埃达克岩来自高压背景—— 一个科学的、可靠的、有预见性的科学发现

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1. 中国科学院地质与地球物理研究所，北京 1000292. 岩石圈演化国家重点实验室，北京 1000293. 中国地质调查局发展研究中心，北京 1000374. 自然资源部地质信息工程技术创新中心，北京 1000371.

埃达克岩(adakite)最早是由美国学者Defant and Drumoond(1990)发现的，而中国最早涉及埃达克岩的报道晚了整整10年(王焰等，2000；王强等，2000)。其实，比上述作者更早知道adakite的人很多，只是没有发表文章而已。埃达克岩是一种独特的岩石类型，主要根据地球化学标志定义(Defant and Drummond, 1990; Castillo, 2006)。学术界对埃达克岩的形成机制存在许多不同的认识，如俯冲板片熔融、拆沉的下地壳熔融、有石榴石参与的高压分离结晶作用、在正常岛弧背景角闪石的熔融以及异常富水的原始岩浆的高压分离结晶作用等，还有人认为，玄武质岩浆经过同化-混染作用(AFC)或MASH过程的含水和氧化作用也可以形成埃达克岩(Kay and Kay, 2002; Castillo, 2006, 2012; Richards and Kerrich, 2007; Gaoetal., 2009; Lietal., 2013; Zhangetal., 2013; Maetal., 2015)。许多人认为埃达克岩的形成不需要高压条件，C型埃达克岩没有特殊的含义(张超等，2012; Lietal., 2013; Zhangetal., 2013; Maetal., 2015)。有人坚持埃达克岩形成于岛弧背景，是消减的板片MORB部分熔融形成的，把埃达克岩与岛弧/俯冲紧密联系起来(Defant and Drumoond, 1990; Kay and Kay, 2002)。其实，埃达克岩只是一个术语，泛指具有一定地球化学特征的中酸性岩石，其主要指标是：Sr>300×10-6，Y<20×10-6，Yb<2×10-6，MgO<3%(Castillo, 2006; 张旗等，2008)。埃达克岩高锶低钇的特征主要与部分熔融之后留下的残留相组成有关，埃达克岩与榴辉岩处于平衡，形成于高压背景，要么产于板块俯冲带的深部，要么产于加厚地壳的底部(Atherton and Petford,1993; Rapp and Watson, 1995; 张旗等，2001a, b)。Defant一直坚持埃达克岩产于岛弧背景，后来在出席了2001年在北京召开的全球第一次(也是唯一一次)埃达克岩学术研讨会上，他在了解了中国各地埃达克岩的情况后转变了认识(Defant, 2002)，承认埃达克岩除了产于岛弧环境之外，还可以处于加厚地壳的底部，例如中国东部和安第斯(据张旗等，2008)。

自笔者提出埃达克岩产于高原的见解(张旗等，2001b)以来，笔者查阅了全球和中国许多地方报道的埃达克岩的资料，分析了各种各样不同的见解，发现埃达克岩形成于高压背景的结论不仅可信，而且已具备条件从假说上升为理论了。什么是理论？理论是科学的、可靠的、具有预见性的。本文认为，“埃达克岩形成于高压背景”是一个近似正确的理论。为简便起见，笔者称其为“埃达克理论”，其含义即 “埃达克岩形成于高压背景”。一个理论是否正确，不取决于有多少人承认它，不决定于是否存在激烈的争论，在学术界也不存在少数服从多数的原则。一个理论是否正确取决于它是否反映了真实的情况，是否符合真理，是否经得住实践的检验。因为，实践，而且只有实践，才是检验真理的唯一标准。笔者相信，埃达克岩理论是符合真理的，是经得起实践的反复的检验的。当然，在检验中也可能出现各种复杂的情况，即也可能出现违反上述理论的实例，对此，则建议对这些实例进行认真的再研究(包括详细的野外研究，岩石年代学和地球化学的精细研究)，如果经过认真的核实，的确出现违反上述理论的情况，那可能是又一个“黑天鹅事件”。由于地质条件的千变万化，什么情况都可能发生，出现小概率事件的可能性是存在的，我们的认识也应当随着更多现象的揭露而改变。

1 埃达克岩究竟受什么因素控制？

Martinetal. (2005)将埃达克岩分为低硅埃达克岩和高硅埃达克岩两类，其中，低硅埃达克岩富镁，而高硅埃达克岩贫镁。本文讨论的是SiO2>56%的所有埃达克岩，无所谓低硅高硅，不包括赞岐岩(张旗等，2008)。

