GSAB | 王振华、雷如雄、吴昌志等：锆石记录高分异花岗岩体系中岩浆–热液演化的精细过程

学术 2024-10-14 16:00 湖北

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来源：战略性关键金属科普平台

高分异花岗岩

高分异花岗岩主要由石英、钾长石和钠长石组成，通常富含富挥发分矿物（如黄玉、电气石等），被认为是硅质岩浆极端分异的产物，并常与稀有金属成矿密切相关，成矿意义重大。

然而，目前对于这些与稀有金属矿化相关高分异花岗岩的岩浆–热液演化过程以及稀有金属富集机制仍然缺乏清晰认识。

已有研究发现，许多高分异花岗岩体系中存在不同成因类型的锆石，同时早期结晶的岩浆锆石往往会与体系中的熔体/流体发生相互作用，经历溶解-再沉淀、重结晶和蜕晶化等过程，使得锆石呈现出复杂的微区结构，晶格中的Zr和许多微量元素（如：REE、Hf、Th、U等）会表现出不同的行为特征。

因此，准确识别和详细研究高分异花岗岩体系中不同成因类型的锆石对于揭示岩浆–热液演化过程和稀有金属富集机制具有重要意义。

位于东天山造山带东段的白石头泉（BST）岩体是一个典型的富F高分异含天河石花岗岩体，并赋存有重要经济价值的Rb矿化。岩相学和地球化学特征表明，该岩体从底部到顶部包含五个渐变岩相带，这些岩相带被认为是花岗岩浆持续演化的结果。

本次研究系统分析了BST岩体不同相带中锆石的微区结构和化学成分，试图揭示该岩体的岩浆–热液演化过程和Rb富集机制。

图1 (A) 东天山白石头泉岩体的地质简图; (B) 白石头泉岩体中五个连续过渡岩相带的剖面图。

研究结果表明，BST岩体中发育有三类具有不同微区结构和化学成分的锆石：

I型锆石自形棱柱状、振荡环带发育，为典型岩浆成因，主要产于BST岩体的下部岩相带。

II型锆石呈现出独特的热液蚀变结构，具有高的LREE 含量和低 Zr/Hf比值及稀土元素四分组效应等特征，主要产于中上部岩相带。

III型锆石与II型锆石伴生，但其表现出不同于II型锆石的结构，具有完整的晶形和均质的微区结构，包含大量流体包裹体，表明III型锆石直接结晶于岩浆-热液演化晚期的锆饱和热液。

图2 BST岩体中三类锆石的透射光、阴极发光（CL）和背散射电子（BSE）图像。（A–D）I型锆石的微区结构。（E）核边结构。（F–J）IIa 型和 IIb 型锆石的微区结构。（K）III型锆石的微区结构。（L）核边结构。

图3 BST岩体中的锆石与全球其他地区典型的富F花岗岩体系的锆石稀土元素模式对比图。

通过深入对比分析不同成因锆石特征和元素行为，该研究将BST高分异花岗岩体系的演化过程划分为岩浆阶段（I型岩浆锆石记录）、岩浆–热液过渡阶段（II型热液蚀变锆石记录）与热液阶段（III型热液锆石记录）。

研究表明，BST高分异花岗岩体系经历了由早期岩浆作用主导逐渐演变到后期热液作用主导的岩浆-热液演化过程，该岩浆-热液演化过程与Rb等稀有金属的富集、迁移和沉淀密切相关。结合岩相分带、演化阶段和Rb含量的对比分析，发现Rb的富集主要发生在岩浆分异和岩浆-热液转换阶段。

该研究证明，锆石可以忠实地记录高分异花岗岩体系的精细演化过程，为探究岩浆–热液演化过程及稀有金属富集机理提供了新的视角。

图4 基于锆石结构和成分建立的富F-Rb高分异花岗岩体的岩浆–热液演化模型。

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原文信息

该研究成果以“Magmatic–hydrothermal evolutionary processes in highly evolved granitic systems: Insights from zircons of the Baishitouquan pluton, NW China”为题，发表在地学领域国际权威期刊《GSA Bulletin》上。长安大学王振华博士研究生为论文第一作者，雷如雄教授为论文通讯作者，共同作者包括吴昌志教授与Matthew J. Brzozowski 教授。本研究得到了国家自然科学基金“战略性关键金属超常富集成矿动力学”重大研究计划项目（91962214）和新疆重点研发计划项目（2022B03015-3）的联合资助。

Wang, Z.-H., Lei, R.-X.*, Brzozowski, M.J., and Wu, C.-Z., 2024, Magmatic−hydrothermal evolutionary processes in highly evolved granitic systems: Insights from zircons of the Baishitouquan pluton, NW China: Geological Society of America Bulletin, doi:10.1130/B37425.1.

参考文献：

Geisler, T., Schaltegger, U., and Tomaschek, F., 2007, Re-equilibration of Zircon in Aqueous Fluids and Melts: Elements, v. 3, p. 43–50, doi:10.2113/gselements.3.1.43.

Gu, L., Zhang, Z., Wu, C., Gou, X., Liao, J., and Yang, H., 2011, A topaz- and amazonite-bearing leucogranite pluton in eastern Xinjiang, NW China and its zoning: Journal of Asian Earth Sciences, v. 42, p. 885–902, doi:10.1016/j.jseaes.2010.12.010.

Luo, X.-L., Wu, C.-Z., She, J.-X., Brzozowski, M.J., Du, D.-H., An, S., and Li, W., 2024, Understanding the extreme differentiation of granitic magmas through elemental geochemistry and Fe isotope signatures: Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 380, p. 31–47, doi:10.1016/j.gca.2024.07.011.

Han, J., Chen, H., Hollings, P., Wang, J., Zhang, D., Zhang, L., Zeng, T., Ma, J., and Ai, Y., 2021, Efficient enrichment of Rb during the magmatic-hydrothermal transition in a highly evolved granitic system: Implications from mica chemistry of the Tiantangshan Rb-Sn-W deposit: Chemical Geology, v. 560, p. 120020, doi:10.1016/j.chemgeo.2020.120020.

Hoskin, P.W.O., 2005, Trace-element composition of hydrothermal zircon and the alteration of Hadean zircon from the Jack Hills, Australia: Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 69, p. 637–648, doi:10.1016/j.gca.2004.07.006.

Wu, C., Liu, S., Gu, L., Zhang, Z., and Lei, R., 2011, Formation mechanism of the lanthanide tetrad effect for a topaz- and amazonite-bearing leucogranite pluton in eastern Xinjiang, NW China: Journal of Asian Earth Sciences, v. 42, p. 903–916, doi:10.1016/j.jseaes.2010.09.011.

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