揮發(fā)份對高硅巖漿演化趨勢的制約：以東南沿海白堊紀(jì)晚期花崗巖類巖石為例*

陳璟元 楊進(jìn)輝 張吉衡 周夏冰 楊志國

1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 710054 2.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029 3.中國科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049

水和其他揮發(fā)份是巖漿系統(tǒng)的重要組成部分，它們的含量常常會強(qiáng)烈影響巖漿的化學(xué)和物理性質(zhì)，如巖漿的相平衡關(guān)系、粘度和密度等，也會影響火山的噴發(fā)類型、巖石的部分熔融方式、巖漿的演化過程以及巖漿從源區(qū)向上運(yùn)移的過程(Wyllie and Wolf, 1994; Holtzetal., 2001; Huppert and Woods, 2002; England and Katz, 2010; Groveetal., 2012; Planketal., 2013; Lee and Bachmann, 2014; Nandedkaretal., 2014; Weinberg and Hasalová, 2015; Zhengetal., 2016; Laumonieretal., 2017; Glazner, 2019; Collinsetal., 2020; Pourteauetal., 2020; Popaetal., 2021)。在部分熔融過程中，根據(jù)水和其他揮發(fā)份的存在形式可以分為水致熔融、脫水熔融及相對干體系的熔融，水和其他揮發(fā)份的存在及產(chǎn)生形式會影響熔融溫度、相平衡、熔體的物理化學(xué)性質(zhì)(Holtz and Johannes, 1991; Patio Douce and Johnston, 1991; Nandedkaretal., 2014；Weinberg and Hasalová, 2015；Collinsetal., 2020)。其中，水致熔融是指有外來流體參與的部分熔融過程，外來流體使得源區(qū)巖石的固相線溫度降低，使得部分熔融過程甚至能夠在角閃巖相溫壓條件下產(chǎn)生大量熔體(Yardley and Barber, 1991; Weinberg and Hasalová, 2015)。脫水熔融主要是指源區(qū)巖石含有的黑云母、白云母或角閃石等含水礦物發(fā)生了脫水，使得源區(qū)巖石熔點(diǎn)降低進(jìn)而發(fā)生較高程度的部分熔融(Holtz and Johannes, 1991; Patio Douce and Johnston, 1991)。前人研究表明，不同含水量的巖石經(jīng)過部分熔融產(chǎn)生的熔體化學(xué)組成可能存在顯著差異，而當(dāng)含水量相同時，部分熔融產(chǎn)生熔體的組成主要受原巖成分所控制，水致熔融和脫水熔融產(chǎn)生的熔體的化學(xué)組成也存在顯著差別(Nandedkaretal., 2014；Weinberg and Hasalová, 2015)。然而，地殼深部自由水較少，而大部分的水主要存在于含水礦物之中，所以地殼深部的部分熔融通常以脫水熔融為主(Clemensetal., 2021)。前人常常用干體系部分熔融或者有其他揮發(fā)份(特別是富F或者Cl)參與的部分熔融過程來解釋正長巖或者A型花崗巖成因，如Collinsetal.(1982)認(rèn)為A型花崗巖是經(jīng)過熔體抽取的麻粒巖相下地殼在富F和Cl等揮發(fā)份條件下經(jīng)過再次部分熔融的產(chǎn)物。另外，大量的實(shí)驗(yàn)巖石研究表明淺部地殼長英質(zhì)巖石在高溫下的部分熔融可以產(chǎn)生富硅的A型花崗巖(Skjerlie and Johnston, 1993; Patio Douce, 1997)。在分離結(jié)晶過程中，水及揮發(fā)份會影響巖漿的粘度、密度、礦物平衡關(guān)系及結(jié)晶順序。以玄武質(zhì)巖漿為例，含水的玄武質(zhì)巖漿一般會先結(jié)晶富鐵礦物，進(jìn)而向富硅、富堿、貧鐵的方向演化(鈣堿性系列)，而貧水的玄武質(zhì)巖漿會向富鐵及適度富硅的方向演化(拉斑系列)(Sisson and Grove, 1993)。近年來的模擬計(jì)算也表明，水對巖漿房內(nèi)熔體的演化具有非常重要的影響，富水熔體從巖漿儲庫向外的抽離更快速，而且易于在巖漿房頂部聚集形成大規(guī)模的更富熔體的巖漿儲庫，而貧水巖漿從巖漿儲庫中抽離需要更長時間，抽提出的熔體規(guī)模也相對有限(Hartungetal., 2019)。因此，理解水及揮發(fā)份在巖漿產(chǎn)生及演化過程中的作用，對理解巖漿的產(chǎn)生、演化及運(yùn)移非常關(guān)鍵。

