王孝磊教授课题组提出了花岗岩多样性的新机制

花岗岩基是记录地壳形成与演化的重要研究对象。最近的研究表明，大的花岗岩基可以通过不同批次的岩浆累积叠加而形成，其单一的花岗质侵入体通常形成于100 kyr 到1 Myr之间，而大型的花岗质岩基可以形成于相对较长的时限内（可达ca. 10 Myr）。如此长的时限可能会导致花岗质岩基具有显著的地球化学成分变化特征，但是花岗岩的成分多样性究竟在这一过程中如何产生仍不清楚。

王迪博士和王孝磊教授意识到这些地球化学的变化可能受源区和岩浆过程这两个阶段的制约。他们以江西西北部出露面积达约4,000 km2新元古代九岭复式岩基为研究对象，结合野外地质调查和锆石U−Pb同位素定年揭示该岩基由四个ca. 828−810 Ma的过铝质花岗质侵入体组成，表明该新元古代复式岩基是由不同批次的地壳来源的熔体累积叠加而形成的。九岭复式岩基中四个侵入体的全岩地球化学反映出源区的组成差异。这些花岗岩具有两方面的成分变化：一方面，从老到新，不同侵入体内部都具有逐渐降低的Rb/Sr比值和逐渐升高的Na/K比值和εHf(t)值，表明源区成分发生变化；另一方面，不同侵入体之间也具有较大的锆石Hf−O同位素变化（图1）。这些成分变化既指示了岩浆源区的成分差异，也指示了同一个侵入体在形成过程中不同熔体之间的混合。

图1 新元古代九岭岩体花岗岩锆石的Hf−O同位素反映源区多成分的混合

图2 九岭岩基形成的模式图，包括源区和熔体两阶段的混合

王孝磊教授课题组就此对巨型花岗岩基的成分多样性提出了一个两阶段的机制，即“双混合（Dual Mixing）”机制。该机制包括源区的混合和岩浆的混合两个阶段（图2）：第一阶段的混合发生在源区中，不同成分不同比例源区的混合导致其部分熔融形成的不同批次的熔体也具有明显不同的地化特征；第二阶段的混合发生在岩浆上升和滞留阶段，从地壳深部上升到浅部就位的不同批次熔体发生混合，这个过程被同一岩体内不同样品之间矿物成分的变化所记录。

这种多重物质混合的模式可以用来解释全球范围内过铝质花岗质岩石成分多样性的原因。该研究成果发表在地质学国际一流学术杂志《Contributions to Mineralogy and Petrology》上，题目为“Dual mixing for the formation of Neoproterozoic granitic intrusions within the composite Jiuling batholith, South China”（DOI号为10.1007/s00410-020-01757-2）。王迪助理研究员为论文第一作者，王孝磊教授为论文的通讯作者，本研究受到了国家自然科学基金项目（41802051和41222016）的资助支持。