对埃达克岩的形成机制存在许多不同的认识，如俯冲板片熔融(Kay and Kay, 2002)、拆沉的下地壳熔融(Xuetal., 2002)、有石榴石参与的高压分离结晶作用(Castillo, 2006; Macphersonetal., 2006; Gaoetal., 2009)、在正常岛弧背景下角闪石的熔融(Richards and Kerrich 2007)等等。Richards (2002)评论了埃达克岩的俯冲大洋板块熔融模型，强调埃达克岩也可以由来自正常软流圈的拉斑玄武岩和钙碱性弧玄武岩岩浆经由地壳的相互作用和分离过程或加厚地壳的熔融形成，而无需板片熔融模式(该观点见Rabbiaetal., 2002; Richards and Kerrich 2007)。许多人认为玄武岩岩浆的同化-混染结晶(AFC)作用即可形成埃达克岩(Macphersonetal., 2006; Richards and Kerrich, 2007; 张超等，2012; Lietal., 2013; Zhangetal., 2013; Maetal., 2015)，还可以由经过MASH过程的含水和氧化的弧岩浆作用形成(Richards and Kerrich, 2007)。看来，关于埃达克岩的形成机制，学术界还很难取得共识。

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。1.0GPa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10000Ga/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。

3 埃达克理论的预见性

埃达克岩来自高压背景，上述认识是否符合实际，是否科学，取决于它是否具有预见性。理论是什么？理论即是可靠的科学。一个理论要成为可靠的科学的理论，它首先必须给出可检验的预言，且必须使其多项预言被证实，并且没有一项是不成立的。只要有一项不正确，就将迫使该理论被修正或放弃。埃达克理论可能就具有这样的特点，埃达克岩还可以再争论20年、50年，但并不妨碍它是一个近似正确的理论。当然，地质实验不能简单地与物理实验进行对比，物理实验大多是可控的，地质实验大多在大自然进行，情况比较复杂，干扰因素较多。因此，可能会出现一些不确定性，这就需要我们更加谨慎小心和认真对待。

据笔者考察和研究，埃达克理论的预见性主要表现在下述三个方面。

3.1 埃达克理论预言之一：埃达克岩不与南岭型花岗岩伴生

这个预言来源于图1和图2，从上述两个图看，埃达克岩与南岭型花岗岩没有接触。埃达克岩来自加厚的地壳，而南岭型来自减薄的地壳。因此，埃达克岩与南岭型花岗岩不可能在同时同地出现，因为，地壳不可能同时既加厚又减薄。如果一个地方既有埃达克岩也有南岭型花岗岩，则二者必是不同时代的(张旗等，2008；张旗和李承东，2012)。最近，Jietal. (2019)报道在东北松辽盆地同一地区出现同一时代(102～115Ma)的A型花岗岩和埃达克岩。进一步研究表明，上述埃达克岩属于O型的，可能与太平洋板块向西俯冲导致的板片熔融有关。有时在一个岩体中有不止一种花岗岩类型，例如八达岭岩体，就出现了四类花岗岩，详细研究发现它们每个不同类型的花岗岩之间都是侵入接触关系，它们的时代都不相同，反映了地壳厚度由薄变厚和由厚变薄的过程(张旗等，2008；焦守涛等，2013)。此外，在文献检索中也发现过一些很难解释的现象。看来，对于此类问题可能还需要加强野外研究，查明具有不同类型花岗岩数据是否同一个岩体、同一个时代，这是非常关键的，说明野外关系的研究和年代学的研究是地球化学研究的前提和基础(张旗等，2008；张旗和李承东，2012)。

3.2 埃达克理论预言之二：C型埃达克岩形成于高原或山脉

C型埃达克岩来自加厚地壳，如果地壳加厚的范围具明显的方向性，则称之为山脉；如果加厚地壳没有明显的方向性，则称之为高原。高原和山脉可以随着地壳所受应力的变化而变化：从伸展变为挤压，地壳加厚；从挤压变为伸展，地壳减薄。加厚多少，大致可以用花岗岩的不同类型来判断，虽然并不是非常准确。

例如，中国东部高原的形成可能与燕山运动的挤压事件有关(张旗等，2001a, b)，而高原的减薄(垮塌)则与燕山运动的伸展构造事件有关(董树文等，2007)。从理论上说，在地球演化史上，在某个地域、某个时期，肯定出现过许多的高原、山脉、盆地，现在统统消失了。如何恢复它们？国外没有现成的实例、方法和思路。而中国东部高原问题很早就有学者提出，除了埃达克岩外，还有不少沉积的、地层的、构造的、同位素的、古生物的以及古环境的等方面的证据(任纪舜等，1990；任纪舜，1999；邓晋福等，1996，2000；董树文等，2000，2007；李祥辉等，2008；王清晨，2009；张旗等，2001a, b, 2008；张旗和李承东，2012；吴根耀等2002；徐宝亮等，2007；焦守涛等，2013；王东坡等，1996；程守田等，2002；夏国清等，2012；许欢等，2013；李三忠等，2013；温常贵等，2017；Valerevnaetal., 2017)，虽然这些证据链并不完善。这个高原是否存在？什么时候抬升的，什么时候垮塌的，对周边环境有什么影响？其地球动力学意义是什么？是否值得作为一个创新性的课题进行研究呢？

