地殼深熔作用產(chǎn)生花崗巖質(zhì)熔體是大陸地殼化學(xué)分異最重要的機制之一。由于目前缺少對花崗巖源區(qū)過程的認識，導(dǎo)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(fā)育了多期次長英質(zhì)巖漿作用及混合巖化作用，對華南地殼結(jié)構(gòu)與物質(zhì)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(guān)系，表明二者具有密切的成因聯(lián)系，研究混合巖可以有效地揭示花崗巖的源區(qū)過程。因此，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點實驗室地幔地球化學(xué)學(xué)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(qū)三疊紀混合巖進行了系統(tǒng)的巖石學(xué)與地球化學(xué)研究，通過對比分析暗色體、透鏡狀淡色體和網(wǎng)狀淡色體（圖1）中的礦物與全巖成分變化趨勢，揭示了源區(qū)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(wǎng)狀淡色體（N- leucosome）野外接觸關(guān)系。
對金垌混合巖暗色體和淡色體進行鋯石年代學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，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(jié)構(gòu)，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(chǎn)物。巖相學(xué)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(jié)構(gòu)，顯示其在熔融過程中發(fā)生分解。此外，暗色體均不含黑云母脫水熔融反應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)融礦物（如斜方輝石），表明其原巖經(jīng)歷了富水熔融過程（圖2）；流體的加入導(dǎo)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 + H 2O melt）。
圖2.（a）富水熔融過程導(dǎo)致鉀長石與黑云母分解；（b）磷灰石熔融導(dǎo)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(fā)現(xiàn)，網(wǎng)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(qū)聚集過程中發(fā)生了斜長石和鉀長石的分離結(jié)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P 2O 5呈負相關(guān)關(guān)系，表明其受控于磷酸鹽礦物在熔融過程中的行為。巖相學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，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(dǎo)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P 2O 5呈負相關(guān)關(guān)系。作者進一步統(tǒng)計分析了全球典型地區(qū)花崗巖的地球化學(xué)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)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(qū)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(jié)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(qū)熔體聚集過程中斜長石與鉀長石的分離結(jié)晶導(dǎo)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(qū)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(xué)基金（41902056, 42021002, 41625007）與南方海洋科學(xué)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(fā)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.
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