高硅花崗巖(HSGs)(SiO2>75%)富集強(qiáng)不相容性元素，與稀有金屬礦床緊密共生，是大陸上地殼的重要組成部分，其成因蘊(yùn)含著大陸地殼演化和稀有金屬成礦的重要信息，在反演大陸地殼改造和演化方面起著至關(guān)重要的作用(Lee and Morton, 2015; Wuetal., 2017; Chenetal., 2021，2022)。最新的關(guān)于高硅花崗巖的研究表明它們可能是在淺部地殼巖漿儲庫內(nèi)熔體-晶體分離作用的產(chǎn)物，然而絕大多數(shù)的高硅花崗巖與其堆晶巖具有相似的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及主量元素組成，使得與高硅花崗巖成分互補(bǔ)的堆晶巖難以識別(Lee and Morton, 2015; Deeringetal., 2016; Hartungetal., 2017; Schaenetal., 2017; Chenetal., 2021)。我國東南沿海發(fā)育大規(guī)模的白堊紀(jì)花崗巖類巖石，其中有大量的花崗質(zhì)巖石為高硅花崗巖，大部分的學(xué)者認(rèn)為這些花崗巖的形成和活動大陸邊緣背景下古太平洋板塊的俯沖有關(guān)(Zhouetal., 2006; Chenetal., 2021)。關(guān)于這些花崗巖類巖石的成因，前人認(rèn)為很多過程和這些巖石的形成有關(guān)，主要包括幔源基性巖漿分異、高溫基性巖漿誘使陸殼發(fā)生部分熔融產(chǎn)生的富硅巖漿與基性巖漿混合、深部地殼巖石(包括變質(zhì)輝長巖-麻粒巖相巖石)部分熔融及淺部地殼巖石高溫低壓條件下的部分熔融等過程(Qiuetal., 2004; Chenetal., 2013, 2014, 2017, 2019a, b; Liuetal., 2013, 2018; Lietal., 2014a; Zhaoetal., 2015, 2021a; 劉亮等, 2013)。近年來，越來越多的學(xué)者用晶粥體及穿地殼巖漿系統(tǒng)模型來解釋巖漿演化過程，他們認(rèn)為俯沖帶巖漿的產(chǎn)生和演化和下地殼的熱異常帶密切相關(guān)(Annenetal., 2006, 2008, 2015; Solanoetal., 2012；Chenetal., 2021；Wangetal., 2021)。通過對中性及演化程度較高的俯沖帶巖石研究表明，巖漿成分的變化和地殼內(nèi)部存在的晶粥體密切相關(guān)(Lee and Bachmann, 2014; Lee and Morton, 2015)。貧水及富水的堆晶巖在島弧(或大陸弧)地殼剖面上經(jīng)常出現(xiàn)，前人研究表明它們是水及其他揮發(fā)份含量不同的巖漿儲庫在地殼深部堆晶作用的產(chǎn)物(Jagoutz and Klein, 2018)。巖漿儲庫的水及其他揮發(fā)份含量不同使得堆晶過程中礦物結(jié)晶順序不同，這一機(jī)制在控制巖漿演化過程中起到了至關(guān)重要的作用(Duceaetal., 2015; Jagoutz and Klein, 2018)。

因此，本文試圖從東南沿海白堊紀(jì)花崗巖的特征出發(fā)，在綜合前人已發(fā)表數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將花崗巖地球化學(xué)成分變化和地殼內(nèi)巖漿儲庫性質(zhì)的變化聯(lián)系起來，嘗試建立不同類型巖石之間的成因聯(lián)系，進(jìn)而為華南富硅上地殼的形成提供新的思路。

1 東南沿海白堊紀(jì)晚期花崗巖時空分布與巖石組成

華南板塊的主體由揚(yáng)子板塊和華夏塊體兩個構(gòu)造單元組成，二者沿著北東東走向的長約1500km、寬200km的江南造山帶拼合(圖1；Charvetetal., 1996; Li and McCulloch, 1996; Zhao and Cawood, 2012)?，F(xiàn)在的研究者普遍認(rèn)為，新元古代早期(900～860Ma)揚(yáng)子板塊和華夏塊體沿江南造山帶發(fā)生碰撞(Charvetetal., 1996; Li and McCulloch, 1996; Zhao and Cawood, 2012)。華南板塊最顯著的特征是它在顯生宙經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造、變質(zhì)和變形，在這一過程中伴隨著多期次巖漿作用(于津海等, 2007; Wangetal., 2013)，主要形成于460～400Ma(峰期440～430Ma)、240～210Ma、190～180Ma、165～155Ma、145～86Ma(Wangetal., 2013；Li and Li, 2007; Lietal., 2014b)。

東南沿海主要是指政和-大浦?jǐn)嗔岩詵|的廣大地區(qū)，近年來的研究表明該地區(qū)可能存在多期次巖漿作用。三疊紀(jì)巖漿巖在東南沿海出露有限，以大爽巖體為代表。Maoetal.(2013)通過鋯石U-Pb方法確定大爽巖體形成于232Ma，Zhuetal.(2013)通過鋯石U-Pb方法確定大爽巖體正長巖和石英二長巖形成于227～226Ma，這些鋯石原位定年結(jié)果都表明東南沿海存在三疊紀(jì)巖漿活動。早侏羅世(190～180Ma)巖漿作用在華南東南沿海零星分布，包括有一些混合巖、花崗巖和少量火山巖(Yuietal., 2009; Lietal., 2012; Liuetal., 2012b)。近年來的研究表明，沿海有一些花崗巖也形成于～160Ma左右(Huangetal., 2013; Zhangetal., 2015；Chenetal., 2017)。白堊紀(jì)早期(145～125Ma)巖漿巖在東南沿海地區(qū)廣泛分布，主要由火山巖和花崗巖組成，火山巖分布廣泛，而花崗巖主要在廣東東部和長樂-南澳變質(zhì)帶(Yuietal., 1996; Davisetal., 1997;李武顯等, 2003; Campbelletal., 2007; 李真等, 2009; Wongetal., 2011; Guoetal., 2012; Liuetal., 2012a, b, 2014a; 張承帥等, 2012; Cuietal., 2013; Zhuetal., 2014)。東南沿海最顯著的特征是發(fā)育大面積白堊紀(jì)晚期侵入巖(圖1；Zhouetal., 2006)，主要包括：輝長巖、石英閃長巖、石英二長閃長巖、石英正長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖、堿性長石花崗巖及堿性花崗巖，主要形成于115～87Ma(表1)。

115～100Ma期間，東南沿海最發(fā)育的侵入巖以二長花崗巖和花崗閃長巖為主，并發(fā)育少量輝長巖、輝石閃長巖、石英二長巖、石英正長巖和堿性長石花崗巖(圖1)。其中，二長花崗巖最為典型的巖體為丹陽巖體和鋪前巖體，而花崗閃長巖以小將巖體和長泰巖體最為典型，這些巖體均含有角閃石，是典型的I型花崗巖。其中，花崗閃長巖中常常發(fā)育細(xì)粒閃長質(zhì)包體，而二長花崗巖中偶爾可見花崗閃長質(zhì)包體(Chenetal., 2013, 2019a, 2021)。輝長巖類巖石主要以角閃輝長巖為主，還包括少量蘇長巖和輝長巖，如泉州地區(qū)發(fā)育的桃花山輝長巖，福州官山輝長巖，平潭蓮花山輝長巖，莆田岱千山輝長巖以及漳州巖體中的蘇長巖(周新民等, 1994; Zhangetal., 2019；Xuetal., 2021)。其中，角閃輝長巖的角閃石含量可以達(dá)到25%～50%，輝石含量僅為5%～10%；斜長石以基性斜長石為主，An值最高可達(dá)95(Zhangetal., 2019)。與輝長巖同源并同期，東南沿海出露多個閃長巖體，出露規(guī)模均較小，以漳州巖體中的輝石閃長巖和梁弄巖體的石英閃長巖為代表。大量的與閃長巖同期的細(xì)粒閃長質(zhì)包體出露在花崗閃長巖和二長花崗巖之中，它們的礦物和地球化學(xué)組成與閃長巖非常類似(Chenetal., 2013, 2021; Liuetal., 2013, 2014a, 2018；劉亮等, 2013)。

