新闻动态徐健等-GSAB：幔源基性岩浆不同深度下的分离结晶作用控制岛弧地壳的生长和分异
大陆地壳通常被认为是由基性的下地壳和酸性的花岗质岩石为主的上地壳组成，总体具有安山质-英安质的平均地球化学组成，类似于岛弧岩浆岩。很多学者因此认为现代大陆地壳大多形成于俯冲带。在俯冲带环境，俯冲板片释放的富水的流体或者熔体交代的地幔橄榄岩部分熔融一般形成的是基性岩浆即下地壳。酸性的花岗质上地壳的形成则需要通过特定的岩石化学的分异过程：（i）幔源玄武质岩浆的分离结晶 或者（ii）地壳岩石（变火成岩/沉积岩）的部分熔融。前者形成新生的大陆地壳，而后者主要涉及先存的大陆地壳岩石的重熔，是地壳内部的再循环，无地壳净生长。目前，关于岛弧基性岩浆分离结晶形成花岗质岩石的具体过程尚不完全清楚。位于青藏高原东南部古特提斯哀牢山构造带中出露有相对完整的同时代（ca.237-235 Ma）的岛弧岩浆岩组合（图1），岩石类型丰富，包括角闪石闪长岩-花岗闪长岩-埃达克质花岗岩和正常岛弧花岗岩，为研究岛弧地壳的分异和生长过程提供了很好的契机。
图1.青藏高原东南缘哀牢山构造带地质简图及采样位置
针对上述科学问题，中国科学院广州地球化学研究所的博士后徐健、夏小平研究员、王强研究员与皇后大学Christopher J. Spencer合作，对哀牢山构造带中的埃达克质花岗岩和正常岛弧花岗岩开展了详细的野外地质考察、岩石学、年代学、主微量元素和Sr-Nd- Hf-O同位素分析，揭示了岛弧幔源基性岩浆分离结晶形成花岗质岩石具体过程。本次研究发现：
（1）新发现的哀牢山埃达克质花岗岩和正常岛弧花岗岩侵位于中三叠世（ca.237 Ma），与区域报道的岛弧基性岩（俯冲沉积物熔体交代地幔楔部分熔融形成的角闪石闪长岩, ca. 237-235 Ma；Xu et al., 2020）时代一致，主微量元素组成上具有良好的演化趋势（图2），且两者具有类似的Sr-Nd-Hf-O同位素组成（图3），指示花岗质岩石与同时代岛弧基性岩具有演化关系。
（2）埃达克质花岗岩具有较高的Sr（492-975 ppm）含量，亏损重稀土(HREEs)，且HREE和Y与SiO2显示负相关系（图4a-b）；其埃达克质高Sr/Y(61–183) 和La/Yb (47–90)比值与SiO2含量显示良好的正相关关系(图4c-d)。微量元素分离结晶模拟（图5a-b）显示埃达克质花岗岩可以通过同时代的幔源基性岩浆在较高压力（下地壳深度）条件依次经历①石榴子石+单斜辉石+斜方辉石；②角闪石+磁铁矿；③磷灰石+褐帘石等矿物的分离结晶所形成。此外，其Sr-Nd同位素组成以及SiO2与εNd(t) （图3b）和Nb/La（图2g）的负相关关系均指示岩浆分异过程中还经历了一定程度的地壳混染。
（3）正常岛弧花岗岩具有Sr-Eu的负异常，亏损中稀土 (MREEs; 如 Gd 和Dy)，相对较低的Sr/Y (1–10)和La/Yb (4–11)比值，其Gd/Yb与SiO2含量具有负相关关系（图2h）。微量元素分离结晶模拟（图5c-d）显示正常岛弧花岗岩可以通过同时代的幔源基性岩浆在较低压力（中/上地壳深度）条件依次经历①单斜辉石+斜方辉石；②角闪石+斜长石+磁铁矿；③钾长石+磷灰石+褐帘石等矿物的分离结晶所形成。
综上，作者及其研究团队通过对两组不同类型的岛弧花岗质岩石的研究详细地刻画了岛弧地壳的生长与分异过程，即俯冲带幔源基性岩浆在不同压力（不同岛弧地壳深度）条件下，通过不同矿物组合的分离结晶，从而演化成花岗质的大陆地壳。
本研究成果近期发表在地球科学领域期刊《GSA Bulletin》上。本项研究受到二次青藏科考（2019QZKK0702）、国家重点研发计划（2016YFC0600407）和中国博士后科学基金（2020M672851）等项目的联合资助。
论文信息：Xu Jian (徐健), Xia, Xiao-Ping* (夏小平), Wang, Qiang (王强), Christopher Spencer., Chun-Kit Lai & Zhang Le (张乐) (2022). Two magma fractionation paths for continental crust growth: Insights from the adakite-like and normal-arc granites in the Ailaoshan fold belt (SW Yunnan, China). GSA Bulletin. doi: https://doi.org/10.1130/B36230.1
图2. 主微量元素演化图解
图3. 埃达克质花岗岩与正常岛弧花岗岩同位素组成
图4. 微量元素及其比值随SiO2变化趋势（LP-FC：低压分离结晶；HP-FC：高压分离结晶）
图5. 微量元素分离结晶模拟
