喜馬拉雅淡色花崗巖結晶分異機制概述*

劉志超 吳福元 劉小馳 王建剛

1. 中山大學地球科學與工程學院，南方海洋科學與工程廣東省實驗室(珠海)和廣東省地球動力作用與地質災害重點實驗室，廣州 5102752. 中國科學院地質與地球物理研究所，巖石圈演化國家重點實驗室，北京 1000291.

在青藏高原南部，沿喜馬拉雅山脈展布有綿延超2000km的新生代淡色花崗巖，它們是印度和歐亞大陸碰撞造山過程形成的最具特色的巖漿活動，在造山帶演化和高原隆升的相關研究中歷來受到高度關注(Debonetal., 1986; Le Fort, 1988; Harrisonetal., 1997; Zhangetal., 2004; Searleetal., 2009)。同時，喜馬拉雅淡色花崗巖也是世界上最著名的、出露規模最大的高硅過鋁質花崗巖，以暗色礦物含量低(通常少于5%)和廣泛出現過鋁質礦物(白云母)為主要特征，在成分上接近花崗質最低共熔點組分，特殊的巖石學特征和地球化學組成使其在巖石學研究中一直占有重要位置(Le Fortetal., 1987; Harris and Massey, 1994; Guillot and Le Fort, 1995)。

圖1 喜馬拉雅淡色花崗巖分布示意圖(據潘桂棠等, 2004簡化) STDS-藏南拆離系；IYSZ-印度河雅魯藏布江縫合帶; MCT-主中央逆沖斷層；MBT-主邊界逆沖斷層；MFT-主前緣逆沖斷層；KT--Kakhtang逆沖斷層Fig.1 Simplified geological map showing the distribution of Himalayan leucogranites (after Pan et al., 2004) STDS-South Tibetan Detachment System; IYSZ-Indus-Yarlung Suture Zone; MCT-Main Central Thrust; MBT-Main Boundary Thrust; MFT-Main Frontal Thrust; KT-Kakhtang Thrust

喜馬拉雅淡色花崗巖的巖石成因是學術界長期關注的熱點問題。傳統觀點一直認為，喜馬拉雅淡色花崗巖特殊的巖石地球化學特點是地殼巖石低程度部分熔融的結果(Harris and Inger, 1992; Douce and Harris, 1998)。但是， 近年來不斷有研究指出，結晶分異作用在喜馬拉雅淡色花崗巖的形成過程中發揮了重要作用，是導致這類巖石礦物和化學組成具有特殊性的更重要原因(吳福元等, 2015; Zengetal., 2014; Wuetal., 2020)，主要的證據包括：在淡色花崗巖巖體周邊廣泛出現與其伴生的偉晶巖、細晶巖、鈉長花崗巖這些代表高度分異的花崗巖漿的標志巖石(Scailletetal., 1995; Searle, 1999; Weinberg and Searle, 1999; 王汝成等, 2017; 曾令森和高利娥, 2017)；證實不同類型花崗巖(二云母花崗巖與電氣石白云母花崗巖；二云母花崗巖與石榴石白云母花崗巖)之間的礦物組成和化學成分差異應是巖漿不同程度結晶分異的結果(Scailletetal., 1990; Liuetal., 2014, 2019)；全巖微量元素上經常表現出高分異花崗巖常具有的偏離CHARAC區(CHArge-and-Radius-Controlled，等價元素對的比值受離子電價和半徑控制)和稀土元素四分組特征(Liuetal., 2014, 2016)；經常出現高Hf含量的鋯石、富Mn的巖漿成因石榴石以及富稀有金屬成分的綠柱石、鈮鐵礦、鉭鐵礦等這些高演化巖漿的典型標志性礦物(Liuetal., 2014, 2016, 2019; 王汝成等, 2017)。另外，近期在喜馬拉雅造山帶東部錯那洞地區發現與淡色花崗巖巖漿-熱液系統有關的超大型稀有金屬礦床(李光明等, 2017)，指示喜馬拉雅淡色花崗巖應是具有高度巖漿演化特征的稀有金屬成礦花崗巖。然而，目前我們對喜馬拉雅淡色花崗巖的結晶分異機理和過程缺乏深入的了解，嚴重阻礙了我們對喜馬拉雅淡色花崗巖成巖機制的重新認識，并制約了我們對喜馬拉雅淡色花崗巖稀有金屬成礦效應的有效評估。