100～86Ma期間，東南沿海發(fā)育大量的堿性長石花崗巖，前人將其定義為A型花崗巖或者高分異I型花崗巖(圖1；Chenetal., 2013, 2014, 2019a, b; Lietal., 2014a; Zhaoetal., 2015, 2021a)。這些巖體大部分分布于浙江沿海、福建東北部及福建-廣東兩省交界處，代表性巖體主要有福州地區(qū)的清涼山巖體、旗山巖體、太姥山巖體和筆架山巖體以及漳州附近的新村巖體、白石山巖體、塔潭巖體等。這些巖體大部分規(guī)模較小，但是數(shù)量眾多，巖體中也不發(fā)育暗色包體，但均發(fā)育晶洞構(gòu)造和文象結(jié)構(gòu)，長石以條紋長石為主，暗色礦物以黑云母為主。另外，這些花崗巖在很小的范圍內(nèi)就可能有極大的粒度變化，其中石英顆粒粒度變化極大，部分石英發(fā)育雪球結(jié)構(gòu)。與堿性長石花崗巖同期，東南沿海地區(qū)出露多處斑狀結(jié)構(gòu)的二長斑巖及正長斑巖，這些二長斑巖及正長斑巖主要出露于火山-侵入雜巖的破火山口及火山巖盆地之中，代表性的巖體為雁蕩山火山-侵入雜巖、云山火山-侵入雜巖及小雄盆地出露的侵入巖(圖2；邢光福等，2009; Yanetal., 2016, 2018b)。這些斑巖之中，偶爾可見暗色包體。另外，與二長斑巖和正長斑巖同期且成分呈互補(bǔ)關(guān)系的流紋巖中可見堆晶特征的侵入巖包體。

圖2 東南沿海白堊紀(jì)花崗巖中發(fā)育的代表性堆晶結(jié)構(gòu)

2 東南沿海典型巖體——以雁蕩山火山-侵入雜巖為例

雁蕩山火山-侵入雜巖是東南沿海火山-侵入巖帶最為典型的代表，火山-侵入雜巖外圍發(fā)育環(huán)狀斷裂(圖3；余明剛等，2008；Yanetal., 2016)?；鹕?侵入雜巖中心相為石英二長斑巖和石英正長斑巖，侵入巖外圍發(fā)育火山巖。環(huán)狀斷裂內(nèi)發(fā)育的侵入巖有羅川、山喬頭和白崗尖巖體，主要以石英二長斑巖為主，其中含有暗色包體。環(huán)狀斷裂外發(fā)育東皋和半山巖體，東皋巖體為石英二長斑巖，而半山巖體為石英正長斑巖。這些石英二長斑巖和石英正長斑巖含有40%～60%的斑晶，斑晶以斜長石、堿性長石和少量黑云母、角閃石、輝石和石英為主。堿性長石和斜長石以聚合斑晶形式出現(xiàn)，基質(zhì)主要為細(xì)粒隱晶質(zhì)。雁蕩山火山-侵入雜巖中的火山巖以熔結(jié)凝灰?guī)r和流紋巖為主?；鹕綆r中可以見到后期侵入的基性脈巖，也可以見到具有堆晶特征的侵入巖包體。

圖3 雁蕩山火山-侵入雜巖示意圖

雁蕩山火山-侵入雜巖的包體、正長斑巖和二長斑巖和火山巖在Harker圖解上顯示存在SiO2成分間斷。隨著SiO2含量升高，TiO2、Al2O3、MgO、CaO和Fe2O3含量降低，全堿(K2O+Na2O)含量先升高后降低。隨著Rb/Sr比值上升，這些巖石的Eu/Eu*、Zr/Hf、Sr/Y和La/Yb比值和Ba和Sr含量降低，其Rb、Nb、Hf、U、Ga等含量升高(Yanetal., 2016)。這些巖石具有相似的鋯石εHf(t)變化范圍，其鋯石微量元素具有相似的變化趨勢，表明這些巖石的母巖漿來自于同一個巖漿房，可能經(jīng)歷了相同的演化過程，只是其演化晚期固結(jié)歷史不同(Yanetal., 2016, 2018a)。正長斑巖和二長斑巖具有高的Eu/Eu*值和極低的Rb/Sr比值，具有高的CaO、Fe2O3、MgO、Al2O3、Ba和Sr含量，具有低的Rb含量，顯示出堆晶巖的特征(圖2、圖4)。這些特征表明它們是巖漿演化過程中由巖漿房中的斜長石、堿性長石和角閃石等礦物堆晶所形成?；鹕綆r具有正的Rb異常和強(qiáng)烈的負(fù)Sr和Eu異常，表明其形成過程中經(jīng)歷了斜長石的分離結(jié)晶。與正長斑巖和二長斑巖相比，火山巖具有低的Ba的含量，這一特征被認(rèn)為是堿性長石分離結(jié)晶所產(chǎn)生。另外，隨著全巖的Rb/Sr比值上升，它們?nèi)珟rZr/Hf比值逐漸降低，表明其形成過程中，經(jīng)歷了鋯石的分離結(jié)晶(圖4)。因此，我們認(rèn)為正長斑巖和二長斑巖是由巖漿晶粥體中的堆晶作用形成，而富硅的火山巖可能是從晶粥體中抽取的熔體噴出地表所形成。

圖4 雁蕩山火山-侵入雜巖SiO2-Zr/Hf(a)和Eu/Eu*-Rb/Sr(b)協(xié)變圖解(數(shù)據(jù)來自Yan et al., 2016)

