印尼蘇門答臘島巴東地區埃達克質巖地球化學特征和構造環境

朱章顯,楊振強,胡 鵬

(中國地質調查局武漢地質調查中心，湖北 武漢 430205)

地質找礦

印尼蘇門答臘島巴東地區埃達克質巖地球化學特征和構造環境

朱章顯,楊振強,胡 鵬

(中國地質調查局武漢地質調查中心，湖北 武漢 430205)

根據蘇門答臘島巴東地區的巖石化學分析數據與典型埃達克巖進行對比，本文討論其地球化學特征及其大地構造環境意義。對比結果表明:該地區的埃達克質巖微量元素特征為低Sr含量(一般為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)。在微量元素蛛網圖上有Th、Ba正異常峰和強烈的Nb、Ta、Ti 等元素負異常。稀土元素La/Yb比值為1.28～35.46，在REE元素配分曲線模式圖上顯示LREE富集和不富集兩種模式，屬于C-型和O-型埃達克巖。該地區埃達克質巖的大地構造環境位于洋-陸碰撞帶附近的活動大陸邊緣火山弧帶中，巖漿來源于俯沖板片局部熔融疊加地幔楔的局部熔融和混染(MASH)區。埃達克巖的分布區域與矽卡巖型銅-金礦、鐵礦和淺成熱泉型金礦成礦帶分布相一致，具有重要的指示意義。

埃達克質巖;洋-陸碰撞;陸緣火山弧;矽卡巖型銅-金礦帶

埃達克巖是一種新型的火成巖套[1-2]，是以重稀土元素Yb含量(≤1.9×10-6) 和Y含量(≤18×10-6)低為特征的中-酸性(SiO2≥56%)鈣堿性火成巖，巖石類型多樣化，主要為島弧型安山巖 、英安巖、鈉質流紋巖及相應的侵入巖。新生代埃達克巖產出的大地構造位置為大洋板塊與大陸板塊匯聚帶中，是在火山-島弧環境中由俯沖的年輕(≤25 Ma)大洋板片熔融所形成的一種島弧火成巖，其成因與洋殼板片的部分熔融、地幔隆起和地幔熱柱的活動有密切聯系[3-10]。埃達克巖的概念提出后，引起地學界廣泛關注，人們從對其單一成因的認識，發展到多成因的認識，并對其進行了不同成因的巖石分類。

環太平洋帶是埃達克巖發育區。現有文獻表明:西南太平洋帶的巽他群島是新生代埃達克巖和埃達克質巖極其發育的地區之一，廣泛分布于菲律賓群島、蘇拉威西島弧、哈馬黑拉島弧、幾內亞島歐文斯坦利褶皺帶、新幾內亞島俾斯麥島弧和Arid Hills地區、布干維爾島弧(包括所羅門群島)[11-18]。西南太平洋帶和東太平洋帶新生代埃達克巖的構造環境、成因和含礦性存在可對比性[19-21]。但是，其分布范圍極不均勻，前人工作中，對巽他古陸核南西側的蘇門答臘島埃達克巖知之甚少。

筆者在實施中國/印度尼西亞首輪地學合作研究(項目名稱：中-印合作印度尼西亞巴東-明古魯地區1∶25萬地質地球化學調查)過程中，根據2011年以來在巴東地區辛卡拉克湖以東及其東南狹長的地球化學異常帶的野外地質工作期間所采集的40多個樣品的巖石化學分析結果，已識別出蘇里安(Surian)花崗巖、石英斑巖和火山巖等10多個埃達克質火成巖(表1)。同時，應用PetroGraph 2beta和Minpet2.0地球化學作圖軟件[22-23]，對巖石化學分析數據進行處理，并且對其地球化學-構造環境進行判別和解釋。

表1 達克質巖主量元素/(wt%)

本文是中國/印度尼西亞國際合作研究項目的初步成果，目的是展示研究區埃達克質火成巖的地球化學特征，并與相鄰地區北蘇門答臘馬迪納勒根西(Madina Regency)安山巖、I-型閃長花崗巖和南蘇門答臘第四紀島弧型埃達克巖的巖漿-構造環境[25-26]進行對比，從而對研究區巖漿成因和源區及成礦作用提出新的成因解釋和觀點,以便為研究和總結該區成礦規律提供理論基礎。通過進一步工作，蘇門答臘島可能還會有更多的埃達克巖類被識別出來，以提升此區地質找礦理論研究層次。

