印尼苏门答腊岛巴东地区埃达克质岩地球化学特征和构造环境

朱章显,杨振强,胡 鹏

(中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北 武汉 430205)

地质找矿

印尼苏门答腊岛巴东地区埃达克质岩地球化学特征和构造环境

朱章显,杨振强,胡 鹏

(中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北 武汉 430205)

根据苏门答腊岛巴东地区的岩石化学分析数据与典型埃达克岩进行对比，本文讨论其地球化学特征及其大地构造环境意义。对比结果表明:该地区的埃达克质岩微量元素特征为低Sr含量(一般为3.88×10-6～83.6×10-6)，低重稀土元素Y含量(≤20×10-6)和低Yb含量(≤1.9×10-6)，低Sr/Y比值(1.09～18.55)。在微量元素蛛网图上有Th、Ba正异常峰和强烈的Nb、Ta、Ti 等元素负异常。稀土元素La/Yb比值为1.28～35.46，在REE元素配分曲线模式图上显示LREE富集和不富集两种模式，属于C-型和O-型埃达克岩。该地区埃达克质岩的大地构造环境位于洋-陆碰撞带附近的活动大陆边缘火山弧带中，岩浆来源于俯冲板片局部熔融叠加地幔楔的局部熔融和混染(MASH)区。埃达克岩的分布区域与矽卡岩型铜-金矿、铁矿和浅成热泉型金矿成矿带分布相一致，具有重要的指示意义。

埃达克质岩;洋-陆碰撞;陆缘火山弧;矽卡岩型铜-金矿带

埃达克岩是一种新型的火成岩套[1-2]，是以重稀土元素Yb含量(≤1.9×10-6) 和Y含量(≤18×10-6)低为特征的中-酸性(SiO2≥56%)钙碱性火成岩，岩石类型多样化，主要为岛弧型安山岩 、英安岩、钠质流纹岩及相应的侵入岩。新生代埃达克岩产出的大地构造位置为大洋板块与大陆板块汇聚带中，是在火山-岛弧环境中由俯冲的年轻(≤25 Ma)大洋板片熔融所形成的一种岛弧火成岩，其成因与洋壳板片的部分熔融、地幔隆起和地幔热柱的活动有密切联系[3-10]。埃达克岩的概念提出后，引起地学界广泛关注，人们从对其单一成因的认识，发展到多成因的认识，并对其进行了不同成因的岩石分类。

环太平洋带是埃达克岩发育区。现有文献表明:西南太平洋带的巽他群岛是新生代埃达克岩和埃达克质岩极其发育的地区之一，广泛分布于菲律宾群岛、苏拉威西岛弧、哈马黑拉岛弧、几内亚岛欧文斯坦利褶皱带、新几内亚岛俾斯麦岛弧和Arid Hills地区、布干维尔岛弧(包括所罗门群岛)[11-18]。西南太平洋带和东太平洋带新生代埃达克岩的构造环境、成因和含矿性存在可对比性[19-21]。但是，其分布范围极不均匀，前人工作中，对巽他古陆核南西侧的苏门答腊岛埃达克岩知之甚少。

笔者在实施中国/印度尼西亚首轮地学合作研究(项目名称：中-印合作印度尼西亚巴东-明古鲁地区1∶25万地质地球化学调查)过程中，根据2011年以来在巴东地区辛卡拉克湖以东及其东南狭长的地球化学异常带的野外地质工作期间所采集的40多个样品的岩石化学分析结果，已识别出苏里安(Surian)花岗岩、石英斑岩和火山岩等10多个埃达克质火成岩(表1)。同时，应用PetroGraph 2beta和Minpet2.0地球化学作图软件[22-23]，对岩石化学分析数据进行处理，并且对其地球化学-构造环境进行判别和解释。

表1 达克质岩主量元素/(wt%)

