针对这一科学难题，中国地质大学（武汉）地球科学学院马昌前教授团队通过详细的岩石学、地球化学和热力学模拟研究，深入分析了东昆仑造山带东段德亥龙岗地区三叠纪长英质侵入-火山杂岩体(图1)，探讨了富水岩浆系统下储库内部压力与含水量对喷发前熔体成分演变、聚集与迁移的影响，揭示了控制火山喷发机制的新因素。
图1 （a）东昆仑造山带大地构造位置图；（b）东昆仑造山带东段侵入岩-火山岩分布图；（c）德亥龙岗侵入岩-火山岩地质简图
东昆仑造山带的三叠纪长英质侵入-火山岩组合提供了研究古岩浆储库内部过程的理想窗口。该团队选取了年龄一致（247Ma）的德亥龙岗侵入-火山杂岩中的花岗闪长岩、英云闪长岩和流纹岩作为研究对象，通过分析岩石的矿物结构、CSD（晶体尺寸分布）特征和锆石微量元素，证实了侵入岩与火山岩在成因上存在耦合关系。岩相学分析显示，花岗闪长岩和英云闪长岩中发育的自形斜长石和碱性长石构成堆晶结构，这种由长石类矿物紧密堆积形成的矿物格架和填隙的长英质细粒矿物“网络”共同组成了花岗闪长岩和英云闪长岩的“晶粥结构”（图2）。这种“网络”结构可能代表了长英质熔体在晶粥体中流动和迁移的通道，并最终在岩浆储库上方聚集形成“熔体囊”（melt pocket）。流纹岩中发育的典型长石聚晶（glomerocrysts）可能是深部晶粥体的碎片，它们随熔体喷发至地表时保存在火山岩中。这些特征揭示了深部岩浆储库内发生晶体压实、堆积和熔体抽取作用。花岗闪长岩、英云闪长岩和流纹岩中长石的CSD特征高度一致（图3a），尤其是一致的上凹型CSD特征（F-CSD），暗示了侵入岩和火山岩中的长石经历了相似的晶体堆积过程。此外，侵入岩与火山岩中锆石的微量元素特征高度吻合（图3b），表明这些锆石可能源于同一晶粥体。侵入岩与火山岩的地球化学成分呈现典型的互补特征（图3c）。热力学模拟结果表明，晶体堆积和熔体抽取作用可以分别形成德亥龙岗地区的侵入岩和火山岩（图3d）。由此可证明，流纹岩代表了从晶粥体中抽取的高演化熔体，而花岗闪长岩则为残余晶体堆积体，英云闪长岩为中间产物。
图3 （a）CSD特征图；（b）锆石微量元素协变图；（c）全岩地球化学Harker图；（d）热力学模拟成分变化图
通过热力学模拟(图4和5)，研究团队发现，在富水环境中，岩浆储库的压力对熔体的聚集和迁移影响显著。当储库压力增大时，熔体黏度显著降低，促使晶体沉降，进而加速熔体的迁移。这意味着，储库压力的增加不仅缩短了熔体聚集的时间，还加速了岩浆的分离与喷发过程。模拟还显示，在恒定水含量条件下，岩浆储库压力增加显著提升了熔体的迁移速度和最大距离。相反，恒压状态下，改变储库的含水量对熔体黏度、迁移速度和最大距离的影响则较为微弱。这为理解富水环境下的火山喷发机制提供了新的视角。
本研究揭示了在富水的俯冲背景下，岩浆储库压力对火山喷发前熔体的成分、聚集和运移的主导作用，为深入理解全球富水环境中的火山喷发机制提供了重要的理论依据。相关研究成果以题为“Constraints of reservoir pressure and H2O on pre–eruptive melt accumulation and migration under water–rich systems based on the volcanic–plutonic connection in the East Kunlun Orogen, northern Tibet Plateau”的论文在线发表在国际权威期刊《Journal of Petrology》（2024, 65, egae090）。博士研究生邹博文为论文第一作者，马昌前教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目（42130309 和 41972066）的资助。
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