3 東南沿海白堊紀(jì)晚期花崗巖類巖石及同期輝長巖地球化學(xué)特征

在收集已發(fā)表數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，我們對東南沿海白堊紀(jì)晚期花崗巖及其伴生輝長巖的地球化學(xué)特征進(jìn)行了總結(jié)(表1)。根據(jù)年代學(xué)和地球化學(xué)特征，東南沿海白堊紀(jì)晚期花崗巖類巖石可以分為兩大類:(1)115～100Ma的巖石包括輝長巖、閃長巖及暗色包體、花崗閃長巖及二長花崗巖和堿性長石花崗巖；(2)100～86Ma的巖石包括斑巖(主要為石英正長斑巖和石英二長斑巖)和堿性長石花崗巖(圖1)。

3.1 115～100Ma花崗巖類巖石及同期輝長巖地球化學(xué)特征

輝長巖類巖石具有極低的SiO2(42.9%～53.8%)和全堿含量(K2O+Na2O: 0.86%～5.28%)，極高的CaO(7.09%～12.98%)、MgO(3.23%～14.69%)和Al2O3(22.08%～12.89%)含量和極低的P2O5含量(圖5)。隨著SiO2含量上升，全堿和P2O5含量上升，CaO、MgO和Al2O3含量降低。輝長巖具有極低的FeOT/MgO、La/Yb和Zr/Hf比值以及Ba、Nb、Th、Rb和Zr含量，較高的Eu/Eu*、Sr/Y比值和Sr含量(圖6、圖7、圖8)。

圖5 東南沿?；◢弾r類巖石SiO2對K2O+N2O(a)、CaO(b)和P2O5(c)圖解以及A/CNK-A/NK協(xié)變圖(d)

圖6 東南沿?；◢弾r類巖石10000Ga/Al對FeOT/MgO(a)、Zr+Nb+Ce+Y(b)、Nb(c)和Zr(d)協(xié)變圖(底圖據(jù)Whalen et al., 1987)

圖7 東南沿?；◢弾r類巖石Rb/Sr對FeOT/MgO(a)、Eu/Eu*(b)、La/Yb(c)、Zr/Hf(d)、Sr/Y(e)和Ba(f)協(xié)變圖

圖8 東南沿?；◢弾r類巖石Sr對Ba(a)、Rb(b)、Nb(c)、Y(d)、Th(e)和Zr(f)協(xié)變圖

閃長巖和細(xì)粒暗色包體SiO2(50.34%～63.68%)、CaO、P2O5、MgO、P2O5和Al2O3含量變化極大(圖5)。隨著SiO2含量上升，全堿含量上升，CaO、MgO和Al2O3含量降低。從微量元素特征來看，閃長巖類巖石Eu/Eu*、La/Yb、Zr/Hf和Sr/Y比值和Ba、Zr、Y等元素含量變化極大(圖6、圖7、圖8)。

花崗閃長巖和二長花崗巖類巖石SiO2(61.7%～75.3%)含量變化較大，大部分為準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石(圖5)。隨著SiO2含量上升，全堿含量上升，CaO、MgO、TiO2和Al2O3含量降低。這類巖石具有較低的FeOT/MgO、Ga/Al比值和Nb、Zr及Nb+Zr+Ce+Y元素含量，顯示出典型I型花崗巖的特征，其La/Yb、Rb/Sr、Eu/Eu*和Zr/Hf比值和Sr、Rb、Ba、Zr和Th等變化較大(圖6、圖7、圖8)。

堿性長石花崗巖為準(zhǔn)鋁質(zhì)系列巖石，具有極高的SiO2含量，大部分SiO2含量大于75%，全堿含量約8%～9%(圖5)。隨著SiO2含量升高，CaO、MgO、TiO2和Al2O3含量降低。大部分的堿性長石花崗巖具有低的Ga/Al、FeOT/MgO、Zr和Nb等元素，顯示出I型花崗巖的特征(圖6)。這些堿性長石花崗巖具有低的Rb/Sr、Eu/Eu*、La/Yb、Zr/Hf和Sr/Yb比值，具有低的Ba、Sr和Zr含量和高的Rb、Nb、Y和Th等含量(圖7、圖8)。

3.2 100～86 Ma花崗巖類巖石地球化學(xué)特征

斑巖最顯著的特征是富堿，其堿含量可以達(dá)到8%～12%，SiO2主要集中在60%～70%(圖5)。隨著SiO2含量上升，其全堿、CaO、P2O5、MgO和Al2O3含量降低。大部分斑巖具有極高的Zr、Sr和Ba含量和Eu/Eu*、La/Yb和Sr/Y比值(圖6、圖7、圖8)。

大部分堿性長石花崗巖為準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)系列巖石，有少量為堿性系列巖石(圖5)。絕大部分堿性長石花崗巖SiO2含量大于75%。隨著SiO2含量上升，全堿、CaO、MgO、TiO2和Al2O3含量降低。大部分的堿性長石花崗巖具有高的FeOT/MgO和Ga/Al比值以及Zr、Nb等高場強(qiáng)元素含量，顯示出A型花崗巖的特征(圖6)。這些堿性長石花崗巖普遍具有高的Rb、Y和Th和低的Ba、Sr含量和低的Zr/Hf、La/Yb、Eu/Eu*和Sr/Y比值(圖7、圖8)。

4 東南沿海白堊紀(jì)晚期花崗巖類巖石及輝長巖成因

4.1 東南沿海高硅花崗巖的源區(qū)

東南沿海地區(qū)，地幔來源的輝長巖和閃長巖經(jīng)常和花崗質(zhì)巖石密切共生(漳州巖體)。這些基性巖同位素組成和花崗巖有不同的Sr-Nd-Hf-O同位素組成(Chenetal., 2013)，顯示其來自于不同源區(qū)。前人通過計(jì)算表明，如果高硅花崗巖由幔源玄武巖分異產(chǎn)生，其只能產(chǎn)生5vol%的SiO2含量為70%的巖漿(Lee and Morton, 2015)。然而，東南沿海中生代的巖石主要由SiO2>75%高硅花崗巖組成，基性巖出露面積小于所有巖石出露面積的5%，這些特征表明東南沿海高硅花崗巖不可能由幔源基性巖漿直接分異所產(chǎn)生(Xuetal., 1999; Chenetal., 2013)。