本文是中国/印度尼西亚国际合作研究项目的初步成果，目的是展示研究区埃达克质火成岩的地球化学特征，并与相邻地区北苏门答腊马迪纳勒根西(Madina Regency)安山岩、I-型闪长花岗岩和南苏门答腊第四纪岛弧型埃达克岩的岩浆-构造环境[25-26]进行对比，从而对研究区岩浆成因和源区及成矿作用提出新的成因解释和观点,以便为研究和总结该区成矿规律提供理论基础。通过进一步工作，苏门答腊岛可能还会有更多的埃达克岩类被识别出来，以提升此区地质找矿理论研究层次。

研究区埃达克岩的发现与确认，是研究区基础地质研究的一个新突破，此前的地质工作中，没有关于本研究区所在区域及苏门答腊岛存在埃达克岩的研究报道。研究区埃达克质岩的发现，可能会引起包括本研究区在内的整个苏门答腊岛基础地质研究和矿产地质研究新的理论上的突破，甚至会提升整个印尼地学研究新层次及找矿新成果。

1 研究区埃达克质岩的构造背景和岩性特征

研究区呈北西-南东向延伸，在构造上隶属于西苏门答腊断块[3，27]，是海西期从印支板块东南边缘裂解和运移出来的异地陆块小板片，与“暹缅马苏(Sibumasu)”地块在印支期发生碰撞、拼合成为巽他古大陆的西南边缘(图1)。

图例：1-楠榜对比区；2-马迪纳勒根西对比区(据Hall et Wilson，2000资料修改)[24]图1 印尼板块构造格架示意图

本文样品采自研究区北部索洛克图幅的地球化学异常带内。该异常带呈NW-NE向分布，是一条从索洛克图幅向南东延伸至派南图幅内的岩浆带及其相应的Cu-Au(Ag)-Pb(Zn)-Cr-Co(Ni)金属地球化学异常带。样品采自索洛克图幅中部辛卡拉湖东侧苏利特河(Sulite Air)铜金矿向南东，至派南图幅内的苏里安矽卡岩型铜-铅-锌矿点，再向南东至邦科花岗岩体南部一带，整体呈NW-SE向延伸，长度达200km。

该异常带内出露的晚古生-中生代岩浆岩岩石类型包括石英斑岩、二长花岗岩、闪长花岗岩、闪长岩、花岗岩，以及辉石粗安岩、安山岩和辉石玻基安山岩、安山质火山角砾岩、晶屑玻屑凝灰岩。出露的埃达克质岩有花岗岩、含铜石英斑岩、石英脉岩、流纹质硅岩和凝灰质岩等等(表1)。岩石产状为酸性侵入岩、脉岩和层状酸性火山岩。

2 埃达克质岩的地球化学特征

研究区埃达克质岩岩石样品数据显示,研究区埃达克质岩地球化学特征与典型埃达克岩的地球化学特征接近(表1)。研究区埃达克质岩主量元素SiO2含量(63.81%～95.25%)和MgO含量(0.09%～1.88%)变化很大，且低钛(0.01%～0.73%)。酸性凝灰岩的SiO2含量为85.06%～94.50%，以低钛和低镁含量为特征。含矿岩石的K2O 含量与SiO2含量略成反比关系。在SiO2-K2O判别图上，大多数样品落在拉斑玄武岩系列范围，少数落在钙碱性岩石系列中，苏里安埃达克质花岗岩为高钾钙碱性系列(图2(a))。区内没有出现钾玄岩系列，与区域的岩石系列类型略有差别。而在FAM图解上，大多数样品落在拉斑玄武岩内，而苏里安埃达克质花岗岩为钙碱性系列(图2(c))。埃达克质花岗岩在A/NK - A/CNK图解上,落在过铝性花岗岩类，而凝灰岩显示其火山物质来源为偏铝性岩浆(图略)。

