贺振宇课题组-Geology：高硅花岗岩的形成与地壳岩浆系统演化

　　硅质岩浆作用是大陆地壳形成以及地球分异演化的重要方式。硅质岩浆作用的岩浆房不是单一的岩浆体，而是由深浅多个岩浆房构成的岩浆系统，揭示地壳岩浆系统的晶体-熔体-流体演化过程，是当前岩浆岩岩石学研究的前沿问题和重要挑战。为了揭示这一过程，贺振宇研究员课题组博士生陆天宇及德国埃尔朗根纽伦堡大学Reiner Klemd教授选择西藏冈底斯尼木复式岩体为研究对象，揭示了复式岩体不同组成岩石的空间关系及其岩浆演化过程，从新的视角展示了一个完整的地壳岩浆系统。

　　研究结果和主要认识：

　　（1）尼木复式岩体具有复杂的岩石组合和岩性分层特征（图1），包括位于底部的中-酸性花岗闪长岩、二长花岗岩（65~71 wt.% SiO2）和顶部的高硅环斑花岗岩和晶洞花岗岩（69~78 wt.% SiO2）。

图1冈底斯带尼木复式岩体地质简图及尼木岩体晶洞花岗岩、环斑花岗岩、二长花岗岩的野外照片。长石的环斑结构和二长花岗岩中暗色微粒包体暗示了岩浆补给作用。

　　（2）LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究限定了这些岩石具有一致的形成年龄（50.0 ± 0.5 Ma ~ 48.8 ± 0.5 Ma）。它们具有类似的锆石Hf同位素组成（平均εHf(t) = + 5.7 ~ + 8.3），这暗示了它们具有相同的岩浆起源和密切的时空关系（图2）。

图2 尼木复式岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和Hf同位素分析结果及岩浆分离结晶和地壳混染过程模拟结果。

　　（3）尼木岩体不同岩石均显示了亏损的锆石Hf同位素组成，但亏损程度仍低于相邻的幔源基性岩石的锆石Hf同位素组成，暗示了它们的母岩浆可能来自亏损地幔并有地壳物质的混染。其中，花岗闪长岩具有相对低的硅、最低的Rb/Sr比值、以及较弱的Eu异常和Sr异常，反映了其最可能代表在中下地壳形成的中酸性母岩浆成分（图3）。AFC模拟计算显示由辉长质岩浆经约20%~40%地壳混染可以形成花岗闪长岩岩浆（图2）。

图3 尼木岩体不同组成岩石的稀土配分曲线和微量元素蛛网图，以及熔体提取和矿物堆晶过程的微量元素模拟，显示形成高硅花岗岩的结晶度为约50~80%，二长花岗岩具有与之互补的特征。

　　（4）晶洞花岗岩和环斑花岗岩显示强烈的Ba、Sr、P、Ti、Eu亏损，重稀土相对富集，呈海鸥型稀土元素配分曲线（图3），同时它们的锆石微量元素也显示了较低的Eu/Eu* 和Dy/Yb比值（图4）。与之不同的是，二长花岗岩的Ba、Sr、P、Ti等元素亏损程度，以及Eu异常程度相对较弱，它们的锆石微量元素也显示了相对高的Eu/Eu*和Dy/Yb比值的特点。因此，认为高硅花岗岩代表了上地壳晶粥岩浆房中高分异的熔体，而二长花岗岩代表了残留的堆晶体（图4E）。通过rhyolite-MELTS压力计计算的结果为~99-119 MPa，反映了晶体-熔体分离过程发生在较浅的地壳深度（~3–4 km）。

图4 尼木岩体中锆石显示CL亮的核部和CL暗的边部，暗示了熔体提取前后的两阶段结晶过程。锆石微量元素模拟进一步显示了岩浆分异演化和堆晶过程，以及两阶段结晶锆石的结晶温度差异。模型图显示了尼木复式岩体的地壳岩浆系统演化过程。

　　该研究从单一岩体尺度揭示了共生的高分异花岗岩与堆晶花岗岩的具体成因联系，以及相关的原位晶体-熔体分离过程，在地壳岩浆系统演化及花岗岩成因等理论研究方面取得了重要新进展，于11月9日发表在国际地学期刊《Geology》上：Lu Tian-Yu, He Zhen-Yu*, Klemd Reiner, 2021. Identifying crystal accumulation and melt extraction during formation of high-silica granite. Geology, https://doi.org/10.1130/G49434.1。本研究受国家自然科学基金项目（42172070和41772060）项目支持。

　　原文链接：

　　https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article/doi/10.1130/G49434.1/609539/Identifying-crystal-accumulation-and-melt

　　贺振宇研究员课题组长期开展“地壳岩浆系统及演化”研究，在中国东南沿海白垩纪高硅火山岩与低硅侵入岩的成因联系、“晶体-熔体分离”过程与机制及岩浆动力学等方面也取得了相关研究进展与成果。

　　代表性论文连接：

　　http://dx.doi.org/10.1016/j.lithos.2016.10.029

　　https://doi.org/10.1007/s00410-017-1430-5

　　https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.119596

　　http://www.yskw.ac.cn/yskwxzz/article/abstract/20210506?st=article_issue