高硅花崗巖由地殼部分熔融形成的模型主要包括：(1)干的下地殼在高溫條件下部分熔融(Collinsetal., 1982)；(2)含水下地殼部分熔融(Beard and Lofgren, 1991; Sissonetal., 2005)；(3)花崗質(zhì)巖石在淺部地殼高溫部分熔融(Skjerlie and Johnston, 1992; Kingetal., 1997; Patio Douce, 1997)。然而，下地殼物質(zhì)經(jīng)過大規(guī)模部分熔融一般產(chǎn)生的都是閃長質(zhì)到花崗閃長質(zhì)的巖漿，很難產(chǎn)生大規(guī)模SiO2>75%的巖漿。例如，如果經(jīng)過熔體抽取的干的麻粒巖相下地殼再次經(jīng)過部分熔融一般傾向于形成貧硅貧鉀的熔體(Frost and Frost, 2011)。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)表明，含水下地殼經(jīng)過部分熔融一般產(chǎn)生富鈉熔體而不是和高硅花崗巖成分類似的富鉀巖漿(Beard and Lofgren, 1991; Sissonetal., 2005)。含水的上地殼物質(zhì)(如沉積巖等)經(jīng)過部分熔融也很難產(chǎn)生高鉀鈣堿性系列的高硅花崗巖(Miller and Mittlefehldt, 1984)。雖然實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)表明上地殼的長英質(zhì)巖石經(jīng)過部分熔融能產(chǎn)生高硅花崗質(zhì)熔體，然而在正常地溫梯度下上地殼很難達(dá)到產(chǎn)生大規(guī)模高硅花崗巖所需的溫度(Bachmann and Bergantz, 2004)。另外，東南沿海高硅花崗巖具有非常低的Sr含量和極高的Rb/Sr比值(圖7、圖8)(如，塔潭巖體最高Rb/Sr比值可以達(dá)到490)(Chenetal., 2022)。Hallidayetal.(1991)認(rèn)為這些具有極低Sr含量和極高Rb/Sr比值的花崗巖不可能由任何地殼巖石經(jīng)部分熔融形成,而只能由分離結(jié)晶產(chǎn)生。因此，我們認(rèn)為東南沿海富鉀的高硅花崗巖不能由地殼巖石直接部分熔融所產(chǎn)生。

從野外特征來看，與高硅花崗巖同期的花崗閃長巖和斑巖之中普遍發(fā)育暗色包體，表明幔源巖漿在其形成過程中貢獻(xiàn)了物質(zhì)和能量。從全巖的Nd同位素特征來看，部分花崗巖的Nd同位素要高于輝長巖的Nd同位素組成，表明這些花崗巖形成過程中可能有高Nd同位素組成的富硅物質(zhì)參與，這些物質(zhì)可能是東南沿海新生地殼部分熔融所產(chǎn)生(圖9)。與輝長巖相比，另外一些花崗巖具有類似古老地殼的Nd同位素組成，表明其形成過程中有古老物質(zhì)參與。因此，東南沿?；◢弾r形成過程中可能至少有三個端元的物質(zhì)參與，包括幔源基性巖漿、古老地殼物質(zhì)和新生地殼物質(zhì)(圖9；Chenetal., 2019b)。

4.2 大規(guī)?；詭r漿底侵與晶體-熔體分離

東南沿海發(fā)育一條基性-超基性巖帶，主要由角閃輝長巖組成，形成于100～115Ma。這些輝長巖具有較低的SiO2(42.9%～53.8%)和較高的MgO含量，表明它們主要來自于地幔。前人通過詳細(xì)的礦物學(xué)和同位素研究表明，這些輝長巖主要來自于被俯沖沉積物所交代的地幔楔(Zhangetal., 2019)。與相對原始的輝長巖相比，分異程度較高的輝長巖具有變化交大的全巖εNd(t)，表明其在演化過程中混染了古老陸殼物質(zhì)或者新生陸殼物質(zhì)(圖9)。

圖9 東南沿?；◢弾r類巖石87Rb/86Sr對εNd(t)(a)和(87Sr/86Sr)i(b)協(xié)變圖

隨著SiO2含量增加，輝長巖的全堿含量增加，CaO、MgO、Fe2O3和TiO2含量降低。與正常的地幔橄欖巖部分熔融產(chǎn)生的玄武質(zhì)熔體相比，輝長巖有更高的CaO、Al2O3和Fe2O3含量，而且它們的Eu/Eu*值普遍大于1，具有極高的Sr含量。這些輝長巖中發(fā)育大量角閃石和斜長石的聚合斑晶，表明這些輝長巖是基性巖漿結(jié)晶過程中形成的早期堆晶相(Deering and Bachmann, 2010)(圖7、圖8)，堆晶礦物主要為斜長石和角閃石(Zhangetal., 2019)。前人對東南沿海出露的來自下地殼的白堊紀(jì)麻粒巖包體的研究表明，這些麻粒巖包體與東南沿?；?超基性的輝長巖具有相同的形成時代和類似的地球化學(xué)組成(Xuetal., 1996; Yuetal., 2003)。地球物理研究表明東南沿海下地殼底部存在一個5km厚的低速、高密度異常帶(Zhang and Wang, 2007), 這一異常帶可能由基性-超基性巖石所組成。這些特征表明東南沿海下地殼主要由基性巖漿底侵過程中形成的基性-超基性堆晶巖組成。

絕大多數(shù)閃長巖演化程度遠(yuǎn)高于輝長巖，具有低的CaO、MgO、Fe2O3、TiO2含量，Eu負(fù)異常(圖6、圖7、圖8)。與輝長巖相比，大部分的閃長巖類巖石具有低的Eu/Eu*(主要集中在0.5～0.9)和Sr/Y比值，相對高的Rb/Sr比值，另外還具有相對高的Zr、Th、Y、Nb、Rb、Ba含量(圖7、圖8)。從野外來看，輝長巖和閃長巖在時空上密切共生，二者呈過渡特征，如，前人在漳州巖體和岱千山巖體中觀察到輝長巖和閃長巖呈過渡關(guān)系；從礦物組成來看，輝長巖和閃長質(zhì)巖石具有類似的礦物組成；從全巖地球化學(xué)特征來看，輝長巖與閃長質(zhì)巖石(包括閃長巖和暗色包體)具有類似的主、微量元素演化趨勢；從礦物學(xué)特征來看，輝長巖和閃長巖中的礦物組成呈連續(xù)變化；從同位素特征來看，輝長巖與閃長質(zhì)巖石具有相似的同位素組成。因此，輝長巖和閃長質(zhì)巖石是由相同的巖漿演化而來(圖7、圖8、圖9)，閃長巖類巖石是從基性的晶粥體中抽離出的富硅熔體結(jié)晶而成。

