印度东北部西隆高原高钾富铝（I型）寒武纪瓜瓦哈蒂花岗岩的地球化学与地质年代学：对涉及共析组合捕获（PAE）模型的岩浆成因机制的洞察

《Geochemistry》：Geochemistry and geochronology of high-K metaluminous (I-type) Cambrian Guwahati granites from Shillong plateau, Northeast India: Insight into petrogenesis involving peritectic assemblage entrainment (PAE) model

本文通过 geochemical 和 zircon U-Pb-Hf 测年，揭示 Shillong Plateau 523–473 Ma I 型花岗岩的 PAE 模型有效性，证实其源自古元古代地壳 incongruent 融熔，并揭示与泛非构造活动的关联。

　　在印度东北部的喜马拉雅山脉区域，吉瓦哈提（Guwahati）地区的岩石构成了一个重要的地质研究对象。这些岩石主要属于麻粒岩相和花岗岩相，形成于古元古代到新元古代的复杂构造演化过程中。通过对吉瓦哈提花岗岩的综合研究，科学家们揭示了其成因机制和地质演化背景，为理解该地区在更大地质时间尺度上的构造活动提供了关键线索。

### 地质背景与区域构造演化

吉瓦哈提位于喜马拉雅山脉的北延部分，其地质特征反映了该地区经历的复杂构造演化历史。喜马拉雅山脉及其周边地区是全球最具研究价值的造山带之一，其地质演化与印度板块、澳大利亚板块和南极洲板块的碰撞密切相关。这一碰撞事件发生在新元古代，是东冈瓦纳大陆形成的重要阶段。在这一过程中，地壳经历了大规模的变形、变质作用和岩浆活动，这些活动不仅塑造了喜马拉雅山脉的地形，也对区域内的岩石组成产生了深远影响。

吉瓦哈提地区的花岗岩属于I型花岗岩，其形成与弧岩浆作用有关。I型花岗岩通常源于地壳物质的部分熔融，尤其是在俯冲带或弧后盆地等构造环境下。这类花岗岩的化学组成通常显示出较高的镁铁质特征，即铁和镁的含量较高，同时伴有钛和钙的正相关关系。这些特征表明，吉瓦哈提花岗岩的形成可能与地壳中含水的镁铁质矿物的不完全熔融有关，这一过程可能导致了岩浆中特定元素的富集。

在该地区，花岗岩的形成不仅受到地壳物质的影响，还可能涉及来自地幔的物质输入。然而，研究发现这些花岗岩的地球化学特征更倾向于地壳来源，而不是地幔来源。这表明，吉瓦哈提花岗岩的形成主要依赖于地壳内部的熔融过程，而并非与地幔物质有直接的相互作用。这种现象在花岗岩成因研究中并不罕见，特别是在经历了长期构造演化和地壳重组的区域。

### 岩石学特征与矿物组成

吉瓦哈提花岗岩的岩石学特征为研究其成因提供了重要依据。这些花岗岩呈现出中到粗粒的结构，从等粒状到斑状结构不等，这反映了其在形成过程中经历了不同的冷却历史。斑状结构通常与快速冷却或局部熔融过程有关，而等粒状结构则可能与较慢的冷却速率或均匀的熔融条件相关。

矿物组成方面，吉瓦哈提花岗岩主要由钾长石（Kfs）、石英（qz）、斜长石（pl）、黑云母（bt）、角闪石（hbl）、钛铁矿（ttn）、锆石（zrn）、独居石（aln）和磁铁矿（mag）组成。这些矿物的组合特征进一步支持了其I型花岗岩的分类。例如，黑云母和角闪石的存在表明了岩浆在形成过程中经历了一定的高温高压条件，而钾长石和石英的富集则反映了岩浆的演化过程。

此外，研究中提到的锆石和独居石等矿物的组成对于理解岩浆的来源和演化路径具有重要意义。这些矿物的地球化学特征可以提供关于岩浆来源、熔融条件以及后续演化过程的信息。例如，锆石的Hf同位素组成可以揭示其来源是否与古老的地壳物质有关，而独居石的稀土元素分布则可能反映岩浆在形成和演化过程中的不同阶段。

### 地球化学特征与成因机制

吉瓦哈提花岗岩的地球化学特征显示了其在形成过程中经历的复杂变化。首先，这些花岗岩表现出较高的镁铁质特征，即铁和镁的含量较高，同时伴有钛和钙的正相关关系。这种特征通常与岩浆在地壳中经历的不完全熔融过程有关，特别是在俯冲带或弧后盆地等构造环境下。这种不完全熔融可能导致了岩浆中某些元素的富集，例如钛和钙，而其他元素如硅和铝则可能因熔融过程的不同而有所变化。

其次，吉瓦哈提花岗岩的A/CNK比值（铝/（钙+钠+钾））在0.76到1.12之间变化，表明其属于金属铝质到弱过铝质的花岗岩类型。这种特征通常与岩浆在地壳中经历的熔融过程和后续的结晶分异有关。金属铝质花岗岩通常与地壳物质的熔融和部分结晶有关，而弱过铝质花岗岩则可能反映了岩浆在形成过程中与周围地壳物质的相互作用。

在地球化学研究中，研究人员还注意到钛和钙的正相关关系，以及这些元素与镁铁质特征的正相关关系。这种关系表明，岩浆的形成可能与地壳中含水的镁铁质矿物的不完全熔融有关。含水矿物在高温高压条件下可能发生部分熔融，释放出其中的钛和钙等元素，从而形成具有特定地球化学特征的岩浆。这种现象在花岗岩成因研究中具有重要意义，因为它揭示了岩浆来源和演化过程中的关键因素。