图3 新生代全球埃达克岩分布图(据马珊珊等，2017)Fig.3 Global Cenozoic adakite distribution map(after Ma et al., 2017)

最近，马珊珊等(2017)收集了全球数据库的资料，按照前文所提埃达克岩的划分标准，从中提取出所有属于埃达克岩的数据，借此来研究全球埃达克岩的时空分布。研究发现，在新生代时期全球埃达克岩主要集中在两个地区：一个在太平洋东岸，另一个横亘于欧亚大陆。它们分别相应代表两个巨型的山脉：一个是太平洋东岸的安第斯山脉，可以从南美延续到北美；另一个是欧亚巨型山脉，可以从中国中部一直向西经过巴基斯坦、伊朗、土耳其、高加索到喀尔巴阡山到比利牛斯山(图 3，马珊珊等，2017)。安第斯巨型山脉可能与太平洋板块向东部美洲大陆的俯冲有关，而欧亚巨型山脉则可能与特提斯洋盆在中新世时期的最后闭合事件有关(马珊珊等，2017)。

3.3 埃达克理论预言之三：埃达克岩与金铜成矿作用有关

埃达克岩与金铜成矿作用有关最近取得不少进展，学术界早已知道斑岩矿床是金铜成矿的主要来源(Sillitoe, 1997)，而这些斑岩大多是埃达克岩(Thiéblemontetal., 1997；Kay and Kay, 2002; 张旗等，2008)。许多大型斑岩铜矿床产于太平洋周边，形成于第三纪和第四纪的大陆弧和岛弧背景(Kerrichetal., 2000；Richards, 2003, 2011；Cookeetal., 2005)。成矿作用起源于壳/幔边界(Richards, 2003)，成矿岩浆经历了MASH(熔融、同化、储存和均化；Hildreth and Moorbath, 1988)过程。而冈底斯的斑岩铜矿则可能与碰撞和地壳加厚的地球动力学背景有关(Houetal., 2004, 2015)。大的斑岩铜矿的岩浆通常具有高氧化状态(fO2>NNO+1；Mungall, 2002；Richards, 2003)，斑岩铜矿可能主要来自交代的氧化的地幔楔体的部分熔融(Oyarzunetal., 2001；Mungall, 2002；Richards, 2003；Cookeetal., 2005)。然而关于斑岩铜矿初始岩浆的氧化还原状态仍存在许多争论(Dauphasetal., 2009; Mallmann and O’Neill, 2009; Kelley and Cottrel, 2012; Leeetal., 2012)。早先认为，弧下地幔的氧化程度弱于来自MORB源区的地幔。另一方面，人们对斑岩铜矿弧下地幔源区的普遍理解是，相对于地幔的其余部分，玄武岩原始岩浆被氧化了(Mungall, 2002; Jugo, 2009; Kelley and Cottrell, 2009)。上述结果是通过全岩Fe3+/Fe2+分析(Blevin, 2004)、全岩化学比值(Laubieretal., 2014)、矿物平衡(Ballardetal., 2002; Dillesetal., 2015)和岩石和矿物REE含量(Trailetal., 2012; Shenetal., 2015)等方面的研究得出来的。Leeetal.(2012)认为，斑岩铜矿可能与加厚的岛弧底部的含硫化物的堆晶岩的重熔有关，埃达克岩是太平洋边缘和冈底斯金铜的重要来源(Thiéblemontetal., 1997; Oyarzunetal., 2001; Houetal., 2004; Wilkinson, 2013)。许多研究都提出，大型斑岩铜形成在大陆地壳变厚的地方(Kay and Mpodozis, 2001; Cookeetal., 2005; Chiaradia, 2014; Houetal., 2015; Shenetal., 2018)。

卡林型金矿是一种重要的金矿成矿类型，是从对美国内华达州微细粒浸染型金矿的研究提出来的。笔者发现，内华达卡林金矿是始新世的(42～36Ma)，与始新世的火山岩和浅成侵入岩有关(Ressel and Henry, 2006)，这些侵入岩和火山岩大多具有埃达克型的特征，少数是喜马拉雅型的(Sr=55×10-6～892×10-6，Yb=0.9×10-6～2.2×10-6，Ressel and Henry, 2006)。有些矿区未见浅成侵入体，推测深部有隐伏岩体(Ressel and Henry, 2006)。内华达与卡林型金矿有关的埃达克岩说明卡林型金矿的形成与地壳加厚有关，在内华达州可能存在一个山脉(张旗等，2008；张旗和李承东，2012)。

