胡方泱等：地壳剪切作用促进喜马拉雅淡色花岗岩显著岩浆分异

论文信息：胡方泱, 李俊瑜, 陈厚彬, Mihai N. Ducea, James B. Chapman, 刘小驰, 王佳敏, 何少雄, 蒲浩澜, 吴福元. Crustal shearing induced significant magmatic fractionation of Himalayan leucogranites[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2026, 696: 120384. DOI: 10.1016/j.epsl.2026.120384.

高硅花岗岩（SiO2>70%）是指示大陆地壳成熟的重要标志，同时也与稀有金属成矿密切相关。但是，对于其成因，目前仍有较多争议。由于高硅花岗质岩浆具有高粘度以及与结晶矿物低密度差的特征，故通常认为岩浆分异难以实现，或需要较长的时间完成。事实上，很多高硅花岗岩形成于大型岩浆房的顶部，代表了穿地壳岩浆系统最演化的端元，反映了深部持续热供给和岩浆供给对于其形成的重要性。而对于部分熔融形成的高硅花岗岩，由于这些深熔熔体的比例通常较低，其难以离开岩浆源区，因此学者认为构造作用可能是促进低比例熔体从岩浆源区抽离的重要方式。但是，对于构造作用对于高硅岩浆在演化过程中的分异，目前则仍不清楚。

喜马拉雅淡色花岗岩是世界上最著名的高硅花岗岩，其传统上被认为是地壳深熔的产物，但是这些花岗岩在岩石结构和地球化学成分上，表现出一定岩浆分异的特征。特别是近年来在高喜马拉雅地区已发现大量稀有金属伟晶岩（如琼嘉岗和嘎波锂矿），且这些伟晶岩与淡色花岗岩时空联系密切，因此这些花岗岩应经历了高分异演化。但是，与典型穿地壳岩浆系统的大型花岗岩岩基不同，喜马拉雅淡色花岗岩岩体规模普遍较小，且缺少同期基性岩浆，其不具备长期分异演化的基础。相比之下，高喜马拉雅淡色花岗岩的形成与侵位受控于藏南拆离系（STDS）这一全球最大的拆离构造系统，那么构造作用对于岩浆分异是否具有重要影响？如果有，喜马拉雅淡色花岗岩的分异模式是什么？构造作用又是如何导致岩浆高分异的呢？

针对上述问题，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变国家重点实验室吴福元院士团队与布加勒斯特大学Mihai Ducea教授和德克萨斯大学James Chapman副教授等合作，对我国高喜马拉雅带吉隆淡色花岗岩体（图1）开展了系统的岩石学和地球化学研究工作。该岩体是我国境内最大的高喜马拉雅淡色花岗岩体之一，岩体的顶部界面即为STDS，且前期研究已发现在岩体顶部存在多期稀有金属成矿现象，为研究构造作用与岩浆分异和稀有金属富集提供了良好的研究对象。

图1 喜马拉雅淡色花岗岩分布图（图A）与吉隆岩体地质图（图B）和剖面图（图C）

研究团队沿剖面（距离STDS由近及远）对吉隆岩体进行了系统采样（图1）。通过对样品的观察，发现这些花岗岩普遍受到构造作用的影响，具体表现为矿物的定向和矿物高温变形构造特征，EBSD分析也表明这些岩石的变形温度在600°C以上，且计算获得的差异应力和应变速率分别为24-35 MPa和10-12~10-10 s-1，这一条件与STDS的应变条件基本一致，表明岩浆的形成与侵位受控于STDS构造作用。而在矿物组成上，研究发现该岩体沿剖面具有系统变化，具体表现为靠近STDS，岩石中的白云母含量升高和黑云母含量降低。在地球化学上，岩体成分沿剖面也发生系统变化，具体表现为靠近STDS全岩Li-Rb-Cs等元素含量升高，La-Sr-Zr等元素含量降低，同时矿物成分也表现出一致的变化，即云母中的Li含量升高，斜长石的An牌号降低（图2A-图2C）。这些变化表明，该岩体具有典型岩浆分异的特征，即靠近STDS（岩体顶部）岩浆分异程度升高。另一方面，研究还发现矿物的成分环带也具有沿剖面系统变化的特征，具体表现为靠近STDS，白云母的成分环带越来越明显，且具有单一的反环带特征（图2D），表明岩体的形成没有多期岩浆的注入，且高分异熔体聚集于岩体顶部，靠近STDS的区域。

图2 全岩和矿物元素成分特征. （A和B）全岩Li, Rb和La含量沿剖面的变化;（c）黑云母、白云母和斜长石的成分特征;（D）白云母成分环带沿剖面的变化

基于上述成分特征，可以将吉隆岩体沿剖面划分为富熔体相和富晶体相，通过地球化学模拟计算，限定了富晶体相中的残余熔体分数和晶体分数，结果表明富晶体相中的晶体分数高于理论预测的椭球体最大堆积分数，表明晶体排列受到了构造变形的影响，使得更多的熔体发生了抽提（图3A）。通过对比吉隆岩体与国际典型穿地壳岩浆系统（意大利Sesia岩体）沿剖面的稀有金属元素富集程度，发现吉隆岩体的元素富集倍数是其2倍左右，反映了吉隆岩体更强烈的分异特征。进一步的模拟结果表明，若要形成上述成分特征的剖面，常规结晶分异作用需要的时间为200-500 kyr，显著高于热模拟获得的吉隆岩体岩浆冷却时间（50-100 kyr）（图3B）。上述结果表明，吉隆岩体的高分异演化需要在较短时间内完成，而这可能与构造剪切应力作用的叠加有关。

图3 吉隆岩体地球化学模拟结果. （A）富堆晶相的晶体分数和残余熔体分数; （B）模拟残余熔体分数沿剖面的变化及其所需时间

常规岩浆分异主要受控于晶体-熔体密度差导致的压力梯度，而剪切应力可以通过施加应力作用，导致晶体间产生通道，促进熔体的高效迁移（图4）。通过计算可以得出，STDS的剪切应力对于富晶体相的压力梯度值与密度差导致的压力梯度相似，这意味着剪切应力作用为熔体的抽提提供了额外作用力，使得吉隆岩体在短时间内可以发生高分异作用。通过对高喜马拉雅淡色花岗岩成分总结，可以看出，高喜马拉雅淡色花岗岩的稀有金属元素富集主要出现在25-15 Ma，这与STDS的活动时间一致，表明STDS的活动对于区域上淡色花岗岩的分异具有显著促进作用。而淡色花岗岩的Sr同位素特征与稀有金属元素含量之间没有明显正相关关系，表明源区在这其中的影响相对较小。因此，结合前人的研究工作可知，对于高喜马拉雅带而言，STDS的活动不仅促进了喜马拉雅的快速隆升，还促进了岩浆的高效分异与稀有金属富集。

图4 吉隆岩体岩浆分异模式图与高喜马拉雅淡色花岗岩成分随时间的变化

该研究通过对经典的高喜马拉雅淡色花岗岩开展系统研究与模拟分析，明确构造剪切作用可以导致高硅岩浆发生显著高分异作用。结合前人研究，表明高硅岩浆体系发生高分异作用可以通过持续热供给或基性岩浆注入等延长岩浆演化时间的热驱动方式，也可以通过构造作用施加额外应力等提高岩浆分异效率的构造驱动方式。相关研究结果对于理解高硅岩浆系统、地壳演化与稀有金属成矿提供了新的认识。