广州地化所高分异花岗岩的形成机理研究获进展

　　结晶分异的物理过程是使已结晶的矿物相与残余熔体有效分离，这一过程在热的下地壳岩浆储库中十分普遍。但是，在冷的上地壳，中酸性的岩浆储库能否有效发生晶体-熔体分离过程，存在非常大的争论。争论的核心是时间问题，即中酸性岩浆储库中早期结晶的矿物相与高粘度的残余熔体具有较小的密度差，这使得晶体沉降或者压实引起的残余熔体驱离十分缓慢，而同时岩浆储库在冷的上地壳中具有非常快的冷却速率和短的热寿命。因此，部分学者主张，在上地壳的岩浆储库中，难以发生有效的晶体-熔体分离过程。但野外观察到的很多地质现象却支持晶体-熔体分离过程在浅部岩浆储库中是可行的。例如，国际上研究程度非常高的贫晶体高硅流纹岩，其喷发往往伴随大规模的地表塌陷（破火山口），这显然是近地表岩浆储库发生残余熔体汇聚以及抽取的结果。但作为高硅流纹岩的对应侵入岩，普遍认可的高分异成因的实例依然较少，亟需科考实例来验证。

　　针对以上科学问题，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室岩石学学科组博士后周金胜、研究员王强与中国地质科学院矿产资源研究所研究员杨竹森及其合作者在西藏冈底斯带纳如松多火山岩区（图1），识别出高分异成因的花岗岩并揭示了其从浅部岩浆储库抽离的过程和机理。首先，该研究还原了与花岗岩时代相近的中酸性火山岩喷发前的岩浆过程，特殊的矿物组合（角闪石+石英）、平衡熔体成分、Rhyolite-MELTS模拟和粘度计算表明（图2），在上地壳（~8km古深度）存在与花岗岩同期的岩浆储库。并确证花岗岩是从该岩浆储库通过分异形成，主要证据包括：（1）花岗岩与火山岩时代相近，且花岗岩中存在与火山岩年龄一致的锆石循环晶；（2）花岗岩存在显著的高分异地化信号，例如强的Eu异常、低的Zr/Hf比值。在花岗岩中还发现有石英的热反还带（图3），指示热的岩浆补给可能触发了高分异熔体的分离。另外，除了众所周知的H2O，挥发分F可能促进了残余熔体的汇聚与抽取。研究结果表明，在长时期（数个百万年）活跃的岩浆系统的演化晚期，当上地壳处于热成熟的阶段，浅部岩浆储库可以通过晶体-熔体分离形成高分异花岗岩。

　　研究成果近期发表在American Mineralogist上。该研究受到国家重点研发计划、第二次青藏科考、国家自然科学基金、中科院前沿科学重点研究项目和广州地化所135项目的联合资助。

图1 纳如松多火山岩区地质图

图2 纳如松多上地壳存在中酸性岩浆储库的证据

图3 纳如松多高分异花岗岩的形成过程