前人對這些輝長巖和閃長質(zhì)巖石進(jìn)行了大量的角閃石壓力計(jì)研究。其中，輝長巖角閃石壓力計(jì)表明角閃輝長巖的結(jié)晶壓力為1000～3600Pa，對應(yīng)的地殼深度約為3～12km(Zhangetal., 2019)。閃長質(zhì)巖石中的角閃石壓力計(jì)表明，閃長質(zhì)巖石結(jié)晶的深度主要是5～7km(Liuetal., 2013, 2014a, 2018；劉亮等, 2013)。這些結(jié)果表明，閃長質(zhì)熔體從基性晶粥體中抽離的過程主要發(fā)生在中-上地殼。部分角閃輝長巖中的斜長石呈彎曲狀態(tài)，表明機(jī)械壓實(shí)作用在富硅熔體抽離巖漿儲庫的過程中起到了非常重要的作用(Bachmann and Bergantz, 2004)。

4.3 淺部地殼晶體-熔體分離與高硅花崗巖形成

4.3.1 富水硅質(zhì)巖漿儲庫與鈣堿性系列花崗巖形成(115～100Ma)

115～100Ma期間，花崗質(zhì)巖石主要由花崗閃長巖、二長花崗巖組成和少量的堿性長石花崗巖組成，它們分布區(qū)域相似、形成時代相同、同位素組成類似，表明這些巖石來自于相似的巖漿儲庫(圖1、圖9)。前人研究表明，這些巖石為鈣堿性特征、中-高鉀系列的準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗質(zhì)巖石。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)表明低鉀系列的變質(zhì)玄武巖(或者角閃巖、麻粒巖等)經(jīng)過部分熔融只能產(chǎn)生富Na的花崗質(zhì)巖石，而不能形成中高鉀系列的花崗質(zhì)巖石，而變質(zhì)沉積巖經(jīng)過部分熔融通常形成過鋁質(zhì)系列的花崗質(zhì)巖石，中-高鉀系列的準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗質(zhì)巖石只能由中-高鉀系列的變質(zhì)基性巖經(jīng)過部分熔融形成(Sissonetal., 2005)。因此，我們認(rèn)為東南沿海115～100Ma的鈣堿性系列花崗質(zhì)巖石的原始巖漿是由中-下地殼的中-高鉀系列的基性巖部分熔融所形成(Chenetal., 2013)。

與同期花崗閃長巖和二長花崗巖相比，115～100Ma期間形成的堿性長石花崗巖為準(zhǔn)鋁質(zhì)系列，具有高硅(SiO2>75%)、高堿、高鉀的特征，較低的Sr、Ba含量，低的Eu/Eu*和La/Yb比值和高的Rb/Sr(1～10)比值，顯示出高分異的特征(圖6、圖7、圖8)。與A型花崗巖相比，堿性長石花崗巖具有低的Ga/Al、FeOT/MgO比值，低的Zr和Nb含量，顯示出高分異I型花崗巖的特征(圖6、圖7、圖8)。這些地球化學(xué)特征也表明，堿性長石花崗巖形成過程中經(jīng)歷了暗色礦物(主要為角閃石和黑云母)、斜長石、堿性長石、富輕稀土的副礦物(獨(dú)居石、褐簾石、磷灰石和榍石等)和鋯石的分離結(jié)晶。它們的地球化學(xué)特征與區(qū)域上不含斑晶的高硅流紋巖極為相似，表明其是從淺部地殼的晶粥體中抽取出來的熔體侵入淺部地殼所形成(Zhangetal., 2018)。

與同期堿性長石花崗巖相比，115～100Ma的花崗閃長巖和二長花崗巖具有低的SiO2含量，高Fe2O3、Al2O3、P2O5、TiO2的含量。而且，這些巖石具有變化較大的SiO2、全堿、Al2O3、P2O5含量和La/Y、Zr/Hf、Eu/Eu*比值，具有低的Rb/Sr(0.1～1)比值和高的Sr、Ba含量(圖6、圖7、圖8)。這些特征表明這些巖石演化過程中主要經(jīng)歷了斜長石、堿性長石、富輕稀土副礦物(獨(dú)居石、褐簾石、磷灰石和榍石等)和鋯石的分離結(jié)晶。部分花崗閃長巖和二長花崗巖具有相對高的La/Yb、Zr/Hf、Eu/Eu*比值和高的Sr、Ba含量，與前人認(rèn)為的堆晶花崗巖具有相似的地球化學(xué)特征(圖7、圖8; Deering and Bachmann, 2010)。從野外特征來看，這部分花崗閃長巖和二長花崗巖普遍具有似斑狀結(jié)構(gòu)，其中的斜長石普遍呈聚合斑晶或者嵌晶狀，其他礦物大部分為他形，充填在嵌晶狀斜長石之間，具有堆晶花崗巖的特征(圖2)。因此，我們認(rèn)為分異程度較低的花崗閃長巖和二長花崗巖是堆晶花崗巖，是巖漿儲庫中早期堆晶的產(chǎn)物；分異程度較高的花崗閃長巖和二長花崗巖可能是巖漿儲庫內(nèi)堆晶相與富含粒間熔體的晶粥體之間的過渡相(Lee and Morton, 2015)。