研究區埃達克巖的發現與確認，是研究區基礎地質研究的一個新突破，此前的地質工作中，沒有關于本研究區所在區域及蘇門答臘島存在埃達克巖的研究報道。研究區埃達克質巖的發現，可能會引起包括本研究區在內的整個蘇門答臘島基礎地質研究和礦產地質研究新的理論上的突破，甚至會提升整個印尼地學研究新層次及找礦新成果。

1 研究區埃達克質巖的構造背景和巖性特征

研究區呈北西-南東向延伸，在構造上隸屬于西蘇門答臘斷塊[3，27]，是海西期從印支板塊東南邊緣裂解和運移出來的異地陸塊小板片，與“暹緬馬蘇(Sibumasu)”地塊在印支期發生碰撞、拼合成為巽他古大陸的西南邊緣(圖1)。

圖例：1-楠榜對比區；2-馬迪納勒根西對比區(據Hall et Wilson，2000資料修改)[24]圖1 印尼板塊構造格架示意圖

本文樣品采自研究區北部索洛克圖幅的地球化學異常帶內。該異常帶呈NW-NE向分布，是一條從索洛克圖幅向南東延伸至派南圖幅內的巖漿帶及其相應的Cu-Au(Ag)-Pb(Zn)-Cr-Co(Ni)金屬地球化學異常帶。樣品采自索洛克圖幅中部辛卡拉湖東側蘇利特河(Sulite Air)銅金礦向南東，至派南圖幅內的蘇里安矽卡巖型銅-鉛-鋅礦點，再向南東至邦科花崗巖體南部一帶，整體呈NW-SE向延伸，長度達200km。

該異常帶內出露的晚古生-中生代巖漿巖巖石類型包括石英斑巖、二長花崗巖、閃長花崗巖、閃長巖、花崗巖，以及輝石粗安巖、安山巖和輝石玻基安山巖、安山質火山角礫巖、晶屑玻屑凝灰巖。出露的埃達克質巖有花崗巖、含銅石英斑巖、石英脈巖、流紋質硅巖和凝灰質巖等等(表1)。巖石產狀為酸性侵入巖、脈巖和層狀酸性火山巖。

2 埃達克質巖的地球化學特征

研究區埃達克質巖巖石樣品數據顯示,研究區埃達克質巖地球化學特征與典型埃達克巖的地球化學特征接近(表1)。研究區埃達克質巖主量元素SiO2含量(63.81%～95.25%)和MgO含量(0.09%～1.88%)變化很大，且低鈦(0.01%～0.73%)。酸性凝灰巖的SiO2含量為85.06%～94.50%，以低鈦和低鎂含量為特征。含礦巖石的K2O 含量與SiO2含量略成反比關系。在SiO2-K2O判別圖上，大多數樣品落在拉斑玄武巖系列范圍，少數落在鈣堿性巖石系列中，蘇里安埃達克質花崗巖為高鉀鈣堿性系列(圖2(a))。區內沒有出現鉀玄巖系列，與區域的巖石系列類型略有差別。而在FAM圖解上，大多數樣品落在拉斑玄武巖內，而蘇里安埃達克質花崗巖為鈣堿性系列(圖2(c))。埃達克質花崗巖在A/NK - A/CNK圖解上,落在過鋁性花崗巖類，而凝灰巖顯示其火山物質來源為偏鋁性巖漿(圖略)。

研究區埃達克質火山-侵入巖Th、Hf、Sr含量變化大(3.88×10-6～269×10-6)，微量元素表現為親石元素Rb不富集，也不太富集高場強元素，比阿留申群島C-型埃達克巖的Sr含量低(表2)。Th含量變化于0.15～10.5×10-6之間。微量元素蛛網圖上顯示為Rb、Ba、K、Ta、Nb、Sr、P、Ti低谷(圖2(b))。巖石的Sr/Y比值較低，一般為0.74～17.30，不超過C-型埃達克巖Sr/Y比值(≧20)。Harker圖解上，Sr、Y、Yb含量和Sr/Y比值與SiO2含量略成反比關系(圖3(b)、圖3(c)、圖3(d)、圖3(e))。TiO2含量與SiO2含量略成反比關系。埃達克質巖的Y含量(1.16～16.7×10-6)變化很大，Yb 含量(0.10～1.97×10-6)也很低(表2)。根據埃達克質巖REE配分曲線形狀可將其劃分為兩種類型：右傾型和平緩型。其中，蘇里安埃達克質花崗巖La/Yb比值(10.2～14.58)比阿留申群島的埃達克巖La/Yb比值(>20)低。而石英脈巖的∑REE含量較低，一般的La/Yb比值為1.28～14.82，REE配分曲線呈平緩展布，屬于MORB或島弧型曲線類型(圖2(e))。少數火山凝灰質巖的巖石樣品La/Yb比值可達14.88～35.46，為∑LREE富集型，配分曲線類型屬右傾鏟狀，沒有Eu負異常，與蘇里安的C-型埃達克質花崗巖和馬迪納勒根西地區的閃長花崗巖配分曲線類型相似。埃達克質巖在La/Yb-Yb 的圖解上，分別落在C-型和O-型埃達克質巖范圍內(圖3(f))。