研究区埃达克质火山-侵入岩Th、Hf、Sr含量变化大(3.88×10-6～269×10-6)，微量元素表现为亲石元素Rb不富集，也不太富集高场强元素，比阿留申群岛C-型埃达克岩的Sr含量低(表2)。Th含量变化于0.15～10.5×10-6之间。微量元素蛛网图上显示为Rb、Ba、K、Ta、Nb、Sr、P、Ti低谷(图2(b))。岩石的Sr/Y比值较低，一般为0.74～17.30，不超过C-型埃达克岩Sr/Y比值(≧20)。Harker图解上，Sr、Y、Yb含量和Sr/Y比值与SiO2含量略成反比关系(图3(b)、图3(c)、图3(d)、图3(e))。TiO2含量与SiO2含量略成反比关系。埃达克质岩的Y含量(1.16～16.7×10-6)变化很大，Yb 含量(0.10～1.97×10-6)也很低(表2)。根据埃达克质岩REE配分曲线形状可将其划分为两种类型：右倾型和平缓型。其中，苏里安埃达克质花岗岩La/Yb比值(10.2～14.58)比阿留申群岛的埃达克岩La/Yb比值(>20)低。而石英脉岩的∑REE含量较低，一般的La/Yb比值为1.28～14.82，REE配分曲线呈平缓展布，属于MORB或岛弧型曲线类型(图2(e))。少数火山凝灰质岩的岩石样品La/Yb比值可达14.88～35.46，为∑LREE富集型，配分曲线类型属右倾铲状，没有Eu负异常，与苏里安的C-型埃达克质花岗岩和马迪纳勒根西地区的闪长花岗岩配分曲线类型相似。埃达克质岩在La/Yb-Yb 的图解上，分别落在C-型和O-型埃达克质岩范围内(图3(f))。

表2 埃达克质岩微量元素/(×10-6)

3 成因类型、构造环境判别

3.1 成因类型

据笔者对新生代埃达克岩的研究认为：埃达克岩的主要判别指数是以低Yb含量(≤1.9×10-6) 、低Y含量(≤20×10-6)和中-酸性(SiO2≥56%)标志，而Sr、Zr含量、La/Yb和Sr/Y比值则是划分成因类型和探讨成因和构造环境的辅助标志[15-17]。根据西南太平洋和东太平洋沿岸的埃达克岩REE配分曲线类型特点和微量元素比值特征对比结果，将其划分为大陆型(C-型)和岛弧型(O-型)两种成因类型[17-21]。大陆型(C-型)埃达克岩形成于活动大陆边缘火山弧、弧后盆地或弧-陆碰撞后的造山带，其微量元素地球化学特征表现La/Yb比值>12，Sr/Y比值>20，Nb/Zr比值>0.04(或Ta/Hf>0.1)，稀土元素强烈富集La和 Ce，其REE配分型式为铲形右倾斜式，而岛弧型(O-型)埃达克岩以La/Yb比值<12，Sr/Y比值<20，Nb/Zr比值<0.04(或Ta/Hf<0.1)为特征，REE配分型式为平缓右倾式。对比和研究表明：活动大陆边缘形成的埃达克岩多数以C-型为主，并伴生少量的O-型，而陆缘岛弧形成的埃达克岩多数以O-型为主，伴生少量的C-型。在与典型埃达克岩比较之后，我们认为研究区埃达克质岩成因类型为活动大陆边缘O-型和C-型埃达克岩共存特点。

3.2 构造环境判别

微量元素Th-Nb-Zr和Th-Ta-Hf比值及其图解是区分板块汇聚带(陆缘岛弧及火山弧)火山-侵入岩和大陆板内火山-侵入岩的有效标志。一般来说，前者Nb/Zr比值<0.04和Ta/Hf<0.1,而后者Nb/Zr比值>0.04(Th/Nb比值>0.11)和Ta/Hf>0.1(Th/Nb比值>1.6)[28-29]。