圖2 然巴巖體地質簡圖和巖石野外特征 (a)然巴穹窿地質簡圖(底圖為谷歌衛星圖)；(b、c)然巴主體二云母花崗巖的野外產狀和巖石特征；(d)以脈體形式侵入然巴巖體邊部圍巖中石榴石白云母花崗巖；(e)主體邊部的含石榴石電氣石偉晶巖Fig.2 Simplified geological map and field photographs of the Ramba pluton (a) geological map of the Ramba Dome; (b, c) field occurrence and petrological features of the two-mica granite; (d) garnet-bearing muscovtie granite dyke that invaded the surrounding metasedimentary rocks; (e) garnet-tourmaline bearing pegmatite that occurred in the margin of the pluton

圖3 然巴淡色花崗巖顯微照片 (a-d)二云母花崗巖；(e、f)石榴石白云母花崗巖. Pl-斜長石；Kfs-鉀長石；Bt-黑云母；Mus-白云母；Q-石英；Fl-螢石；Grt-石榴子石Fig.3 Micrographs of the Ramba leucogranites (a-d) two-mica granite; (e, f) garnet-bearing muscovite granite. Pl-plagioclase; Kfs-K-feldspar; Bt-biotite; Mus-muscovite; Q-quartz; Fl-fluorite; Grt-garnet

喜馬拉雅淡色花崗巖總體上呈東西向帶狀沿喜馬拉雅山脈分布(圖1)，根據它們出露的構造位置不同，可以進一步劃分為北側的特提斯喜馬拉雅淡色花崗巖帶和南側的高喜馬拉雅淡色花崗巖帶(Le Fort, 1986; Harrisonetal., 1997; Zhangetal., 2004)。兩條淡色花崗巖帶在巖石組成上存在明顯差異：特提斯喜馬拉雅帶中的巖體多以二云母花崗巖為主，常伴隨少量的石榴石白云母花崗巖，少量巖體中出現電氣石白云母花崗巖；高喜馬拉雅帶中巖體由二云母花崗巖或電氣石白云母花崗巖構成，這兩種巖相的規模大體相當，而石榴石白云母花崗巖只以伴生相出現在各巖體中，不能構成獨立巖體(張宏飛等, 2005)。近期Liuetal. (2014, 2019)通過對特提斯喜馬拉雅然巴淡色花崗巖的研究指出，巖漿就位后發生的原地結晶分異作用是喜馬拉雅淡色花崗巖發生成分變化和形成不同巖石類型的重要方式之一。為了更為全面的認識和理解喜馬拉雅淡色花崗巖的結晶分異機制，本文在然巴淡色花崗巖的相關研究工作基礎上，進一步選擇高喜馬拉雅帶中頗具代表性的的告烏淡色花崗巖開展系統研究，通過對比上述兩個巖體的分異特征，就喜馬拉雅淡色花崗巖的結晶分異過程和分異效應進行全面探討。

圖4 亞東地區地質簡圖(據中國地質大學, 2005(1)中國地質大學.2005. 1:25萬亞東幅地質圖(未發表)修改)

1 野外產狀及巖相學特征

1.1 然巴淡色花崗巖

然巴淡色花崗巖(又稱曲珍巖體)以巖株形式侵入特提斯喜馬拉雅構造單元東部的然巴穹窿核部(圖2a; 廖忠禮等, 2006; 郭磊等, 2008)。U-(Th)-Pb年代學研究表明該巖株的侵位時代約為8Ma(Liuetal., 2014)。

二云母花崗巖構成了然巴巖體的主要部分(圖2b)，無變形，中粒花崗結構為主，主體為塊狀構造(圖2c)。主要礦物組成為斜長石、堿性長石、石英、白云母和黑云母。斜長石自形-半自形，發育聚片雙晶和卡鈉復合雙晶，大部分斜長石具有蝕變核部(發生絹云母化和白云母化，部分蝕變的斜長石核部可見螢石)和干凈邊(圖3a, b)，常見與鉀長石相鄰的斜長石邊部發育有蠕蟲結構，部分晶體包裹早期結晶的黑云母。堿性長石通常為他形單晶，常呈包含嵌晶結構，包裹斜長石、石英等，偶見條紋結構，出溶的鈉長石條紋出溶十分細小(圖3c)。偶見他形的堿性長石包裹蠕英石。石英以他形粒狀為主，邊部常見熔蝕交代和蠶食現象，也有粒狀石英被包裹于其它礦物中。白云母以原生白云母為主，自形-半自形片狀，可見包裹黑云母、斜長石等礦物；少量次生白云母，晶體較小，可見與其它礦物的接觸反應關系(黑云母邊部或斜長石核部)。黑云母呈棕色自形-半自形片狀，具有多色性，少量綠泥石化。副礦物主要有鋯石、磷灰石、獨居石、磷釔礦，偶見螢石(圖3d)。該二云母花崗巖中沒有發生明顯的稀有金屬礦化。

