花崗巖是大陸地殼的重要組成部分，對(duì)其成因模式的研究在示蹤陸殼生長(zhǎng)和演化歷史等方面具有重要意義。中亞造山帶東段廣泛發(fā)育不同類型的花崗巖，以往對(duì)這些花崗巖的成因和源區(qū)性質(zhì)的研究主要基于全巖地球化學(xué)和鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)。然而，全巖地球化學(xué)更多代表一個(gè)混合的物質(zhì)組成，在記錄一些復(fù)雜的巖漿演化過程如地殼混染、巖漿混合等方面具有很大的局限性。此外，Lu-Hf同位素體系相比于Sm-Nd同位素體系更加穩(wěn)定，不易受到晚階段變質(zhì)變形作用和流體交代作用的改造，導(dǎo)致鋯石Hf同位素在識(shí)別這些晚期作用時(shí)顯得不夠敏感。磷灰石作為火成巖中一種常見的副礦物相，其晶體形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地球化學(xué)組成（包括主、微量元素和Sr、Nd同位素等）可以有效記錄許多易被忽略的巖漿演化信息，為精準(zhǔn)建立花崗巖的成因演化模型提供重要手段。

針對(duì)以上問題，吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院許文良教授團(tuán)隊(duì)的博士生龍欣雨等人對(duì)位于中亞造山帶東段的松嫩地塊和佳木斯地塊上出露的32個(gè)代表性花崗巖樣品（圖1）中的磷灰石進(jìn)行了原位微量元素和Nd同位素分析，結(jié)合全巖主微量元素、鋯石U–Pb定年和Hf同位素?cái)?shù)據(jù)，探討了花崗巖的巖石成因和演化歷史，首次將經(jīng)歷構(gòu)造熱事件改造和未經(jīng)改造的花崗巖中的磷灰石鑒別出來，并發(fā)現(xiàn)同一巖體中可以同時(shí)保存原生和捕獲的磷灰石，為未來利用磷灰石示蹤晚期流體沿構(gòu)造破碎帶對(duì)花崗巖體的部分改造過程以及小規(guī)模的地殼混染作用提供了良好的應(yīng)用前景。取得了以下主要認(rèn)識(shí)：

圖1 松嫩地塊和佳木斯地塊花崗巖樣品來源分布

（1）經(jīng)歷晚期構(gòu)造熱事件改造的花崗巖中的磷灰石普遍具有不規(guī)則的次生加大邊、復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和較低的LREE含量（圖2a；圖3a,b），可能是受到兩方面因素共同控制：①磷灰石重結(jié)晶過程中伴隨著其它富LREE礦物（如綠簾石）的形成；②磷灰石中的LREE易在交代淋濾過程中被流體遷移。此外，這些變質(zhì)/交代成因的磷灰石普遍具有變化很大的Sm-Nd同位素組成（圖2b），其ε_Nd(t)值與鋯石ε_Hf(t)值解耦（圖4中紅色三角形），這是由于交代淋濾過程中Nd相比于Sm更容易進(jìn)入到流體中，導(dǎo)致磷灰石的¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd比值升高，使其ε_Nd(t)值出現(xiàn)明顯偏差。

圖2 經(jīng)歷晚期構(gòu)造熱事件改造的花崗巖中磷灰石的微量元素和Nd同位素組成。（a）源巖類型判別圖（O’Sullivan et al., 2020）；（b）¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd比值隨LREE含量的變化

圖3 磷灰石和全巖的稀土元素配分圖解

圖4 磷灰石ε_Nd(t)與鋯石ε_Hf(t)的相關(guān)性

（2）未經(jīng)晚期構(gòu)造熱事件改造的花崗巖中的磷灰石普遍發(fā)育均一的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或同軸生長(zhǎng)的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，在判別圖解中落入了源巖為I型/S型花崗巖范圍內(nèi)（圖5a），并具有相對(duì)均一的Sm-Nd同位素組成（圖5b）和耦合的磷灰石Nd和鋯石Hf同位素體系（圖4中綠色菱形），暗示其巖漿成因。巖漿成因磷灰石的地球化學(xué)組成主要受控于其母巖漿的成分、其它富REE礦物的結(jié)晶以及磷灰石與硅酸巖熔體之間元素分配系數(shù)的變化。

圖5 未經(jīng)晚期構(gòu)造熱事件改造的花崗巖中磷灰石的微量元素和Nd同位素組成。（a）源巖類型判別圖（O’Sullivan et al., 2020）；（b）¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd比值隨LREE含量的變化

（3）根據(jù)本文巖漿成因磷灰石的REE含量和配分模式，進(jìn)一步將其劃分為四組。第一組磷灰石具有與全巖類似的右傾型REE配分模式，但相對(duì)更富集MREE（圖3d）。由于相比于LREE和HREE，磷灰石具有更高的MREE分配系數(shù)，該組磷灰石反映出母巖漿組成和REE分配系數(shù)對(duì)磷灰石地球化學(xué)組成的控制作用。第二組磷灰石明顯虧損LREE（圖3e），而第三組磷灰石則具有低的MREE和HREE含量（圖3f），分別指示了綠簾石族礦物和角閃石結(jié)晶對(duì)磷灰石的影響。第四組磷灰石具有非常低的HREE含量和高的Sr含量（圖3g），繼承了其寄主巖石—埃達(dá)克巖的重要特征，并在利用磷灰石的地球化學(xué)組成判別埃達(dá)克巖的圖解中落入了埃達(dá)克巖的區(qū)域內(nèi)（圖6中粉紅色圓圈）。

圖6 磷灰石地球化學(xué)組成判別埃達(dá)克巖圖解（Sun et al., 2021）

（4）在巖漿形成和上升過程中捕獲的磷灰石可以在一定程度上保留原有的地球化學(xué)組成，并反映其源區(qū)性質(zhì)。本文發(fā)現(xiàn)捕獲磷灰石可以具有特殊的地球化學(xué)信號(hào)，如REE配分模式（圖3c,h,i）和Nd同位素組成（圖4中黃色三角形）區(qū)別于其它原生磷灰石顆粒、具有Eu正異常（圖3c）和異常高的Sr含量，在埃達(dá)克巖的判別圖解中，部分非埃達(dá)克巖樣品中的捕獲磷灰石落入了埃達(dá)克巖的區(qū)域內(nèi)（圖6）。這些現(xiàn)象記錄了往往不能被全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)識(shí)別的小規(guī)模地殼混染作用。

上述研究成果已發(fā)表于國際地學(xué)權(quán)威期刊《Geoscience Frontiers》。

Long, X.Y. (龍欣雨), Tang, J. (唐杰), Xu, W.L.* (許文良), Sun, C.Y. (孫晨陽), Luan, J.P. (欒金鵬), Xiong, S. (熊帥), Zhang, X.M. (張笑鳴). Trace element and Nd isotope analyses of apatite in granitoids and metamorphosed granitoids from the eastern Central Asian Orogenic Belt: Implications for petrogenesis and post-magmatic alteration. Geoscience Frontiers 14 (2023), 101517.

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gsf.2022.101517

該項(xiàng)研究受到國家自然科學(xué)基金（42072071, 41772047）的資助。