地壳深熔作用产生花岗岩质熔体是大陆地壳化学分异最重要的机制之一。由于目前缺少对花岗岩源区过程的认识，导致对花岗岩的成因机制仍存在巨大争议，包括平衡熔融模型和不平衡熔融模型等。华南自显生宙以来发育了多期次长英质岩浆作用及混合岩化作用，对华南地壳结构与物质组成演化具有重要作用。野外研究表明华南显生宙花岗岩与混合岩常呈过渡关系，表明二者具有密切的成因联系，研究混合岩可以有效地揭示花岗岩的源区过程。因此，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地幔地球化学学科组于洋副研究员与黄小龙研究员及其合作者对华南云开地块金垌地区三叠纪混合岩进行了系统的岩石学与地球化学研究，通过对比分析暗色体、透镜状淡色体和网状淡色体（图1）中的矿物与全岩成分变化趋势，揭示了源区熔融过程与熔体聚集过程对花岗岩成分的控制作用。
图1.（a）金垌混合岩记录熔体聚集过程；（b）暗色体（melanosome）、透镜状淡色体（L-leucosome）与网状淡色体（N- leucosome）野外接触关系。
对金垌混合岩暗色体和淡色体进行锆石年代学研究发现，暗色体中的锆石主要为早古生代岩浆锆石（437 2 Ma），淡色体中的锆石具有核边结构，核部年龄通常为早古生代，与暗色体的锆石年龄相同，而边部年龄为238 1 Ma，表明该混合岩为早古生代花岗岩在三叠纪重熔的产物。岩相学观察表明，斜长石（中长石）与钾长石边缘被钠长石交代，呈港湾状结构，显示其在熔融过程中发生分解。此外，暗色体均不含黑云母脱水熔融反应产生的转融矿物（如斜方辉石），表明其原岩经历了富水熔融过程（图2）；流体的加入导致了斜长石、钾长石、白云母及少量黑云母的分解（Qz + Pl + Mus + Bt + Kfs + H 2O melt）。
图2.（a）富水熔融过程导致钾长石与黑云母分解；（b）磷灰石熔融导致独居石沉淀。
对两类淡色体中白云母、钾长石和斜长石进行微量元素分析发现，网状淡色体中的矿物具有高Rb与低Sr-Ba的特征，表明熔体在源区聚集过程中发生了斜长石和钾长石的分离结晶，造成了Rb、Sr、Ba之间的分异（图3）。淡色体中的REE、Th、Y元素含量与P 2O 5呈负相关关系，表明其受控于磷酸盐矿物在熔融过程中的行为。岩相学观察发现，磷灰石的分解造成熔体中P过饱和，致使独居石及磷钇矿沉淀（图2），从而导致熔体中REE、Th、Y等元素含量的降低（图4）。相较于原岩全岩成分，磷灰石具有更低的 Nd(t)值，其分解也造成了淡色体的 Nd(t)与P 2O 5呈负相关关系。作者进一步统计分析了全球典型地区花岗岩的地球化学数据，发现相似的成分演化趋势在全球花岗岩中普遍存在（图4），证明了花岗岩稀土元素含量及同位素组成主要受控于副矿物在熔融过程中的行为。本次研究表明，源区熔融过程中参与矿物的分解行为以及熔体聚集过程中的分离结晶等过程对花岗岩成分具有重要的控制作用（图5）。
图3. 源区熔体聚集过程中斜长石与钾长石的分离结晶导致熔体中Rb、Sr、Ba的元素分异。
图4. 磷酸盐矿物在熔融过程中的行为控制花岗岩稀土元素含量。
图5. 源区熔融过程与熔体聚集过程对花岗岩成分控制作用示意图。
该研究主要受国家自然科学基金（41902056, 42021002, 41625007）与南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项（GML2019ZD0202）资助，已发表于国际期刊《American Mineralogist》。
论文信息：Yu Yang (于洋), Huang Xiao-Long* (黄小龙), Roberto Weinberg, Min Sun (孙敏), Peng-Li He (贺鹏丽), Le Zhang (张乐), 2024. Melting and melt segregation processes controlling granitic melt composition. American Mineralogist, 109, 35-50.
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