南非开普敦海角接触带半岛花岗岩的热-机械侵入-围岩相互作用及就位机制

推荐：研究人员针对上地壳花岗岩就位机制这一关键科学问题，以南非开普敦海角接触带半岛花岗岩为研究对象，通过宏微观构造分析揭示了岩浆利用围岩各向异性（S0层理和S2面理）进行薄板状侵入的过程，发现岩浆流动导致的钾长石巨晶定向排列和捕虏体旋转特征，提出了"过滤压榨"机制解释晶体滞留现象，为理解造山带岩浆就位与变形耦合关系提供了典型范例。

　　

在地球科学领域，花岗岩如何在上地壳就位一直是争议性话题。传统观点认为岩浆主要通过顶蚀作用或断裂扩张形成空间，但越来越多的证据表明，围岩的构造各向异性和变形过程在岩浆就位中扮演关键角色。南非开普敦海角接触带出露的半岛花岗岩与Malmesbury群变质沉积岩的侵入接触关系，为研究这一过程提供了天然实验室。这个由Charles Darwin在1844年考察过的经典露头，记录了新元古代-古生代（约540Ma）S型花岗岩在潘诺非洲Saldania造山带中的就位过程。

研究人员通过详细野外观测和显微构造分析，揭示了半岛花岗岩以系列薄板状岩席形式沿围岩先存各向异性（陡倾的S₀层理和S₁面理）侵入的过程。研究发现岩浆超压与区域NE-SW向挤压应力共同作用，促使含晶岩浆沿各向异性面扩展。特别值得注意的是，在F₁褶皱枢纽带形成的"构造陷阱"中，岩浆呈现高度富集现象。

研究采用了三维激光扫描（LiDAR）和形状优选定向（SPO）分析等关键技术方法，对513个钾长石巨晶进行定向测量，结合薄片显微构造观察，系统重建了岩浆就位与区域变形的时序关系。通过接触变质带堇青石变斑晶（cordierite porphyroblast）的内部结构分析，确定了热变质作用从早期D₁延续至晚期D₂变形阶段。

研究结果主要包含以下发现：

1. 围岩构造特征
   Malmesbury群发育NW-SE走向的陡倾S₂面理和同斜褶皱，花岗岩席主要沿这些构造面理侵入。在褶皱枢纽部位，岩浆聚集形成典型的"岩鞍"构造（phacolith）。

2. 岩浆-围岩相互作用
   "层间混合带"（lit-par-lit zone）表现出复杂的相互作用：

• 钾长石巨晶（K-feldspar megacrysts）和捕虏体（xenoliths）的长轴方向与花岗岩席走向一致
• 过滤压榨（filter pressing）作用导致岩浆晶体（特别是钾长石巨晶）滞留于围岩中
• 部分同化作用形成具有渐变接触关系的混合花岗岩（hybrid granite）

1. 变形时序证据
   堇青石变斑晶的包裹体型式显示，热变质作用从早期D₁持续到晚期D₂变形阶段。S₂面理环绕变斑晶的"弯曲"结构，证实了变形在岩浆侵入后仍在继续。

2. 岩浆就位机制
   多期岩浆脉冲（multiple granite pulse）以不同结晶度状态侵入：

• 早期微花岗岩（microgranite）沿S₂面理注入并发生褶皱变形
• 晚期粗粒巨晶花岗岩切割早期岩席，显示就位过程延续至构造后期
• 岩浆加载导致发育缓倾的S₃折劈理

这项研究的重要意义在于：
首次系统揭示了半岛花岗岩的就位机制与Saldanian造山运动的耦合关系，建立了"构造控制-岩浆侵位-热变质响应"的完整时序框架。提出的"过滤压榨"模型为理解岩浆晶体在围岩中的滞留现象提供了新机制，而混合花岗岩的形成过程则为大陆地壳生长中的同化-混染作用提供了典型实例。该成果不仅对理解造山带岩浆就位过程具有理论价值，其采用的多尺度分析方法也为类似侵入接触带研究建立了方法论范例。