正长岩成因研究获突破：四种地质过程共同作用

正长岩成因研究获突破：四种地质过程共同作用

中国科学院广州地球化学研究所近日在正长岩成因研究方面取得重要突破。博士生马建锋在赵太平研究员的指导下，通过矿物结构与成分的研究，揭示了正长岩形成的复杂过程。相关成果已发表于国际权威期刊《岩石学杂志》。

正长岩是碱性岩中最典型的代表之一，其成因一直存在争议。主要观点包括地幔低程度部分熔融、幔源岩浆结晶分异、岩浆混合和晶体堆积等机制。然而，由于地壳混染和岩浆混合的影响，仅从全岩成分难以判断其成因。

研究团队选取了华北克拉通南缘1772 Ma三元沟正长岩作为研究对象，开展了详细的矿物结构、化学成分与热力学模拟研究。该正长岩主要由单斜辉石、钾长石、石榴石和榍石组成，其中单斜辉石和石榴石具有丰富的矿物环带，表明岩浆混合发挥了重要作用。

通过计算不同阶段的单斜辉石平衡熔体的主微量元素含量，研究人员获取了碱性岩浆从起源到侵位的地球化学信息。高Mg#（>85）单斜辉石的平衡熔体具有高Mg#、氧化钙/氧化铝和低Hf/Sm的特征，展现出碳酸盐交代地幔的亲和性。微量元素质量平衡模型表明，石榴石-尖晶石过渡地幔低程度（1%~2%）部分熔融可以产生这些高Mg#熔体。

低Mg#单斜辉石平衡熔体则具有低Mg#值，是地壳物质重熔的产物。质量平衡计算结果显示，10%~30%的长英质熔体参与混合可以形成正长岩。然而，岩浆混合与结晶分异过程无法解释全岩的氧化钾、氧化钙等变化，暗示还有其他机制参与控制。

正长岩中钾长石相互连接形成晶体框架，具有堆晶结构，且全岩Eu#高于1，表明钾长石堆晶也是控制氧化钾含量的机制之一。单斜辉石湿度计显示，高Mg#平衡熔体具有高水含量（>4 wt%），在模拟过程中发现高水含量可以抑制长石的结晶，从而导致熔体中氧化钾、氧化钠含量的再次升高，最终在浅部地壳发生长石堆晶。

这项研究表明，地幔源区的部分熔融、壳内岩浆演化、岩浆混合、晶体堆晶过程都会控制碱性熔体的成分变化以及正长岩的形成。这一发现不仅增进了我们对正长岩成因的理解，也为地质科学研究提供了新的视角。