研究区埃达克质岩样品在Th-Ta-Hf/3图解(略)和Rb-(Yb+ Nb)图解(图2(f))较集中在火山岛弧范围内。但是，Th-Ta-Hf/3 图解的缺点是未能区分出弧-陆碰撞带界线附近(即界于岛弧和大陆板块之间)的构造环境成分，而Th/Zr-Nb/Zr图解恰好弥补这个缺陷。后者能够更详细地区别出板块汇聚带(包括洋岛弧、陆缘岛弧、大洋板内、大陆板内和地幔柱)各环境(图4(a))。在图4(a)图解上,研究区内大多数埃达克质岩样品为大陆板内碰撞带和拉张带初始裂谷，个别为板内裂谷和陆缘裂谷环境(弧后盆地)的产物(Nb/Zr=0.06～0.28；Ta/Hf=0.07～0.69)，显示研究区大多数样品落在板块汇聚边缘的的陆缘岛弧、陆缘火山弧及其附近的大陆板内(弧后盆地)范围内，而少数样品的Nb/Zr比值集中在0.04附近的陆缘岛弧范围内。在微量元素Th/Yb-Ta/Yb图解(图4b)和Th/Ta-Yb图解(图略)上，研究区埃达克质岩样品主要落在活动大陆边缘(ACM)范围内，为大陆边缘火山弧构造环境。

(a)K2O-SiO2图解：Shoshonite series-钾玄岩系列，High-K Calc-Alkaline -高钾钙碱性系列，Calc-Alkaline-钙碱性系列，Theloiitic-拉斑玄武岩系列；(b)微量元素蛛网图； (c)F-A-M图解，Theloiitic为拉斑玄武岩系列,Calc-Alkaline为钙碱性系列；(d) FeOt- MgO-Al2O3图解：1-扩张中心岛，2-火山岛弧玄武岩，3-MORB，4-洋岛玄武岩，5-大陆溢流玄武-安山岩；(e)C1球粒陨石标准化的REE图解：右斜线区为埃达克质石英脉，方格为马迪纳勒根西地区玄武岩和花岗岩闪长岩[25]，两者之间的右倾斜线为埃达克质花岗岩和.石英斑岩；(f)Rb-(Yb+Ta)构造环境判别图解：syn-COLG同碰撞花岗岩,VAG火山弧花岗岩,WPG板内花岗岩，ORG洋中脊花岗岩.图例：□苏里安埃达克质花岗岩，×埃达克质流纹质硅岩和石英斑岩，+埃达克质石英脉，△北苏门答腊马迪纳勒根西地区岛弧型玄武岩和花岗岩闪长岩，◇埃达克质凝灰岩，○楠榜第四纪埃达克质火山岩[26]图2 埃达克质岩的地球化学-构造环境图解

图3 埃达克质岩的岩石地球化学图解(图例同图2)

(a)T h/Zr - Nb/Zr(图式仿朱章显等，2007)[14] ：I -大洋板块离散边界MORB(图外)，Ⅱ-板块汇聚边缘(Ⅱ1-大洋岛弧,Ⅱ2-陆缘岛弧及陆缘火山弧)，Ⅲ-大洋板内，Ⅳ-大陆板内[Ⅳ1-板内裂谷及陆缘裂谷玄武岩区；Ⅳ2大陆拉张带(初始裂谷)玄武岩区；Ⅳ1-陆-陆碰撞玄武岩区，Ⅴ地幔热柱].(b)T h/Yb- Ta/Yb图解(图式仿Gorton & Schandl,2000)[30]：IA-陆缘岛弧， ACM-,活动大陆边缘，WPV- 板内火山带.图例同图 2图4 埃达克质岩的Th/Zr - Nb/Zr和 Th/Yb- Ta/Yb构造环境判别图解

4 构造环境对比及源区讨论

4.1 与南苏门答腊第四纪岛弧型埃达克岩对比

楠榜省第四纪火山岩位于南苏门答腊，其主量元素以Na2O>K2O和低MgO含量(1.88%)为特征。具有高Ba、Sr、Th和K元素和低高场强元素Ta、Nb， P、Zr、Hf和Ti以及低的 Ce、Sm、Y和Yb含量的特点。Ti和Ce元素含量比MORB高些。