圖5 告烏淡色花崗巖野外和巖石特征 Tur-電氣石Fig.5 Field occurrence and petrological features of the Gaowu leucogranites Tur-tourmaline

然巴巖體中還存在少量的白云母花崗巖，主要以脈體形式侵入巖體四周的圍巖中(圖2d)，也常出現在巖體的邊緣部分，或以囊狀體、微小脈體形式出現在巖體內部，在礦物組成上以普遍出現石榴石為特征(圖2e)。然巴白云母花崗巖整體以細?；◢徑Y構為主， 部分為偉晶結構， 局部發育似斑狀結構(中粒的斜長石、石英、堿性長石和白云母為斑晶，微晶-細晶的斜長石和石英為基質主要成分)。斜長石普遍具有較好的晶形，發育聚片雙晶及卡納雙晶，大多表面潔凈。堿性長石多為半自形-他形，常富含礦物包裹體(圖3e)，偶見與石英共結形成的顯微文象結構。石英他形粒狀，偶見裂紋，在局部具有似斑狀結構部分常以斑晶形式出現并在晶體邊緣有熔蝕交代現象。白云母多為鱗片狀聚集體，大多為原生白云母。偶爾有黑云母出現，顆粒細小，常與白云母伴生。石榴石呈淡紅色，多數自形程度較好，但常見裂理，可見與其它礦物呈平衡三聯點的接觸關系(圖3f)。電氣石常常出現在巖體內部、與二云母花崗巖呈漸變過渡關系的白云母花崗巖中，呈淺褐黃色，半自形-他形，出現在礦物晶隙間，多呈破裂狀，晶體周邊有被交代蠶食現象，內部可見包裹斜長石等其它礦物小晶。副礦物主要有磷灰石、鋯石、獨居石，并常常出現稀有金屬礦物如綠柱石、鈮鐵礦-鉭鐵礦、燒綠石-細晶石、錫石等(王汝成等, 2017)。

1.2 告烏淡色花崗巖

告烏淡色花崗巖出露于高喜馬拉雅帶東部的亞東地區，藏南拆離系(South Teibetan Detachment System, STDS)與近南北向的亞東-谷露裂谷的交接部位。巖體出露面積近200km2，可以解構為北北東、北北西、和北西三個分支巖體(圖4)。系統的U-(Th)-Pb年代學工作表明，三個分支巖體的主體形成時代分別是～23Ma、ca.20～18Ma和ca.17～16Ma(Liuetal., 2017)。其中，～23Ma的北北東向延伸的巖體主體為白云母花崗巖，巖性均勻并以富含電氣石為主要特征，以巖床的形式侵位于STDS韌性剪切帶的上部及其上盤的特提斯喜馬拉雅沉積巖系中，整體無變形，部分表現出弱定性特征，應為同構造侵位或構造活動末期侵位巖漿。Ca.20～18Ma的北北西向延伸巖體和ca.17～16Ma北西向延伸巖體主體均為二云母花崗巖，侵入STDS韌性剪切帶及其下盤的高喜馬拉雅沉積巖系。根據野外觀察，這兩個期次的淡色花崗巖切穿STDS主要變形，巖漿侵位應發生在STDS韌性剪切活動停止后。