表2 埃達克質巖微量元素/(×10-6)

3 成因類型、構造環境判別

3.1 成因類型

據筆者對新生代埃達克巖的研究認為：埃達克巖的主要判別指數是以低Yb含量(≤1.9×10-6) 、低Y含量(≤20×10-6)和中-酸性(SiO2≥56%)標志，而Sr、Zr含量、La/Yb和Sr/Y比值則是劃分成因類型和探討成因和構造環境的輔助標志[15-17]。根據西南太平洋和東太平洋沿岸的埃達克巖REE配分曲線類型特點和微量元素比值特征對比結果，將其劃分為大陸型(C-型)和島弧型(O-型)兩種成因類型[17-21]。大陸型(C-型)埃達克巖形成于活動大陸邊緣火山弧、弧后盆地或弧-陸碰撞后的造山帶，其微量元素地球化學特征表現La/Yb比值>12，Sr/Y比值>20，Nb/Zr比值>0.04(或Ta/Hf>0.1)，稀土元素強烈富集La和 Ce，其REE配分型式為鏟形右傾斜式，而島弧型(O-型)埃達克巖以La/Yb比值<12，Sr/Y比值<20，Nb/Zr比值<0.04(或Ta/Hf<0.1)為特征，REE配分型式為平緩右傾式。對比和研究表明：活動大陸邊緣形成的埃達克巖多數以C-型為主，并伴生少量的O-型，而陸緣島弧形成的埃達克巖多數以O-型為主，伴生少量的C-型。在與典型埃達克巖比較之后，我們認為研究區埃達克質巖成因類型為活動大陸邊緣O-型和C-型埃達克巖共存特點。

3.2 構造環境判別

微量元素Th-Nb-Zr和Th-Ta-Hf比值及其圖解是區分板塊匯聚帶(陸緣島弧及火山弧)火山-侵入巖和大陸板內火山-侵入巖的有效標志。一般來說，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]。

研究區埃達克質巖樣品在Th-Ta-Hf/3圖解(略)和Rb-(Yb+ Nb)圖解(圖2(f))較集中在火山島弧范圍內。但是，Th-Ta-Hf/3 圖解的缺點是未能區分出弧-陸碰撞帶界線附近(即界于島弧和大陸板塊之間)的構造環境成分，而Th/Zr-Nb/Zr圖解恰好彌補這個缺陷。后者能夠更詳細地區別出板塊匯聚帶(包括洋島弧、陸緣島弧、大洋板內、大陸板內和地幔柱)各環境(圖4(a))。在圖4(a)圖解上,研究區內大多數埃達克質巖樣品為大陸板內碰撞帶和拉張帶初始裂谷，個別為板內裂谷和陸緣裂谷環境(弧后盆地)的產物(Nb/Zr=0.06～0.28；Ta/Hf=0.07～0.69)，顯示研究區大多數樣品落在板塊匯聚邊緣的的陸緣島弧、陸緣火山弧及其附近的大陸板內(弧后盆地)范圍內，而少數樣品的Nb/Zr比值集中在0.04附近的陸緣島弧范圍內。在微量元素Th/Yb-Ta/Yb圖解(圖4b)和Th/Ta-Yb圖解(圖略)上，研究區埃達克質巖樣品主要落在活動大陸邊緣(ACM)范圍內，為大陸邊緣火山弧構造環境。

