新聞動態于洋等-AM：揭示源區過程對花崗巖成分的控制作用
地殼深熔作用產生花崗巖質熔體是大陸地殼化學分異最重要的機制之一。由于目前缺少對花崗巖源區過程的認識，導致對花崗巖的成因機制仍存在巨大爭議，包括平衡熔融模型和不平衡熔融模型等。華南自顯生宙以來發育了多期次長英質巖漿作用及混合巖化作用，對華南地殼結構與物質組成演化具有重要作用。野外研究表明華南顯生宙花崗巖與混合巖常呈過渡關系，表明二者具有密切的成因聯系，研究混合巖可以有效地揭示花崗巖的源區過程。因此，中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室地幔地球化學學科組于洋副研究員與黃小龍研究員及其合作者對華南云開地塊金垌地區三疊紀混合巖進行了系統的巖石學與地球化學研究，通過對比分析暗色體、透鏡狀淡色體和網狀淡色體（圖1）中的礦物與全巖成分變化趨勢，揭示了源區熔融過程與熔體聚集過程對花崗巖成分的控制作用。
圖1.（a）金垌混合巖記錄熔體聚集過程；（b）暗色體（melanosome）、透鏡狀淡色體（L-leucosome）與網狀淡色體（N- leucosome）野外接觸關系。
對金垌混合巖暗色體和淡色體進行鋯石年代學研究發現，暗色體中的鋯石主要為早古生代巖漿鋯石（437 2 Ma），淡色體中的鋯石具有核邊結構，核部年齡通常為早古生代，與暗色體的鋯石年齡相同，而邊部年齡為238 1 Ma，表明該混合巖為早古生代花崗巖在三疊紀重熔的產物。巖相學觀察表明，斜長石（中長石）與鉀長石邊緣被鈉長石交代，呈港灣狀結構，顯示其在熔融過程中發生分解。此外，暗色體均不含黑云母脫水熔融反應產生的轉融礦物（如斜方輝石），表明其原巖經歷了富水熔融過程（圖2）；流體的加入導致了斜長石、鉀長石、白云母及少量黑云母的分解（Qz + Pl + Mus + Bt + Kfs + H2O melt）。
圖2.（a）富水熔融過程導致鉀長石與黑云母分解；（b）磷灰石熔融導致獨居石沉淀。
對兩類淡色體中白云母、鉀長石和斜長石進行微量元素分析發現，網狀淡色體中的礦物具有高Rb與低Sr-Ba的特征，表明熔體在源區聚集過程中發生了斜長石和鉀長石的分離結晶，造成了Rb、Sr、Ba之間的分異（圖3）。淡色體中的REE、Th、Y元素含量與P2O5呈負相關關系，表明其受控于磷酸鹽礦物在熔融過程中的行為。巖相學觀察發現，磷灰石的分解造成熔體中P過飽和，致使獨居石及磷釔礦沉淀（圖2），從而導致熔體中REE、Th、Y等元素含量的降低（圖4）。相較于原巖全巖成分，磷灰石具有更低的 Nd(t)值，其分解也造成了淡色體的 Nd(t)與P2O5呈負相關關系。作者進一步統計分析了全球典型地區花崗巖的地球化學數據，發現相似的成分演化趨勢在全球花崗巖中普遍存在（圖4），證明了花崗巖稀土元素含量及同位素組成主要受控于副礦物在熔融過程中的行為。本次研究表明，源區熔融過程中參與礦物的分解行為以及熔體聚集過程中的分離結晶等過程對花崗巖成分具有重要的控制作用（圖5）。
圖3. 源區熔體聚集過程中斜長石與鉀長石的分離結晶導致熔體中Rb、Sr、Ba的元素分異。
圖4. 磷酸鹽礦物在熔融過程中的行為控制花崗巖稀土元素含量。
圖5. 源區熔融過程與熔體聚集過程對花崗巖成分控制作用示意圖。
該研究主要受國家自然科學基金（41902056, 42021002, 41625007）與南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項（GML2019ZD0202）資助，已發表于國際期刊《American Mineralogist》。
論文信息：Yu Yang (于洋), Huang Xiao-Long* (黃小龍), Roberto Weinberg, Min Sun (孫敏), Peng-Li He (賀鵬麗), Le Zhang (張樂), 2024. Melting and melt segregation processes controlling granitic melt composition. American Mineralogist, 109, 35-50.