大量的野外研究表明花崗閃長巖、二長花崗巖和堿性長石花崗巖之中均發(fā)育細(xì)粒暗色閃長質(zhì)包體。這些暗色包體與閃長巖具有類似的地球化學(xué)特征，主要由基性巖漿分異而來。前人研究表明這些基性巖的原始巖漿非常的富水，水含量可以達(dá)到4%以上(Zhangetal., 2019)?；詭r漿儲庫結(jié)晶過程中最先結(jié)晶了富鈣斜長石，使得基性巖漿儲庫內(nèi)的粒間熔體一直處于水飽和狀態(tài)，使得富硅中性巖漿異常富水。角閃石壓力計(jì)表明，這些富水中性巖漿從基性巖漿儲庫的抽離發(fā)生在從中-上地殼(Liuetal., 2013, 2018)。抽離出基性巖漿儲庫的中性富水巖漿快速侵入上地殼中富硅的巖漿儲庫之中，然后發(fā)生淬冷，形成了富含黑云母和角閃石的細(xì)粒閃長質(zhì)包體。一方面，這些富水中性巖漿為上地殼富硅巖漿儲庫內(nèi)的熔體抽離提供了熱量，有利于淺部地殼巖漿儲庫維持在較高溫度；另一方面，富水中性巖漿隨著侵位上升，釋放出大量的水進(jìn)入富硅巖漿儲庫，使得高硅熔體降低粘度，有利于熔體與晶體發(fā)生分離，進(jìn)而從擠壓特征的巖漿儲庫內(nèi)抽離(Hartungetal., 2019)。

4.3.2 富揮發(fā)份巖漿儲庫與堿性系列花崗巖形成(100～86Ma)

100～86Ma期間，東南沿海花崗巖類巖石主要以石英二長斑巖、石英正長斑巖和堿性長石花崗巖為主(表1)。野外觀察及前人研究均表明，整個東南沿海地區(qū)的這三類巖石在空間上緊密伴生且形成時間相同(表1)。另外，同一大型火山機(jī)構(gòu)內(nèi)發(fā)育的三類巖石均具有類似的同位素組成(如，魁岐巖體及周邊巖體；Chenetal., 2019a)。這些特征表明，這些巖石可能來自于相同的巖漿儲庫，巖漿儲庫內(nèi)的分異過程是導(dǎo)致巖性差別的主要機(jī)制(Yanetal., 2016, 2018b; Chenetal., 2021)。在硅-堿圖上，這些巖石從堿性向亞堿性演化，表明它們的原始巖漿相對富堿(圖6)。除了少數(shù)堿性花崗巖為過堿性巖石，石英二長斑巖、石英正長斑巖和絕大部分的堿性長石花崗巖均為準(zhǔn)鋁質(zhì)到弱過鋁質(zhì)系列巖石。然而，沒有巖石能直接部分熔融產(chǎn)生正長巖巖漿和過堿性花崗巖巖漿。從同位素特征來看，石英斑巖和堿性長石花崗巖和基性侵入巖比較類似(圖9)。由于大部分花崗巖具有極高的SiO2含量，而只有很少的基性巖相伴生。因此，我們認(rèn)為這些石英斑巖和堿性長石花崗巖可能是由地殼部分熔融產(chǎn)生的硅質(zhì)巖漿演化而來。

大量的巖相學(xué)和野外觀察表明，這些石英二長斑巖和石英正長斑巖中的斜長石主要以聚合斑晶形式出現(xiàn)，而且大量的斜長石或者堿性長石斑晶搭成格架，其他細(xì)粒礦物以基質(zhì)形式呈填隙狀分布在長石格架之中(圖2)。這些特征表明這些斑巖是巖漿儲庫內(nèi)早期結(jié)晶礦物的堆晶，而斑晶礦物間的細(xì)?；|(zhì)是晶體間隙中殘留的熔體。從地球化學(xué)特征來看，斑巖從堿性特征向亞堿性系列演化，具有相對低的SiO2含量和Rb/Sr(主要集中于0.1～1)比值，高的Fe2O3、TiO2、Al2O3、全堿、Sr、Ba、Zr含量和Eu/Eu*(主要為0.6～1.0)、La/Yb和Zr/Hf比值，這些特征與堆晶花崗巖極為類似(圖6、圖7、圖8)。這些特征表明，斑巖結(jié)晶過程中除了經(jīng)歷了少量磁鐵礦、輝石堆晶之外，還經(jīng)歷了大量的堿性長石、斜長石、鋯石及富輕稀土副礦物的堆晶。

堿性長石花崗巖具有極高的SiO2含量，大部分樣品SiO2含量大于75%。另外，大部分堿性長石花崗巖為準(zhǔn)鋁質(zhì)系列巖石，只有少量為過堿性。從花崗巖判別圖解上可以看出，大部分的堿性長石花崗巖具有高的Ga/Al和FeO/MgO比值和Zr、Nb等高場強(qiáng)元素含量，低的Sr、Ba含量，低的La/Yb和Zr/Hf比值和高的Rb和Rb/Sr(1～200)比值(圖6、圖7、圖8)。這些特征與經(jīng)過強(qiáng)烈分異的高硅流紋巖極為類似，表明這些花崗巖在演化過程中經(jīng)歷了高度結(jié)晶分異。越來越多的研究表明它們可能是從淺部地殼的晶粥體中抽提出來的高硅熔體侵入淺部地殼所形成(Lee and Morton, 2015; Deeringetal., 2016; Hartungetal., 2017; Schaenetal., 2017; Chenetal., 2021)。這些熔體抽取過程中可能經(jīng)歷了磁鐵礦、輝石、堿性長石、斜長石、鋯石及富輕稀土副礦物(包括磷灰石、獨(dú)居石等)的分離結(jié)晶。這些花崗巖普遍發(fā)育文象結(jié)構(gòu)，表明其結(jié)晶過程中過冷卻度較高。這些花崗巖普遍含有晶洞，粒度變化極大，且含有螢石等礦物，表明巖漿演化晚期巖漿儲庫非常的富集F/Cl等揮發(fā)份，氣體壓濾作用可能是熔體從巖漿儲庫中抽離的主要機(jī)制(Cooperetal., 2019)。另外，這些堿性長石花崗巖的母巖漿的溫度普遍大于800℃，與花崗巖同期的斑巖中偶爾發(fā)育暗色包體，這些特征表明幔源基性巖漿的再補(bǔ)給作用也是誘使高硅熔體抽離巖漿儲庫的重要機(jī)制。