(a)K2O-SiO2圖解：Shoshonite series-鉀玄巖系列，High-K Calc-Alkaline -高鉀鈣堿性系列，Calc-Alkaline-鈣堿性系列，Theloiitic-拉斑玄武巖系列；(b)微量元素蛛網圖； (c)F-A-M圖解，Theloiitic為拉斑玄武巖系列,Calc-Alkaline為鈣堿性系列；(d) FeOt- MgO-Al2O3圖解：1-擴張中心島，2-火山島弧玄武巖，3-MORB，4-洋島玄武巖，5-大陸溢流玄武-安山巖；(e)C1球粒隕石標準化的REE圖解：右斜線區為埃達克質石英脈，方格為馬迪納勒根西地區玄武巖和花崗巖閃長巖[25]，兩者之間的右傾斜線為埃達克質花崗巖和.石英斑巖；(f)Rb-(Yb+Ta)構造環境判別圖解：syn-COLG同碰撞花崗巖,VAG火山弧花崗巖,WPG板內花崗巖，ORG洋中脊花崗巖.圖例：□蘇里安埃達克質花崗巖，×埃達克質流紋質硅巖和石英斑巖，+埃達克質石英脈，△北蘇門答臘馬迪納勒根西地區島弧型玄武巖和花崗巖閃長巖，◇埃達克質凝灰巖，○楠榜第四紀埃達克質火山巖[26]圖2 埃達克質巖的地球化學-構造環境圖解

圖3 埃達克質巖的巖石地球化學圖解(圖例同圖2)

(a)T h/Zr - Nb/Zr(圖式仿朱章顯等，2007)[14] ：I -大洋板塊離散邊界MORB(圖外)，Ⅱ-板塊匯聚邊緣(Ⅱ1-大洋島弧,Ⅱ2-陸緣島弧及陸緣火山弧)，Ⅲ-大洋板內，Ⅳ-大陸板內[Ⅳ1-板內裂谷及陸緣裂谷玄武巖區；Ⅳ2大陸拉張帶(初始裂谷)玄武巖區；Ⅳ1-陸-陸碰撞玄武巖區，Ⅴ地幔熱柱].(b)T h/Yb- Ta/Yb圖解(圖式仿Gorton & Schandl,2000)[30]：IA-陸緣島弧， ACM-,活動大陸邊緣，WPV- 板內火山帶.圖例同圖 2圖4 埃達克質巖的Th/Zr - Nb/Zr和 Th/Yb- Ta/Yb構造環境判別圖解

4 構造環境對比及源區討論

4.1 與南蘇門答臘第四紀島弧型埃達克巖對比

楠榜省第四紀火山巖位于南蘇門答臘，其主量元素以Na2O>K2O和低MgO含量(1.88%)為特征。具有高Ba、Sr、Th和K元素和低高場強元素Ta、Nb， P、Zr、Hf和Ti以及低的 Ce、Sm、Y和Yb含量的特點。Ti和Ce元素含量比MORB高些。

楠榜以西的玄武巖和英安巖，屬于陸緣島弧(IA)型火山巖，而楠榜以東以弧后盆地型玄武-安山巖為主，屬于活動大陸邊緣(ACM)構造環境[26]。其中所見的埃達克質巖(表1)，在Th/Zr-Nb/Zr判別圖上落在陸緣島弧的范圍內(圖4(a))，屬于島弧型環境；而在微量元素Th/Yb-Ta/Yb圖解(圖4(b))落在陸緣島弧(IA)和活動大陸邊緣(ACM)交界處；在Th/Ta -Yb圖解(圖略)上也落在陸緣島弧(IA)范圍內，比研究區埃達克質巖的構造環境更加靠近深海溝的陸緣島弧。

4.2 與北蘇門答臘馬迪納勒根西地區島弧型火山-侵入巖對比

北蘇門答臘馬迪納勒根西地區的輝石安山巖-閃長花崗巖位于西蘇門答臘地體的范圍內，形成時代為二疊紀至第四紀，屬于典型的島弧至活動大陸邊緣巖漿活動產物[25]，可代表西蘇門答臘地體印支晚期以來的巖漿-構造環境。該巖漿巖套為基性-中酸性火山-侵入巖，SiO2含量變化于46.68%～68.57%之間。其中酸性侵入巖的微量元素蛛網圖與研究區相似，顯示為Rb、Ba、K、Ta、Nb、Sr、Ti低谷。在Th/Zr-Nb/Zr判別圖上落在陸緣島弧范圍內(圖4(a))。典型的麻拉西邦基(Muarasibangi)閃長花崗巖和帕尼亞邦干(Panyabangan) 花崗閃長巖在Th/Yb-Ta/Yb圖解上落在活動大陸邊緣(ACM)范圍內(圖4(b))。該地區的火山-侵入巖總體上位于陸緣島弧和活動大陸邊緣(ACM)之間的范圍內，與研究區埃達克質巖的構造環境可以對比。該巖漿巖套樣品的Zr/Nb比值(15.65～28)小于40，落在MORB的Zr/Nb比值(40～20)范圍內(圖5(a))。圖5(b)顯示，其物質源區受到俯沖洋殼板片局部熔融作用影響及地幔揳的局部熔融影響十分強烈，表明該巖漿巖套與研究區埃達克質巖皆為洋殼俯沖的結果，有著相似的構造背景、巖漿巖源區和成因。

