廣州地化所在高分異花崗巖的形成機理上取得新認識
結晶分異的物理過程是使已結晶的礦物相與殘余熔體有效分離，這一過程在熱的下地殼巖漿儲庫中十分普遍。但是，在冷的上地殼，中酸性的巖漿儲庫能否有效發生晶體-熔體分離過程，存在非常大的爭論。爭論的核心是時間問題，即中酸性巖漿儲庫中早期結晶的礦物相與高粘度的殘余熔體具有較小的密度差，這使得晶體沉降或者壓實引起的殘余熔體驅離十分緩慢，而同時巖漿儲庫在冷的上地殼中具有非常快的冷卻速率和短的熱壽命。因此，部分學者主張，在上地殼的巖漿儲庫中，難以發生有效的晶體-熔體分離過程。但野外觀察到的很多地質現象卻支持晶體-熔體分離過程在淺部巖漿儲庫中是可行的。例如，國際上研究程度非常高的貧晶體高硅流紋巖，其噴發往往伴隨大規模的地表塌陷（破火山口），這顯然是近地表巖漿儲庫發生殘余熔體匯聚以及抽取的結果。但作為高硅流紋巖的對應的侵入巖，普遍認可的高分異成因的實例依然較少，亟需實例來驗證。
針對以上科學問題，廣州地化所同位素地球化學國家重點實驗室巖石學學科組博士后周金勝和王強研究員與中國地質科學院礦產資源研究所楊竹森研究員及其合作者在西藏岡底斯帶納如松多火山巖區（圖1），識別出高分異成因的花崗巖并揭示了其從淺部巖漿儲庫抽離的過程和機理。首先，該研究還原了與花崗巖時代相近的中酸性火山巖噴發前的巖漿過程，特殊的礦物組合（角閃石+石英）、平衡熔體成分、Rhyolite-MELTS模擬和粘度計算表明（圖2），在上地殼（~8km古深度）存在與花崗巖同期的巖漿儲庫。并確證花崗巖是從該巖漿儲庫通過分異形成，主要證據包括：（1）花崗巖與火山巖時代相近，且花崗巖中存在與火山巖年齡一致的鋯石循環晶；（2）花崗巖存在顯著的高分異地化信號，例如強的Eu異常、低的Zr/Hf比值。在花崗巖中還發現有石英的熱反還帶（圖3），指示熱的巖漿補給可能觸發了高分異熔體的分離。另外，除了眾所周知的H2O，揮發分F可能促進了殘余熔體的匯聚與抽取。研究結果表明，在長時期（數個百萬年）活躍的巖漿系統的演化晚期，當上地殼處于熱成熟的階段，淺部巖漿儲庫可以通過晶體-熔體分離形成高分異花崗巖。
圖1 納如松多火山巖區地質圖
圖2 納如松多上地殼存在中酸性巖漿儲庫的證據
圖3 納如松多高分異花崗巖的形成過程
該研究得到國家重點研發計劃、第二次青藏科考、國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究項目和廣州地化所135項目的聯合資助，研究成果近期發表在《American Mineralogist》上。
Jin-Sheng Zhou, Zhu-Sen Yang*, Qiang Wang*, Yuan-Chuan Zheng, Zeng-Qian Hou, and Derek A. Wyman, (2020) Extraction of high-silica granites from an upper crustal magma reservoir: insights from the Narusongduo magmatic system, Gangdese arc. American Mineralogist. DOI: 10.2138/am-2020-7369
