闡明高鎂埃達克岩的成因對理解大陸地殼和斑岩型礦床的形成過程至關重要。現今弧環境的埃達克岩通常具有相對高的Mg#和MgO含量（即貧鐵的鈣鹼性特徵），通常被認為是俯衝板片熔體與地幔相互作用的產物。但是一些案例研究以及大數據統計發現，弧岩漿的全岩地球化學變化（如鐵的虧損伴隨著重稀土虧損）訓示高壓下幔源岩漿的石榴石分异可能是形成高鎂埃達克岩的主要途徑，然而在高鎂埃達克岩中並沒有發現岩漿成因的石榴石。雖然前人在弧地殼剖面以及下地殼包體中發現了石榴石，但是難以確定其是岩漿還是變質成因。此外，已報導的一些含石榴石的中酸性岩漿岩都具有低Sr和Sr/Y的特徵或者屬於貧鎂的淡色花崗岩。囙此，幔源岩漿的石榴石結晶分异模型仍然缺乏直接的礦物學證據，這也導致我們對幔源岩漿結晶和保存石榴石的機制缺乏認識。
針對上述科學問題，中國科學院廣州地化所、深地科學卓越創新中心王軍博士、但衛副研究員、王强研究員和唐功建研究員對青藏高原中部羌塘保護站閃長斑岩進行了詳細的礦物學、年代學和地球化學研究，取得了以下認識：
（1）保護站閃長斑岩形成於晚三疊世（~220Ma），具有高的Mg#（45–65），根據斑晶礦物組成和比例，可以將其分為三類。其中第一類不含石榴石且不具有埃達克質特徵，第二、三類含石榴石且具有埃達克質特徵；從第一類、第二類到第三類岩石，全岩MgO逐漸降低，重稀土逐漸虧損（圖1a）。
圖1.（a）全岩稀土配分圖；（b）鋯石與石榴石的重稀土分配係數
（2）石榴石為富鈣貧錳的鐵鋁石榴石（圖2a），與幔源岩漿高壓結晶石榴石組成一致（圖2b）。第三類閃長斑岩的石榴石具有比第二類更高的CaO和Dy/Yb以及低的MgO（圖2b、d），這些差异也體現在它們的寄主全岩上，即石榴石組成隨著寄主全岩的組成變化而變化；石榴石與岩漿鋯石之間的重稀土分配係數與實驗測得的平衡分配係數一致（圖1b）；且正交光下可見石榴石與長石斑晶存在交生關係。這些都表明石榴石是從寄主岩漿中結晶的，而不是捕擄晶。
圖2.石榴石主微量組成（變質岩和實驗結晶的石榴石作為對比）
（3）隨著岩漿分异演化，不同期次結晶的角閃石（圖3a）、石榴石（圖2c）、鋯石（圖1b）以及它們的寄主全岩（圖1a）的重稀土逐漸虧損，且結晶於石榴石之前的角閃石平衡岩漿（即母岩漿）並不具有全岩的埃達克質特徵，這些都表明石榴石分异控制了全岩和礦物的組成變化。不同期次角閃石Dy/Yb和Eu异常的變化（圖3a）表明石榴石首次結晶於角閃石之後，但斜長石之前；結合相圖、角閃石溫壓計和長石濕度計結果（圖3b），我們認為石榴石結晶的理想條件是富水（>5wt.%）的幔源岩漿滯留在下地殼（~1GPa）發生等壓降溫分异（圖3b藍色虛線）。如果發生岩漿緩慢上升導致的降壓降溫分异（圖3b紅色虛線），則不會結晶石榴石（如第一類閃長斑岩）。
圖3.（a）不同期次的角閃石稀土配分圖；（b）含水（5 wt.%）安山岩相圖與角閃石溫壓估計值，其中紅、藍實線是根據礦物結晶順序限定的岩漿演化通過的溫壓區間
（4）准鋁質的原生幔源岩漿在下地殼不會飽和富鋁的石榴石，只有當貧鋁的輝石和角閃石先結晶分异，且斜長石結晶受到抑制時，殘餘岩漿才會演變為少見的過鋁質中性岩（圖3b和圖4），最後石榴石才開始結晶（如第二、三類閃長斑岩）。此外，由於富鈣石榴石低壓容易分解且密度高，所以在火山岩或斑岩中保存石榴石則要求石榴石結晶之後，寄主岩漿快速上升。簡而言之，從岩漿的下地殼滯留演化到快速上升，意味著區域應力狀態從擠壓到伸展的迅速轉變，這與研究區在晚三疊世處於古特提斯洋閉合的區域伸展演化吻合。
圖4.Pl投影的Ol-Cpx-Qtz三元圖來表示角閃石、石榴石以及寄主閃長斑岩的組成變化（不同壓力實驗得到的液相演化線做為對比）
囙此，本研究提供了石榴石分异形成高鎂埃達克岩的直接礦物學證據，也詳細闡明了石榴石結晶和保存的物理化學條件。研究成果已經發表在《Journal of Petrology》上，該研究受國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項、第二次青藏科考、國家重點研發等項目的聯合資助。
Jun Wang，Wei Dan*，Qiang Wang*，Gong-Jian Tang，2021.High-Mg# adakitic rocks formed by lower-crustal magma differentiation: mineralogical and geochemical evidence from garnet-bearing diorite porphyries in central Tibet，Journal of Petrology 62，1-25.
相關連結https://doi.org/10.1093/petrology/egaa099
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