4.3 巖漿成因和源區討論

Harker圖解所示，研究區埃達克質巖樣品Yb、Y含量與SiO2含量變化之間具有密切的聯系。當SiO2含量達69%以上時，Yb 、Y含量與SiO2含量呈反比關系(圖3(d)、圖3(e))，表明研究區埃達克質巖漿成因與洋殼板塊俯沖部分熔融作用有關。同時，也表明巖漿源區達到殘留相為高壓礦物相(榴輝巖相)的地幔楔之下的深度(相當于80～100km)。與此相似，K2O、Sr含量和Sr/Y比值也與SiO2含量呈反比關系(圖3(a)、圖3(b)、圖3(c))，暗示巖漿源區除了俯沖板塊部分熔融作用以外還有長石結晶分離作用，或者上地殼的結晶分離作用(AFC)。長石的結晶分離過程說明其源區的位置深度不可能超過80km深。

另一方面，從Zr/Nb - MgO圖解(圖5(a))上可以看出，大多數樣品的Zr/Nb比值小于40，落在MORB及以下的范圍內(40～20)，其物質源區受俯沖洋殼MORB板片的局部熔融作用影響十分強烈。在區內，只有一個變質火山巖樣品(HQ-5)具有較高的Zr/Nb比值(39)，并且MgO含量較低(1.65%)，表明俯沖洋殼之上的地幔楔受到的交代作用較弱。對比之下，北蘇門答臘馬迪納勒根西地區島弧型火山-侵入巖的樣品，其MgO含量(3.07%～3.86%)相對較高，暗示其物質源區是來自被交代作用的地幔楔，俯沖巖層局部熔融的物質和熱水對地幔楔的混染作用較強。與研究區內埃達克質巖的成因和巖漿巖源區略有不同相關。研究區大多數樣品MgO含量小于2%，顯然代表俯沖洋殼板片和海溝深海沉積物局部熔融作用。由此可見，研究區巖漿巖源區遭受洋殼板片海溝深海沉積物局部熔融作用比地幔楔交代作用更強。

研究區樣品在 Zr/Nb-Zr圖解(圖5(b))上，分別代表兩種不同的巖漿演化趨勢。該圖解明顯地展示出一種強烈的俯沖洋殼板片局部熔融的演化趨勢(左箭頭)和相對較弱的來源于上地殼分離結晶(右箭頭)演化趨勢。由此可見，研究區埃達克質巖是兩種不同巖漿作用結果：即為洋殼板片和海溝深海沉積物局部熔融疊加弱的地幔楔混染作用成因(MASH)和上地殼分離結晶作用(AFC)的結果。

5 結 論

1)研究區埃達克質巖主量元素為高硅、低鈦和低鎂含量為特征。微量元素親石元素和高場強元素不太富集。REE配分曲線可劃分為兩種類型：右傾型和平緩型。樣品在La/Yb - Yb 圖解上落在C-型和O-型埃達克質巖的范圍內(圖3(f))。

(圖例同圖2)圖5 埃達克質巖Zr/Nb-MgO與Zr/Nb-Zr圖解

2)研究區埃達克質巖樣品主要落在活動大陸邊緣(ACM)范圍內，為大陸邊緣火山弧構造環境的產物，與北蘇門答臘馬迪納勒根西地區的火山-侵入巖的構造環境相似。

3)根據Zr/Nb-Zr圖解(圖5(b))，研究區埃達克質巖漿來源于強烈俯沖的洋殼板片局部熔融和較弱的地幔楔交代和混染作用的巖漿巖源區(MASH)以及上地殼分離結晶作用(AFC)巖漿巖源區。

4)研究區埃達克質巖與Cu、Pb、Zn、Ag礦化作用關系密切，如蘇利特河銅礦、蘇里安銅鉛鋅礦。而且，這2處已知礦山礦石中都含有較高的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

國家境外風險勘查專項基金項目“中-印合作印度尼西亞巴東-名古魯地區1:25萬地質地球化學調查”資助(編號：[2010]A1-03)

朱章顯(1959-)，男，湖北大冶人，高級工程師(教授級)，碩士，長期從事區調、礦產工作，現從事境外地質礦產調查工作，為中國地質調查局中-印尼合作項目負責人。E-mail:zzx765000@sina.com。

P588.1

A

1004-4051(2015)05-0073-08