在爪哇岛是斑岩型铜-金矿的母岩。因此，加强研究区埃达克质岩研究，对本区找矿工作有一定的指导意义和经济价值。

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