穿地壳（transcrustal）岩浆系统在洋中脊、洋岛以及岛弧等环境被广泛报道，其对岩浆的演化具有重要作用，但对陆内富集岩浆有何影响却很少有报道。超钾质岩石极度富集钾、不相容元素和挥发份，广泛出露在造山带和板内环境。尽管已有大量研究涉及超钾质岩石的地幔源区矿物组合、部分熔融程度、地壳混染、岩浆混合以及分离结晶等过程，但目前缺乏对其地壳岩浆系统的深入研究，制约了我们对于富集岩浆在地壳中演化历史的认识和理解。

　　中国科学院广州地球化学研究所岩浆作用与成矿学科组邢长明副研究员和王焰研究员对吉尔吉斯超钾质煌斑岩脉开展了详细的矿物学研究，发现自形单斜辉石发育复杂多样的环带结构，揭示了超钾质岩浆在穿地壳岩浆系统中复杂的岩浆混合过程，为超钾质岩浆成分的多样性和单斜辉石复杂环带的成因提供重要启示。

　　岩相观察发现，单斜辉石核部呈不规则的高Mg#暗色区、低Mg#亮色区、斑杂状、多核以及筛状结构等产状（图1），幔部发育复杂的震荡环带以及不同程度的溶蚀结构，边部呈自形轮廓。在同一薄片中，有些颗粒主要发育粗环带，有些则同时发育粗环带和密集排列的细环带（图1）。对典型单斜辉石电子探针面扫描分析，发现颗粒内部的化学组成呈明显的扇形环带和同心环状环带分布（图2）。这些复杂的环带结构暗示单斜辉石可能是在不同空间、时间以及物理化学条件下结晶的。此外，单斜辉石聚晶的普遍存在表明，这些颗粒可能经历了复杂的汇聚、堆晶、解聚等过程，最终伴随岩浆喷发被带至地表。

　　图1 吉尔吉斯超钾质煌斑岩中单斜辉石复杂的震荡环带。(a) 以粗环带为主，核部为高Mg#暗色区；(b) 核部为低Mg#亮色区；(c)核部为斑杂状；(d) 多核单斜辉石；(e) 单斜辉石聚晶；(f) 核部显示筛状结构和单斜辉石斑杂环带。

　　图2 单斜辉石背散射图像（a）、电子探针元素面扫描图像（b-f）和简化的环带结构示意图（g）。单斜辉石棱柱扇区（prism sector）相对富集Al和Ti，沙漏扇区（hourglass sector）相对富集Si和Mg。Cr主要呈同心环状分布。

　　利用La/Yb和Dy/Yb比值对高Mg#（≥85）单斜辉石平衡熔体进行地幔源区组成计算，结果表明这些相对原始的岩浆可能来自石榴子石相和尖晶石相地幔的混合（图3）。根据前人发表的单斜辉石平衡结晶的多个平衡标准（？DiHd, ？EnFs, ？DNa, ？KdFe-Mg, ？DTi），从已发表的文献和数据库中筛选得到与单斜辉石平衡的熔体成分。利用单斜辉石-熔体温压计估算单斜辉石核部结晶于~5.4, ~3.3和~1.5 kbar压力下，而单斜辉石边部的结晶压力为~1.6 kbar，表明这些单斜辉石最初结晶于地壳不同深度的岩浆房中，最终汇聚在同一浅部岩浆房中（图4）。这一穿地壳的岩浆系统具有多个不同深度的岩浆房与上地壳的浅部岩浆房相连，世界上富挥发份的碱性岩浆系统大多具有类似复杂的岩浆系统。

 　　图3 模拟计算高Mg#（≥85）单斜辉石平衡熔体的地幔源区组成

　　图4 吉尔吉斯超钾质煌斑岩脉形成的岩石学模型：（a）穿地壳的岩浆系统；（b）浅部岩浆房中不均一的过冷却条件和岩浆对流示意；（c）单斜辉石三种主要环带类型。

　　该项研究受到中科院战略性先导（B）项目（XDB18000000）、中科院青促会项目（2018388）和广东省科技厅项目（2020B1212060055）联合资助，研究成果近期在线发表在《Journal of Petrology》上。

　　Xing C.M., Wang C. Y*. Periodic mixing of magmas recorded by oscillatory zoning of the clinopyroxene macrocrysts from an ultrapotassic lamprophyre dyke. Journal of Petrology, egaa103, https://doi.org/10.1093/petrology/egaa103.

　　论文链接：https://academic.oup.com/petrology/advance-article/doi/10.1093/petrology/egaa103/5962184.

中国科学院矿物学与成矿学重点实验室 & 科技与规划处 供稿