中国西部东昆仑造山带晚三叠世杜兰火山-侵入杂岩体形成过程中，锆石和磷灰石对晶体积累与熔体提取的制约作用

《Journal of Asian Earth Sciences》：Constraints of zircon and apatite on crystal accumulation and melt extraction during the formation of the Late Triassic Dulan volcanic-intrusive complex, East Kunlun Orogenic Belt, Western China

　　

Kai-Pei Lu|Yu-Fang Zhong|Chang-Qian Ma|Gui-Zhi Huang|Huai Xiong|Si-Yu Yang|Quan-Cheng Lian

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  锆石的成分可以用来追踪硅质岩浆的逐步分化过程。
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  磷灰石能够记录岩浆演化过程中的挥发性元素富集情况。
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  锆石的Hf同位素以及全岩Nd同位素特征有助于确定岩浆的来源。
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  晶体的积累与熔体的提取过程将火山岩和深成岩联系在一起。

引言

研究中性至酸性火山岩与深成岩之间的成因关联是现代岩石学领域的重要课题。了解这些关系不仅有助于深入理解硅质岩浆的形成与演化过程，还能为研究控制大规模流纹岩喷发的大地壳过程提供重要线索。这些认识对于理解大陆地壳的演化、提升火山灾害评估水平，以及寻找外星体上的宜居环境都具有重要意义（Keller等人，2015；Lipman和Bachmann，2015；Cashman等人，2017）。目前的争论焦点在于酸性深成岩与火山岩之间是否存在成因关联，已有多种不同的理论被提出（Glazner等人，2008；Annen，2009；Frazer等人，2013；Bachmann和Huber，2016；Lundstrom和Glazner，2016；Ma等人，2020）。其中一种理论认为，火山岩是由晶体泥中的熔体喷发形成的，而深成岩则是由晶体与被困熔体在地壳中凝固而成的残留物（Bachmann和Huber，2016）。这一理论得到了对高硅含量的流纹岩和花岗岩的研究支持（Lee和Morton，2015；Schaen等人，2017），同时全球范围内的研究也显示弧岩体与同时期的火山岩在成分上存在互补性趋势。另一种观点则认为，岩浆岩与火山岩之间不存在直接的成因联系，岩浆岩只是未能成功喷发的产物，其在地球化学特征上与同时期的火山岩相似（Glazner等人，2004；Tappa等人，2011；Mills和Coleman，2013）。随着晶体泥模型以及岩浆管道系统理论的不断发展，人们提出了更多创新的研究方法（Cashman，2017），包括热力学建模、质量平衡计算，以及对锆石、磷灰石和斜长石进行详细的矿物化学分析，以此来确定酸性火山岩与深成岩之间的成因关系（Deering等人，2016；Chen等人，2023；Chowdhury等人，2023；Keller等人，2023）。这些跨学科的研究旨在弄清这类岩石究竟是晶体与熔体分离的产物，还是独立的岩浆活动所形成的。

东昆仑造山带东部的三叠纪火山-深成岩复合体为研究酸性岩浆的演化提供了理想的自然实验室，但目前相关研究仍相对较少。本研究聚焦于东昆仑造山带东部杜兰地区出露良好的晚三叠世深成岩及流纹质火山岩序列。通过详细的岩石学和矿物学分析，本研究旨在明确这类岩石之间的成因关系，从而进一步加深我们对这一重要构造区域中火山岩与深成岩之间联系的理解。

章节要点

地质背景与样品描述

东昆仑造山带位于青藏高原的北部边缘，是中国中央造山带的重要组成部分（图1a；Xu等人，1996）。该造山带形成于晚三叠世至早侏罗世期间，当时古特提斯洋的支脉——安尼玛肯洋闭合后，柴达木地块与羌塘-巴颜喀拉地块发生了碰撞（Yin，1998；Dong等人，2018）。从构造上看，东昆仑造山带可划分为四个部分

分析方法

对12个新鲜样品的常量元素和微量元素含量进行了分析，其中5个样品还被用于全岩Nd同位素分析。对6个具有代表性的样品进行了锆石U-Pb定年，其中4个样品还进行了锆石Hf同位素分析。此外，还对3个代表性样品的磷灰石常量元素含量进行了分析。

锆石U-Pb年龄与微量元素特征

分析结果见表S1。阴极发光图像显示，流纹质火山岩中的锆石多为亚自形至自形的柱状晶体（图5a、b）。这些锆石的长度在50到100微米之间，长宽比介于1:1到2:1之间。它们呈现出典型的岩浆振荡分带现象，大多数晶粒的边界不规则，具有重吸收结构。而正长花岗斑岩和花岗闪长岩中的锆石则为亚自形结构

样品蚀变对数据的影响

野外观察、岩石学分析以及灼烧损失值表明，所研究的样品都经历了不同程度的蚀变。深成岩的灼烧损失值在0.78%到2.67%之间，浅成岩的该数值在0.42%到0.80%之间，而火山岩的灼烧损失值则在0.27%到1.08%之间。因此，评估蚀变对岩浆性质及演化过程解读的影响对于提高分析数据的可靠性至关重要。Polat等人（2002）

结论

• (1)
  根据锆石U-Pb定年结果，杜兰火山-深成岩复合体形成于晚三叠世，其年龄在229–231百万年之间。该复合体由石英闪长岩、花岗闪长岩、正长花岗斑岩、流纹岩以及流纹质凝灰岩组成，这些岩类共同构成了同一时期的岩浆系列。
• (2)
  全岩Nd同位素和锆石Hf同位素的特征一致，表明这些岩石源自同一个岩浆源，该岩浆源主要由年轻的下地壳物质的部分熔融形成，同时还包含少量其他物质的贡献

作者贡献说明

Kai-Pei Lu：文章撰写——审阅与编辑，文章撰写——初稿撰写，研究工作，正式分析，概念构建。Yu-Fang Zhong：文章撰写——审阅与编辑，项目监督，资金筹集。Chang-Qian Ma：文章撰写——审阅与编辑，项目管理，资金筹集。Gui-Zhi Huang：分析方法设计，研究工作。Huai Xiong：文章撰写——审阅与编辑，研究工作。Si-Yu Yang：文章撰写——审阅与编辑。Quan-Cheng Lian：研究工作。

未引用参考文献

Bachmann等人，2007；Chen等人，2011；Hastie等人，2007；Jiang等人，1992；Pearce和Wyman，1996；Polat和Hofmann，2003；Tan等人，2020；Wang等人，2004；Wang等人，2020；Wang等人，2018。

利益冲突声明

作者声明自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢责任编辑以及三位匿名审稿人提出的宝贵且富有建设性的意见。本研究得到了中国国家自然科学基金的资助（项目编号：42130309）。