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蒲猛,April 16, 2026
高硅花岗岩通常是长时间长距离分异演化的产物，也是上地壳化学演化以及钨、锡、铀等稀有金属成矿作用的重要载体。文章指出，虽然“晶体—熔体分离”常被认为是形成高硅花岗岩的关键过程，但在长英质体系中，直接识别这一过程一直较困难。Zr属于高场强元素，在地幔部分熔融过程中表现为中等不相容元素，更加倾向于富集在壳源岩石中，因此具有示踪岩浆源区和岩浆作用过程的潜力。Wang等对南岭花岗岩（骑田岭花岗岩和瑶岗仙花岗岩）进行了Zr同位素分析，追踪高硅花岗质岩浆演化。
作者进行了矿物相分析、全岩主量元素和微量元素分析、全岩Zr同位素分析，此外对锆石进行CL成像、微量元素、Hf同位素、U-Pb定年、原位Zr同位素分析。锆石可以根据CL图像颜色深浅分为2类，其振荡环带、Th/U等均为岩浆锆石的特征。无论是在单个锆石晶体内部，还是在同一样品中的不同锆石颗粒之间，都可以观察到这样一个规律：从Type-I锆石到Type-II锆石，δ⁹⁴/⁹⁰Zr值是逐渐升高的；而且这种变化不受整体岩石SiO₂含量（66–77 wt.%）的影响。且锆石的δ⁹⁴/⁹⁰Zr与Hf含量、Zr/Hf比值的强相关性，将Zr同位素与岩浆分异联系起来。
图1 锆石阴极发光（CL）图像、δ⁹⁴/⁹⁰Zr 值、Hf含量及εHf(t)组成特征
锆石的εHf(t)相对均一，表明源区相对均一。TIMA图像中识别出共结晶相包括长石、榍石、钛铁矿和角闪石。这些矿物可能导致Zr同位素发生变化，然而，由于锆石Zr同位素与Eu异常无相关性，这排除了长石结晶的影响。根据第一性原理结算和前人花岗岩中测试结果，榍石和角闪石更倾向于吸收较重的同位素。这两种矿物相对于HREE和Ta，更倾向于富集MREE和Nb。然而所观察到的趋势并不符合。在全岩尺度上，Zr同位素同样与Zr含量及Zr/Hf比值呈负相关关系。从锆石核部到边部的剖面分析表明，Zr同位素与Hf含量呈正相关、与Zr/Hf比值呈负相关，这些特征共同表明锆石的分离结晶是Zr同位素变化的主要因素。综合来看，早期结晶的锆石优先吸收轻Zr同位素，并在后续晶体-熔体分离过程中被移除，从而使残余熔体逐渐富集重Zr同位素，这一信号最终被晚期结晶的锆石所记录。
图2 锆石结晶及锆石-熔体分离控制Zr同位素演化的示意图
锆石中大量的Zr同位素分馏也发生在演化程度较低的花岗岩中。在岩浆结晶和分异过程中，晶体可能悬浮在岩浆中，或与正在演化的熔体物理分离。只有锆石结晶过程，如果没有与熔体物理分离，并不一定会导致全岩锆同位素的显著变重。锆石与熔体的有效物理分离对于获得全岩Zr同位素变重十分重要。作者使用 Rayleigh 分馏模型拟合锆石的 Zr 同位素演化趋势，估算得出高分异花岗岩中需要发生相当强的锆石移除作用，才能解释 QP3 和 YGX 的高 δ94/90Zr。模型结果显示，这些高分异样品通常要求超过 60% 的锆石分离，部分情形甚至更高；相比之下，普通花岗岩的锆石分离程度很低，因此其体岩 Zr 同位素仍保持接近上地壳平均水平。
图3 岩浆分异过程中锆石δ⁹⁴/⁹⁰Zr 与Hf含量及Zr/Hf比值演化的瑞利分馏模型
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