板塊構(gòu)造是控制地球圈層分異、殼幔相互作用、地表海陸分布格局以及生命和環(huán)境協(xié)同演化的一級(jí)構(gòu)造因素，它以發(fā)育洋中脊和俯沖帶為重要特征，現(xiàn)今陸殼由于具有與俯沖帶巖漿巖相似的地球化學(xué)特征，通常認(rèn)為其形成是板塊構(gòu)造活動(dòng)的必然結(jié)果，因此解析陸殼成因?qū)α私獍鍓K構(gòu)造形成過程具有重要意義。
與現(xiàn)今陸殼廣泛發(fā)育的石英二長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖與鉀長(zhǎng)花崗巖等富鉀花崗巖類不同，地球早期（>30億年）陸殼主要以英云閃長(zhǎng)巖（Tonalite）-奧長(zhǎng)花崗巖（Trondhjemite）-花崗閃長(zhǎng)巖（Granodiorite）等富鈉花崗巖套（TTGs）為主。這些地球早期的TTG質(zhì)陸殼是否形成于俯沖帶環(huán)境，進(jìn)而預(yù)示著板塊構(gòu)造的存在？這是當(dāng)前固體地球科學(xué)領(lǐng)域重要的前沿科學(xué)問題。
通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，TTG巖石根據(jù)地球化學(xué)特征的差異可以分為三類，即低壓型（<1.0GPa）、中壓型（1-1.5GPa）和高壓型（>1.5GPa）(Moyen, 2011)。低壓和中壓型TTG巖石可以由太古宙正常厚度（20-40km）的鎂鐵質(zhì)地殼直接部分熔融產(chǎn)生，而高壓型TTG的形成條件則達(dá)到了地幔深度，這與現(xiàn)今地球上的熱俯沖帶環(huán)境類似，因此，高壓型TTG質(zhì)巖石被認(rèn)為是太古宙高地溫梯度下板塊俯沖的產(chǎn)物。然而這一推論的重要前提假設(shè)是TTG質(zhì)侵入巖的全巖地球化學(xué)成分真實(shí)地代表了原始母巖漿熔體的成分。如果后期巖漿分異作用明顯改變了侵入巖結(jié)晶時(shí)熔體的成分，那么上述基于TTG巖石全巖地球化學(xué)特征判斷地球動(dòng)力學(xué)過程的前提將不復(fù)存在。
近年來，針對(duì)顯生宙中酸性巖漿的研究發(fā)現(xiàn)，盡管具有較高的粘滯度，中酸性巖漿仍可經(jīng)歷明顯的晶體-熔體分離作用形成地球化學(xué)特征差異顯著的花崗巖與酸性火山巖(e.g., Bachmann and Bergantz, 2004; Wu et al., 2020)。那么地球早期是否也存在類似的中酸性巖漿分異過程呢？晶體-熔體的分離作用對(duì)太古宙TTG質(zhì)陸殼的形成又產(chǎn)生了哪些影響？
瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)的Laurent博士及其合作者對(duì)南非巴伯頓花崗-綠巖地體中TTG質(zhì)花崗巖類和酸性火山巖開展了詳細(xì)研究，以期探討晶體-熔體分離作用對(duì)TTG質(zhì)陸殼形成的影響，成果近期發(fā)表于Nature Geoscience(Laurent et al., 2020)。他們的工作概括如下：
1）詳細(xì)的巖相學(xué)圖像掃描與礦物成分分析判定TTG巖套具有堆晶結(jié)構(gòu)（圖1）；
2）精細(xì)的石英LA-ICP-MS熔體包裹體分析揭示了演化熔體成分（圖1）；
3）高精度CA-ID-TIMS鋯石U-Pb年代學(xué)分析與LA-MC-ICP-MS鋯石Hf同位素分析論述了TTG巖套與酸性火山巖的同時(shí)和同源性（圖2）；
4）系統(tǒng)地模擬計(jì)算證明晶體堆積以及晶體和演化熔體的不同比例混合可以表征TTG巖套，特別是高壓型TTG巖套的主要地球化學(xué)特征（圖3）。
圖1 奧長(zhǎng)花崗巖薄片正交偏光、礦物相和斜長(zhǎng)石An牌號(hào)SEM-EDS掃描圖與酸性火山巖石英斑晶中熔體包裹體鏡下照片以及主量元素成分Q-Ab-Or圖(Laurent et al., 2020)
圖2 奧長(zhǎng)花崗巖與酸性火山巖CA-ID-TIMS鋯石U-Pb年齡與LA-MC-ICP-MS鋯石Hf同位素結(jié)果(Laurent et al., 2020)
圖3 晶體-熔體分離作用地球化學(xué)模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)奧長(zhǎng)花崗巖和酸性火山巖成分對(duì)比(Laurent et al., 2020)
基于以上工作，作者認(rèn)為高壓型TTG巖套的全巖成分明顯受控于晶體-熔體的分離作用，因此不具有構(gòu)造指示意義，不能作為板塊俯沖存在的證據(jù)?？偠灾?，該工作提出并詳細(xì)論述了一個(gè)全新的地球早期TTG巖套的成因模式，也為太古宙陸殼形成與演化研究提供了一個(gè)全新的視角。該研究中所采取的方法也非常值得其他地區(qū)的研究者學(xué)習(xí)借鑒。然而，正如研究者本人所指出的那樣，該模型也并非盡善盡美，仍有很多開放的問題值得深入探討，如：形成TTG的中酸性母巖漿是如何產(chǎn)生的？如果中酸性母巖漿源自含水鎂鐵質(zhì)巖漿的分異作用，那么含水鎂鐵質(zhì)巖漿中的水又來自何方？對(duì)巖漿水的來源進(jìn)行精確限定可能更有利于判斷板塊構(gòu)造的起始過程。
此外，該文的模型計(jì)算過程采用了巴伯頓地區(qū)的閃長(zhǎng)巖和英云閃長(zhǎng)巖作為中性母巖漿初始結(jié)晶的產(chǎn)物，然而這些中性巖石與酸性巖的同時(shí)和同源性并沒有在本文中得到論證。事實(shí)上，已有部分的研究成果表明二者并不同源，形成時(shí)代存在2億年的差距（Wang et al., 2019）。如果閃長(zhǎng)巖和英云閃長(zhǎng)巖基本代表母巖漿的話，那么這些巖石中展現(xiàn)出來的高壓型TTG巖套的地球化學(xué)特征將不能用晶體-熔體分離作用解釋，此外，殘余熔體的抽提需要額外的熱源，然而在研究區(qū)并未發(fā)現(xiàn)具有高溫特征的中上地殼巖石，模型所預(yù)測(cè)的富鉀花崗斑巖也并未被發(fā)現(xiàn)，這都是該模型目前無法解釋的問題。無論怎樣，這仍是一個(gè)新穎的，具有挑戰(zhàn)性的巖石成因模型，仍有諸多方面值得我們?nèi)プC實(shí)或者證偽。
參考文獻(xiàn)
1.Bachmann O, Bergantz G W. On the origin of crystal-poor rhyolites: extracted from batholithic crystal mushes[J]. Journal of Petrology, 2004, 45(8): 1565-1582.
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5.Wu F Y, Liu X C, Liu Z C, et al. Highly fractionated Himalayan leucogranites and associated rare-metal mineralization[J]. Lithos, 2020, 352: 105319.
（撰稿：王浩/巖石圈室）
美編：徐海潮
校對(duì)：張騰飛
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