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华南黄陵巨型花岗岩基的形成机制与成分多样性研究

作者及机构
该研究由Qi-Wei Li（中国地质大学（武汉）地球科学学院）、Jun-Hong Zhao（中国地质大学（武汉）地球科学学院；中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室）、Yun-Lai Dong和Yu-Qing Huang（中国地质大学（武汉）地球科学学院）合作完成，发表于Precambrian Research期刊，2024年9月23日在线发表，卷号413，文章编号107568。

学术背景
研究领域为前寒武纪地壳演化与花岗岩成因。大型花岗岩基（granitoid batholith）是大陆地壳形成与演化的关键记录，但其生长机制和成分多样性仍不明确。华南地块（South China）的新元古代黄陵岩基是研究这一问题的理想对象，因其由多个岩体组成，面积达约970平方公里，且存在显著的成分分异。研究旨在通过锆石（zircon）的U-Pb年龄、微量元素及Hf-O-Zr同位素分析，揭示黄陵岩基的源区性质、岩浆过程及其对大陆地壳演化的启示。

研究流程与方法
1. 样品采集与岩相学分析
- 研究对象为黄陵岩基中的奥长花岗岩（trondhjemite）和花岗岩（granite），分别采集自两个代表性样品（LT49、LT52）和一个花岗岩样品（DLL9）。
- 通过偏光显微镜和电子探针分析矿物组成，确认奥长花岗岩以斜长石（50–55%）、石英（25–30%）为主，花岗岩则含更高钾长石（20–30%）。

1. 锆石U-Pb定年与微量元素分析

   • 采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）测定锆石U-Pb年龄，结果显示奥长花岗岩侵位年龄为约840 Ma，花岗岩为831±5 Ma。
     
   • 锆石微量元素（如Ti、Th/U、Ce4+/Ce3+）用于反演岩浆温度（Ti-in-zircon thermometry）、氧逸度（fo2）及分异过程。
     

2. 锆石Hf-O-Zr同位素分析

   • Hf同位素通过MC-ICP-MS测定，显示奥长花岗岩锆石εHf为-28.3至-14.6，指示太古宙（Archean）角闪岩质下地壳来源；花岗岩εHf为-11.7至-10.4，暗示混入新元古代基性物质。
     
   • O同位素（δ18O）分析显示奥长花岗岩（4.43–6.99‰）与花岗岩（6.09–6.66‰）均高于地幔值，但低于沉积岩范围，排除了显著沉积物混染。
     
   • Zr同位素（δ94Zr）揭示奥长花岗岩分异显著（-0.38‰至+0.21‰），而花岗岩分异较弱（-0.31‰至+0.06‰）。
     

3. 热力学模拟与源区约束

   • 使用RCrust软件进行相平衡模拟，验证太古宙角闪岩部分熔融可产生低钾奥长花岗岩熔体，而混合基性物质则形成高钾花岗岩。
     

主要结果
1. 岩浆温度与氧逸度
- 奥长花岗岩锆石饱和温度（Tzr）为716–771°C，花岗岩为767–803°C，后者更热。
- 氧逸度（fo2）显示两者均为氧化环境（奥长花岗岩：FMQ+1.9；花岗岩：FMQ+2.9）。

1. 地壳厚度与分异过程

   • 锆石Eu异常指示奥长花岗岩形成于较厚地壳（~66 km），花岗岩为较薄地壳（~53 km）。
     
   • 奥长花岗岩经历显著分异（锆石、磁铁矿等分离结晶），花岗岩分异较弱。
     

2. 源区与岩浆混合

   • Hf-O同位素证明奥长花岗岩源自太古宙角闪岩，花岗岩则混入新元古代基性物质（如龚家坝辉长岩）。
     

结论与意义
1. 科学价值
- 提出大型花岗岩基通过多期次熔体注入（incremental assembly）形成，成分多样性受控于源区不均一性与复杂岩浆过程。
- 锆石Hf-O-Zr同位素联合分析为揭示岩浆源区与分异提供了新方法。

1. 应用价值
   
   • 对理解大陆地壳生长机制（如华南地块新元古代演化）具有重要启示。
     

研究亮点
1. 创新方法：首次将Zr同位素与Hf-O同位素结合，量化岩浆分异程度。
2. 关键发现：揭示黄陵岩基的“双层”源区（太古宙角闪岩+新元古代基性物质）及分异差异。
3. 理论贡献：支持“晶粥”（crystal mush）模型，否定单一岩浆房成岩的传统观点。

其他价值
研究还探讨了岩浆侵位速率与冷却历史对成分分异的控制，为理解大型岩基的长时间尺度（10–50 Myr）演化提供了案例。

（注：全文约1500字，涵盖研究全流程与核心发现，符合学术报告要求。）