楠榜以西的玄武岩和英安岩，属于陆缘岛弧(IA)型火山岩，而楠榜以东以弧后盆地型玄武-安山岩为主，属于活动大陆边缘(ACM)构造环境[26]。其中所见的埃达克质岩(表1)，在Th/Zr-Nb/Zr判别图上落在陆缘岛弧的范围内(图4(a))，属于岛弧型环境；而在微量元素Th/Yb-Ta/Yb图解(图4(b))落在陆缘岛弧(IA)和活动大陆边缘(ACM)交界处；在Th/Ta -Yb图解(图略)上也落在陆缘岛弧(IA)范围内，比研究区埃达克质岩的构造环境更加靠近深海沟的陆缘岛弧。

4.2 与北苏门答腊马迪纳勒根西地区岛弧型火山-侵入岩对比

北苏门答腊马迪纳勒根西地区的辉石安山岩-闪长花岗岩位于西苏门答腊地体的范围內，形成时代为二叠纪至第四纪，属于典型的岛弧至活动大陆边缘岩浆活动产物[25]，可代表西苏门答腊地体印支晚期以来的岩浆-构造环境。该岩浆岩套为基性-中酸性火山-侵入岩，SiO2含量变化于46.68%～68.57%之间。其中酸性侵入岩的微量元素蛛网图与研究区相似，显示为Rb、Ba、K、Ta、Nb、Sr、Ti低谷。在Th/Zr-Nb/Zr判别图上落在陆缘岛弧范围内(图4(a))。典型的麻拉西邦基(Muarasibangi)闪长花岗岩和帕尼亚邦干(Panyabangan) 花岗闪长岩在Th/Yb-Ta/Yb图解上落在活动大陆边缘(ACM)范围内(图4(b))。该地区的火山-侵入岩总体上位于陆缘岛弧和活动大陆边缘(ACM)之间的范围内，与研究区埃达克质岩的构造环境可以对比。该岩浆岩套样品的Zr/Nb比值(15.65～28)小于40，落在MORB的Zr/Nb比值(40～20)范围内(图5(a))。图5(b)显示，其物质源区受到俯冲洋壳板片局部熔融作用影响及地幔揳的局部熔融影响十分强烈，表明该岩浆岩套与研究区埃达克质岩皆为洋壳俯冲的结果，有着相似的构造背景、岩浆岩源区和成因。

4.3 岩浆成因和源区讨论

Harker图解所示，研究区埃达克质岩样品Yb、Y含量与SiO2含量变化之间具有密切的联系。当SiO2含量达69%以上时，Yb 、Y含量与SiO2含量呈反比关系(图3(d)、图3(e))，表明研究区埃达克质岩浆成因与洋壳板块俯冲部分熔融作用有关。同时，也表明岩浆源区达到残留相为高压矿物相(榴辉岩相)的地幔楔之下的深度(相当于80～100km)。与此相似，K2O、Sr含量和Sr/Y比值也与SiO2含量呈反比关系(图3(a)、图3(b)、图3(c))，暗示岩浆源区除了俯冲板块部分熔融作用以外还有长石结晶分离作用，或者上地壳的结晶分离作用(AFC)。长石的结晶分离过程说明其源区的位置深度不可能超过80km深。

另一方面，从Zr/Nb - MgO图解(图5(a))上可以看出，大多数样品的Zr/Nb比值小于40，落在MORB及以下的范围内(40～20)，其物质源区受俯冲洋壳MORB板片的局部熔融作用影响十分强烈。在区内，只有一个变质火山岩样品(HQ-5)具有较高的Zr/Nb比值(39)，并且MgO含量较低(1.65%)，表明俯冲洋壳之上的地幔楔受到的交代作用较弱。对比之下，北苏门答腊马迪纳勒根西地区岛弧型火山-侵入岩的样品，其MgO含量(3.07%～3.86%)相对较高，暗示其物质源区是来自被交代作用的地幔楔，俯冲岩层局部熔融的物质和热水对地幔楔的混染作用较强。与研究区内埃达克质岩的成因和岩浆岩源区略有不同相关。研究区大多数样品MgO含量小于2%，显然代表俯冲洋壳板片和海沟深海沉积物局部熔融作用。由此可见，研究区岩浆岩源区遭受洋壳板片海沟深海沉积物局部熔融作用比地幔楔交代作用更强。