在南美安第斯山的阿根廷境内有一个Gualcamayo金矿，是卡林型的，与金矿有关的是中新世的英安岩小岩株(Bruno and Thompson, 2019)，化学分析表明该岩株为埃达克岩，与本文的认识一致。

一些文献经常有钨铜矿或锡铜矿以及钨锡金铜铅锌银成矿带等的报道，例如云南个旧的锡铜矿以及最近在江西发现的储量极大的朱溪和大湖塘钨铜矿等。笔者认为，如果一个矿区内的钨铜、锡铜都具有中到大型的规模，则它们不可能是共生的，应分别来自不同的时代或具有不同的成因(张旗等，2008，2010；张旗和李承东，2012)。这是一个重要的规律，无论对矿区扩大找矿和矿床成因研究来说都是有参考价值的，可以让我们少走弯路。

如果一个矿区以钨锡为主，有少量或微不足道的金铜矿化；或一个矿区以金铜为主，有少量的或微不足道的钨锡矿化，则可用岩浆热场学说来解释(张旗等，2015)，反映随着距离岩体的远近成矿温度的变化而导致的矿产种类变化的情况。但是，如果钨锡和金铜都具有相当的规模，则岩浆热场就解释不了了。

上述实例表明，埃达克岩与金铜有关，南岭型花岗岩与钨锡有关，这个规律非常有用，尤其对区域性和战略性找矿部署来说，我们可以在埃达克岩发育区布置金铜找矿，在南岭型花岗岩分布区部署钨锡找矿。

4 结语

(1)埃达克岩是有确切地球动力学含义的，并可上升为理论。埃达克理论之所以可以称为理论，不是因为别的，是因为埃达克岩经历了20年实践的检验。虽然关于埃达克岩的形成和演化还有许多问题并不清楚，虽然埃达克岩仍存在激烈的争论。

(2)埃达克岩之所以能够成为理论，还在于残留相理论不仅适合解释埃达克岩的成因，还能包容和解释全部地球上出露的中酸性岩浆岩。由于残留相组成与Sr-Yb之间存在相关关系，因此，利用Sr-Yb图即可识别地球上出露的全部中酸性岩(埃达克型、喜马拉雅型、浙闽型、广西型和南岭型等五类)，其地球动力学意义主要体现在它们各自不同的压力背景上。

(3)埃达克岩之所以能够成为理论，还因为它具有预见性。本文由埃达克理论推导出以下三个预言：1)埃达克岩不与南岭型花岗岩共生；2)C型埃达克岩形成于高原和山脉(与加厚地壳有关)，O型花岗岩形成于板块俯冲带的深部(O型埃达克岩部分也可形成于加厚地壳的底部)；3)埃达克岩与金铜成矿作用有关(反之，埃达克岩与钨锡成矿作用无关)。

(4)根据埃达克理论开展对已经消失的高原和山脉的恢复的研究。在地质历史上，不断地发生着地壳加厚和地壳减薄的过程，如何追踪它们和恢复它们，早先由于没有合适的方法，无法开展这项研究。现在国内在这方面也已经做了一些初步的研究，虽然问题还比较多。这个方法是中国的原创，国外学术界并不了解中国在这方面研究的深度。因此，我们如果能够从各个角度去探索，必将开辟大陆构造学研究的一个新的领域。

(5)建议根据埃达克理论部署区域性和战略性找矿工作，开展对全国、全球中酸性岩的大普查，重点查明埃达克岩和南岭型花岗岩的时代和分布，划分地壳加厚和地壳减薄的区域，在埃达克岩发育区部署金铜找矿工作，在南岭型花岗岩发育区开展钨锡找矿工作。

后记埃达克岩问题一直争论不休，笔者几乎已经灰心丧气了，但想不到的是，笔者在了解了关于量子纠缠的近百年来的争论后发现，二者之间可能有许多相通的地方，这给予笔者以启示，使笔者对什么是理论有了新的认识，并触类旁通地开启了笔者对埃达克理论的新的思考。看来，不同学术领域是能够互相融通的，本文就是在上述基础上拟就的，是量子力学理论推动了埃达克理论的确立。笔者在这里郑重声明：笔者欢迎全球科学家对由埃达克理论推导出的上述三个预言进行检验，如果检验否定了埃达克理论，笔者建议：1)重新检视检验的结果，重新回到野外，重点查明有矛盾的若干岩体之间的接触关系；2)重新采样做精细的同位素定年和地球化学测试。如果再次的检验仍然证明埃达克理论是错误的，那可能是又一个“黑天鹅事件”，我们将认真予以对待之。笔者相信，学术界对埃达克岩的争论仍然会继续，这无关紧要。因为，科学是不忌讳争论的，真理会越辩越明。

致谢感谢所有支持过和反对过笔者的学者；感谢三位审稿人对本文的评论与建议。