此外，研究还发现吉瓦哈提花岗岩的形成与古元古代地壳物质的贡献密切相关。通过锆石的Hf同位素分析，研究人员确定了这些花岗岩的形成时间大约在523到473百万年前，这一时期正值Pan-African造山运动的高峰期。这一时期的构造活动导致了地壳的变形和重组，为花岗岩的形成提供了必要的条件。Hf同位素分析的结果显示，这些花岗岩的来源可能与古元古代地壳物质有关，而这一时期的地壳物质可能经历了长期的演化和重组。

### 分析技术与数据支持

为了准确理解吉瓦哈提花岗岩的地球化学特征和成因机制，研究人员采用了多种分析技术。其中包括使用波长色散X射线荧光光谱（WDXRF）进行主要元素的测定，以及利用激光烧蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）进行锆石的U-Pb-Hf同位素分析。这些技术的应用使得研究人员能够获得高精度的数据，从而更深入地探讨花岗岩的形成过程。

主要元素的测定结果显示，吉瓦哈提花岗岩的SiO?含量在62.16到68.70%之间，Al?O?含量在13.10到15.97%之间，K?O含量在2.63到5.5%之间，Fe?O?含量在2.51到4.86%之间，TiO?含量在0.41到0.99%之间，CaO含量在2.89到4.84%之间，Na?O含量在2.64到3.34%之间，MgO含量在0.61到1.99%之间，MnO含量在0.03到0.15%之间，P?O?含量在0.21到1.79%之间。这些数据不仅揭示了花岗岩的化学组成，还为理解其形成条件提供了重要依据。

通过A/NK-A/CNK图解（图3a），研究人员进一步确认了吉瓦哈提花岗岩的金属铝质到弱过铝质特征。这一特征表明，这些花岗岩的形成可能与地壳中特定矿物的熔融和结晶过程有关。此外，研究还发现这些花岗岩的形成过程中可能存在一定的岩浆混合现象，尽管这一现象并未完全解释其地球化学特征。

### 成因机制与构造背景

吉瓦哈提花岗岩的成因机制与区域构造背景密切相关。研究指出，这些花岗岩的形成可能与古元古代地壳物质的熔融和部分结晶有关，这一过程在新元古代的构造活动背景下发生。古元古代地壳物质的熔融可能受到当时构造活动的影响，例如板块的俯冲和碰撞，这些活动为地壳物质的熔融提供了必要的条件。

此外，研究还提到这些花岗岩的形成可能与Pan-African造山运动有关。这一运动发生在新元古代，是东冈瓦纳大陆形成的重要阶段。在这一过程中，印度板块、澳大利亚板块和南极洲板块的碰撞导致了大规模的地壳变形和重组，为花岗岩的形成提供了丰富的地壳物质来源。这些地壳物质可能经历了长期的演化和改造，最终在特定的构造环境下发生部分熔融，形成具有特定地球化学特征的花岗岩。

研究还指出，吉瓦哈提花岗岩的形成过程中可能涉及一定的岩浆混合现象。这种现象通常发生在不同来源的岩浆相遇时，导致其化学组成的改变。然而，研究发现，这种岩浆混合现象并未完全解释吉瓦哈提花岗岩的地球化学特征，因此可能需要考虑其他因素，例如地壳内部的熔融过程和矿物的结晶分异。

### 地质意义与研究价值

吉瓦哈提花岗岩的研究不仅有助于理解该地区的地质演化历史，还对全球花岗岩成因研究具有重要意义。这些花岗岩的形成过程反映了地壳内部的复杂变化，尤其是在构造活动和岩浆作用的背景下。通过对这些花岗岩的地球化学特征和成因机制的研究，科学家们能够更好地理解地壳物质的演化和重组过程。

此外，吉瓦哈提花岗岩的形成时间（约523到473百万年前）与Pan-African造山运动的时间段相吻合，这表明这些花岗岩的形成可能与这一重要的地质事件密切相关。Pan-African造山运动是全球地质历史上的一个重要阶段，其影响范围广泛，涉及多个大陆板块的碰撞和重组。吉瓦哈提花岗岩的形成可能是在这一过程中的一部分，为理解该地区的构造演化提供了新的视角。

研究还指出，吉瓦哈提花岗岩的形成可能受到古元古代地壳物质的影响。这些古老的地壳物质可能经历了长期的演化和改造，最终在特定的构造环境下发生部分熔融，形成具有特定地球化学特征的花岗岩。这种现象不仅反映了地壳物质的复杂性，还为理解地壳内部的物质循环和演化提供了重要依据。

### 结论与未来研究方向

综上所述，吉瓦哈提花岗岩的研究揭示了其形成过程与区域构造演化之间的密切关系。这些花岗岩的地球化学特征表明，其形成主要依赖于地壳内部的熔融过程，而这一过程可能受到古元古代地壳物质和新元古代构造活动的影响。通过对这些花岗岩的综合分析，研究人员不仅加深了对该地区地质历史的理解，还为全球花岗岩成因研究提供了新的见解。

未来的研究可以进一步探讨吉瓦哈提花岗岩与其他地区花岗岩的相似性和差异性，以更全面地理解花岗岩的成因机制和构造背景。此外，研究还可以关注地壳内部的物质循环和演化过程，以及这些过程如何影响花岗岩的形成和分布。通过这些研究，科学家们能够更深入地揭示地球内部的复杂过程，为地质学的发展提供新的理论支持和实践指导。