研究区样品在 Zr/Nb-Zr图解(图5(b))上，分别代表两种不同的岩浆演化趋势。该图解明显地展示出一种强烈的俯冲洋壳板片局部熔融的演化趋势(左箭头)和相对较弱的来源于上地壳分离结晶(右箭头)演化趋势。由此可见，研究区埃达克质岩是两种不同岩浆作用结果：即为洋壳板片和海沟深海沉积物局部熔融叠加弱的地幔楔混染作用成因(MASH)和上地壳分离结晶作用(AFC)的结果。

5 结 论

1)研究区埃达克质岩主量元素为高硅、低钛和低镁含量为特征。微量元素亲石元素和高场强元素不太富集。REE配分曲线可划分为两种类型：右倾型和平缓型。样品在La/Yb - Yb 图解上落在C-型和O-型埃达克质岩的范围内(图3(f))。

(图例同图2)图5 埃达克质岩Zr/Nb-MgO与Zr/Nb-Zr图解

2)研究区埃达克质岩样品主要落在活动大陆边缘(ACM)范围内，为大陆边缘火山弧构造环境的产物，与北苏门答腊马迪纳勒根西地区的火山-侵入岩的构造环境相似。

3)根据Zr/Nb-Zr图解(图5(b))，研究区埃达克质岩浆来源于强烈俯冲的洋壳板片局部熔融和较弱的地幔楔交代和混染作用的岩浆岩源区(MASH)以及上地壳分离结晶作用(AFC)岩浆岩源区。

4)研究区埃达克质岩与Cu、Pb、Zn、Ag矿化作用关系密切，如苏利特河铜矿、苏里安铜铅锌矿。而且，这2处已知矿山矿石中都含有较高的Ag。

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Geochemical characteristics and its significance of tectonic setting for Adakite-like rocks in Padang area，Sumatra(Indonesia)

ZHU Zhang-xian，YANG Zhen-qiang，HU Peng

(Wuhan Center of Geological Survey，China Geological Survey Bureau，Wuhan 443003，China)

Based on composition of chemical analyses of rocks in Padong Area，Sumatra (Indonesia) comparing with the data of the typical adakitic rocks，this paper discusses the geochemical characteristics and their significance of tectonic setting.The comparative results shows that the trace element composition of the adakite-like rocks have the characteristics of low Sr contents (general 3.88×10-6～83.6×10-6),low Y contents(≤20×10-6)，low Yb contents(≤1.9×10-6)of HREE，and lower Sr/Y ratio (1.09～18.55).On the chondrite-normalized spider diagram of trace element，there are positive peak of Th，Ba and strongly negative anomaly of Nb、Ta、Ti elements.The La/Yb ratio of REE are within the range of 1.28～35.46，and there are two types of chondrite-nomalized rare earth elements pattern：enriched and no enriched model，belonging to C- and O-type adakite respectively.The tectonic setting of theses adakite-like rocks are located at the volcano-arc of active continental margin near ocean-continent collision zone.The igneous magma derived from the areas of partly melting of seduction ocean slab plus partly molting and assimilation o f mantle wedge(MASH).The distribution of adakite-like rocks in this area is in perfect accord with Cu-Au deposits of skarn type and iron deposits as well as hypothermal hot-spring Au zone.That meams the adakite-like rocks have a big significance in exploration.

adakite-like；ocean-continent collision；volcanic arc in continental margin；Cu-Au deposits zone of skarn type

2014-04-21

国家境外风险勘查专项基金项目“中-印合作印度尼西亚巴东-名古鲁地区1:25万地质地球化学调查”资助(编号：[2010]A1-03)

朱章显(1959-)，男，湖北大冶人，高级工程师(教授级)，硕士，长期从事区调、矿产工作，现从事境外地质矿产调查工作，为中国地质调查局中-印尼合作项目负责人。E-mail:zzx765000@sina.com。

P588.1

A

1004-4051(2015)05-0073-08