為探討高喜馬拉雅帶中頗具特點的、以獨立巖體形式侵位的白云母花崗巖的成因機制，本文重點考察告烏～23Ma白云母花崗巖，下文中出現的告烏白云母花崗巖均特指該期次巖石(圖5a)。告烏白云母花崗巖主要組成礦物為斜長石+堿性長石+石英+白云母+電氣石±石榴石，普遍出現電氣石(圖5b)，屬于典型的電氣石白云母花崗巖，有少量伴生的鈉長花崗巖。告烏電氣石白云母花崗巖以中細?；◢徑Y構為主，普遍發育亞固相的變形和反應結構(圖5c)。斜長石自形-半自形板狀，常見聚片雙晶和卡鈉雙晶，多有蝕變核部和潔凈的邊緣，晶體邊緣常見交代現象和蠕蟲結構，偶見環斑結構(斜長石的核部為殘破的條紋長石；圖5d)。堿性長石多為較純的鉀長石，多呈他形，可見條紋結構，常見與斜長石之間的交代反應現象(圖5e)。石英或以具有熔蝕邊的他形晶填充于礦物間隙中，或以圓粒狀被包裹在其他礦物晶體中。具有較好晶形的原生白云母的邊部常有熔蝕交代現象；次生白云母較多，多以細小的他形晶形式出現在堿性長石、斜長石等礦物的邊緣。電氣石半自形-他形柱狀，淺黃褐色為主。黑云母極少出現，往往綠泥石化。副礦物主要有獨居石、磷灰石、鋯石。另外，告烏白云母花崗巖中有豐富的稀有金屬礦物出現，包括綠柱石、鈮鐵礦-鉭鐵礦、燒綠石-細晶石、錫石等(王汝成等, 2017)。

圖6 然巴和告烏淡色花崗巖斜長石成分Ab-Or-An圖解Fig.6 Compositions of plagioclase on an Ab-Or-An diagram

2 礦物成分和全巖主微量元素特征

本論文的相關測試在中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室完成。礦物的主量元素成分采用日本電子JXA-8100型電子探針完成；微量元素成分利用Coherent生產的193nm ArF準分子激光剝蝕系統和Agilent 7500a型四極桿電感耦合等離子質譜儀完成。全巖主量元素成分采用XRF(SHIMADZU XRF-1500)玻璃熔片法完成；全巖微量元素采用混合酸溶法溶樣，利用Agilent 7500a型四極桿電感耦合等離子質譜儀完成測試。然巴淡色花崗巖的相關數據(電氣石化學成分除外)大多已發表(Liuetal., 2014, 2019)。

2.1 礦物成分特征

2.1.1 長石

然巴巖體兩類淡色花崗巖中斜長石在成分上存在系統差異(Liuetal., 2019; 圖6)：二云母花崗巖中的斜長石成分總體更富An組分(An值多數集中于5～14)，部分顆粒相對具有富鈣成分的核部(An=15～21)；石榴石白云母花崗巖中斜長石相對富鈉(An=1～11)，部分顆粒邊部出現鈉長石，偶爾出現相對富鈣的核部(An值可達15)。相比然巴巖體，告烏白云母花崗巖中的斜長石成分相對較為均勻，An值從3變化到8(表1)。

然巴和告烏淡色花崗巖中的堿性長石均多為富Or端元組分的鉀長石。然巴二云母花崗巖和石榴石白云母花崗巖中堿性長石的Or組成為83%～90%和87%～95%(Liuetal., 2019)。告烏電氣石白云母花崗巖中的堿性長石具有更高的Or組分(88%～97%)(表2)。

2.1.2 白云母

本文只對原生白云母的成分進行了分析。然巴二云母花崗巖中白云母相對石榴石白云母花崗巖具有更高的Ti、Mg和偏低的Fe、F含量(Liuetal., 2019; 圖7)。告烏白云母花崗巖中白云母的成分(表3)總體介于然巴兩種類型淡色花崗巖的白云母成分特征之間(圖7)。

2.1.3 電氣石

然巴和告烏白云母花崗巖中的電氣石均為黑電氣石系列(表4)，而且較富鐵電氣石的端元成分(圖8)。然巴白云母花崗巖中電氣石的MgO和FeO含量分別為1.58%和13.43%，MgO/FeO為0.12。告烏白云母電氣石相對具有更高的MgO含量(2.27%～3.51%)和更低的FeO含量(10.30%～12.49%)，MgO/FeO為0.18～0.34。

2.1.4 磷酸鹽副礦物

然巴二云母花崗巖中獨居石具有平滑的稀土配分曲線(沒有表現出四分組效應特征)，Eu負異常明顯；石榴石白云母花崗巖中的獨居石大多表現出一定的四分組效應，并具有更為強烈的Eu負異常(圖9a, b)。來自告烏電氣石白云母花崗巖中的獨居石的成分比較均一(表5)，總體上表現出與然巴二云母花崗巖相似的稀土元素配分型式，缺乏四分組效應特征(圖9a, b)。