5 穿地殼巖漿系統(tǒng)與高硅巖漿演化

大部分學(xué)者研究表明東南沿海白堊紀(jì)晚期大規(guī)模巖漿作用的形成和古太平洋板塊俯沖有關(guān)(Zhouetal., 2006; Li and Li, 2007；Guoetal., 2021)。115～100Ma期間，東南沿海主要發(fā)育富水的鈣堿性系列巖漿作用，這一時期的幔源巖漿主要來自于俯沖交代的地幔楔，底侵的基性巖漿在中-上地殼發(fā)生晶體熔體分離，在中-上地殼產(chǎn)生了基性-超基性的輝長巖堆晶和富水的富硅巖漿。富水基性巖漿的底侵作用使得下地殼發(fā)生大規(guī)模部分熔融并產(chǎn)生了大規(guī)模中酸性巖漿，這些巖漿向中-上地殼運(yùn)移形成了穿地殼巖漿系統(tǒng)(圖10；Cashmanetal., 2017)。從基性巖漿儲庫抽離的異常富水的閃長質(zhì)巖漿侵入了中-上地殼的中酸性巖漿儲庫，為淺部地殼的巖漿演化進(jìn)一步提供了大量的熱和水，有利于淺部地殼巖漿儲庫長期保持高溫狀態(tài)，使得巖漿儲庫內(nèi)的高硅熔體富含流體，促使高硅熔體粘度降低，進(jìn)而能從擠壓狀態(tài)的巖漿儲庫內(nèi)抽離出來，抽離出來的熔體侵入淺部地殼形成了堿性長石花崗巖(圖10)。殘留在上地殼的巖漿儲庫異常富水(Zhaoetal., 2021b)，使得殘余巖漿儲庫內(nèi)斜長石結(jié)晶相對滯后并經(jīng)歷了長時期的結(jié)晶過程，殘余巖漿儲庫最終冷卻結(jié)晶形成以花崗閃長巖和二長花崗巖為主的堆晶花崗巖。隨著俯沖板片的后撤，在100～86Ma期間，東南沿海處于伸展的構(gòu)造環(huán)境，隨著軟流圈地幔的上涌，早期被俯沖過程所交代的地幔發(fā)生部分熔融產(chǎn)生大量的富F/Cl的揮發(fā)份，底侵的富含揮發(fā)份的基性巖使得下地殼發(fā)生高溫部分熔融，最終在地殼內(nèi)形成了大量富堿的硅質(zhì)巖漿(Zhaoetal., 2021b)(圖10)。隨著巖漿儲庫的就位，從下地殼到上地殼形成了高溫的穿地殼巖漿系統(tǒng)(Cashmanetal., 2017)，淺部地殼巖漿儲庫內(nèi)特別富集揮發(fā)份，淺部熔體受到氣體壓濾作用進(jìn)而抽離巖漿儲庫(圖10)。一方面，富硅熔體發(fā)生大規(guī)模的火山噴發(fā)，形成不含斑晶的流紋巖；另一方面，侵入淺部地殼的溫度很高的高硅熔體由于富含揮發(fā)份，快速冷卻，形成了發(fā)育文象結(jié)構(gòu)的、富含晶洞的堿性長石花崗巖(圖10)。由于這一階段的巖漿富含以F/Cl為主的揮發(fā)份而相對貧水，使得巖漿系統(tǒng)中斜長石最早結(jié)晶，然后再結(jié)晶堿性長石和石英，使得斜長石和熔體分離較為完全，抽離巖漿儲庫的高演化的熔體形成分異強(qiáng)烈的堿性長石花崗巖，而對應(yīng)的堆晶巖為石英二長斑巖和石英正長斑巖。

圖10 穿地殼巖漿系統(tǒng)與高硅花崗巖形成模型圖(據(jù)Chen et al., 2021修改)

6 主要認(rèn)識

(1)東南沿海白堊紀(jì)晚期的侵入巖可以分為兩個階段，其中115～100Ma以鈣堿性系列巖石為主，巖石組合為輝長巖-閃長巖-花崗閃長巖-二長花崗巖-堿性長石花崗巖；而100～86Ma的巖石為堿性系列，巖石組合為石英二長斑巖-正長斑巖-堿性長石花崗巖。

(2)115～100Ma期間，富水基性巖漿在中上地殼發(fā)生晶體-熔體分離，形成基性-超基性的堆晶輝長巖；富水基性巖漿底侵誘使地殼部分熔融產(chǎn)生花崗質(zhì)巖漿，基性巖漿儲庫演化來的中性富水熔體侵入淺部地殼的酸性巖漿儲庫，促使淺部巖漿儲庫發(fā)生晶體-熔體分離，形成了以花崗閃長巖和二長花崗巖為主的堆晶花崗巖，而從淺部地殼酸性巖漿儲庫抽離的高硅熔體侵入地殼形成了高硅特征的堿性長石花崗巖。

(3)100～86Ma期間，隨著軟流圈上涌，地殼發(fā)生高溫部分熔融產(chǎn)生富含F(xiàn)/Cl揮發(fā)份的酸性巖漿儲庫，淺部地殼內(nèi)巖漿儲庫內(nèi)的分異產(chǎn)生了具有堆晶特征的二長斑巖和正長斑巖，而富含F(xiàn)/Cl揮發(fā)份的高硅熔體侵入淺部地殼形成了含晶洞的堿性長石花崗巖。

(4)東南沿海高硅花崗巖的形成和穿地殼巖漿系統(tǒng)密切相關(guān)，高硅花崗巖是由淺部地殼內(nèi)晶體-熔體分異產(chǎn)生的熔體侵入地殼所形成，而高硅花崗巖的地球化學(xué)特征與巖漿儲庫的揮發(fā)份種類和含量密切相關(guān)；從富水的巖漿儲庫抽離的熔體形成具有低高場強(qiáng)元素含量和低Rb/Sr比值的高硅花崗巖，這一過程與俯沖過程有關(guān)；而從富F/Cl揮發(fā)份的巖漿儲庫抽離的熔體形成具有高高場強(qiáng)元素含量和高Rb/Sr比值的高硅花崗巖，這一過程和板塊后撤及軟流圈上涌引發(fā)的伸展作用有關(guān)。

致謝本文第一作者在近年關(guān)于花崗巖的研究過程中，多次得到吳福元老師的指點(diǎn)和教誨。郭鋒研究員和賀振宇教授認(rèn)真細(xì)致的評審了本文，并就論文的修改提出了很多建設(shè)性意見，使得本文更為完善。紀(jì)偉強(qiáng)研究員在稿件組織過程提供了很多幫助。在此一并致謝。