表1 告烏淡色花崗巖中斜長石的電子探針成分分析結果(wt%)

表2 告烏淡色花崗巖中堿性長石的電子探針成分分析結果(wt%)

表3 告烏淡色花崗巖中白云母的電子探針成分分析結果(wt%)

表4 然巴和告烏淡色花崗巖中電氣石的電子探針成分分析結果 (wt%)

然巴二云母花崗巖中磷灰石的微量元素組成較均一，輕重稀土分異較弱，Eu負異常明顯，大多數樣品點顯示出四分組效應特征；然巴石榴石白云母花崗巖中的磷灰石稀土元素含量變化相對較大，但稀土元素配分形式比較相似，多表現為“海鷗型”配分特征，相對二云母花崗巖具有更加強烈的Eu負異常和四分組效應(圖9c, d)。

然巴二云母花崗巖中磷釔礦富集重稀土元素，相對虧損輕稀土元素，表現出強烈的Eu負異常和明顯的四分組效應特征(圖9e, f)。

2.2 全巖主微量元素特征

2.2.1 主量元素

然巴和告烏淡色花崗巖總體上均屬于硅與鋁過飽和巖石，具有貧鈣、鈦、鎂、鐵的特點，主要化學成分在一個較窄的范圍內變化(Liuetal., 2014; 表6)。在哈克圖解中(圖10)， 然巴兩種類型淡色花崗巖的主要氧化物與SiO2表現出

表6 告烏淡色花崗巖全巖主量(wt%)和微量(×10-6)元素成分

一定程度的相關性，石榴石白云母花崗巖相對二云母花崗巖具有更高的SiO2和更低的TiO2、FeOT、MgO、CaO含量。告烏電氣石白云母花崗巖的主量元素成分大致落入然巴兩種類型淡色花崗巖的成分之間。

2.2.2 微量元素

在微量元素組成上，然巴二云母花崗巖相對石榴石白云母花崗巖具有明顯更高的Sr、Ba、Zr、Th含量(Liuetal., 2014; 表6、圖10)。在稀土元素配分圖中，然巴二云母花崗巖的輕稀土元素較重稀土元素明顯富集，配分曲線較為平滑，具有中等程度的Eu負異常；石榴石白云母花崗巖的輕重稀土分異較弱，并大都表現出四分組效應特征(圖11)。然巴二云母花崗巖的雙胞胎元素比值(Zr/Hf、Nb/Ta、Y/Ho、K/Rb)大多落入CHARAC區，而石榴石白云母花崗巖的雙胞胎元素比值顯著偏離CHARAC區(圖12)。利用全巖Zr和LREE(輕稀土)飽和溫度計(Milleretal., 2003; Montel, 1993)估算然巴二云母花崗巖的巖漿結晶溫度為TZr=697～743℃、TLREE=777～815℃，石榴石白云母花崗巖的巖漿結晶溫度為TZr=565～655℃、TLREE=585～647℃。

告烏電氣石白云母花崗巖的微量元素組成總體上落入然巴兩種類型淡色花崗巖的成分之間(圖10)。在稀土元素配分圖上，輕稀土元素較重稀土元素略微富集，具有明顯的Eu負異常，表現明顯的四分組效應特征(圖11)。告烏電氣石白云母花崗巖的雙胞胎元素比值明顯偏離CHARAC區(圖12)。利用全巖Zr和稀土飽和溫度計估算其巖漿結晶溫度為TZr=628～680℃和TLREE=579～721℃。

3 討論

3.1 然巴淡色花崗巖的原地結晶分異作用

然巴晚中新世淡色花崗巖以巖株形式侵位，按照礦物組合的不同，可以劃分為二云母花崗巖和石榴石白云母花崗巖兩種類型。Liuetal. (2014, 2019) 通過野外地質、年代學和地球化學研究綜合論證指出，這兩種類型淡色花崗巖之間是同期次巖漿結晶分異的關系，其中石榴石白云母花崗巖相對二云母花崗巖具有更高的巖漿演化程度，是典型的高分異花崗巖。值得注意的是，在然巴巖體中缺乏典型的堆晶巖，整個巖體也沒有呈現出很好的分帶性特征，表明從二云母花崗巖演化至石榴石白云母花崗巖過程中沒有發生有效的晶體沉淀作用。另外，從二云母花崗巖到石榴石白云母花崗巖在礦物組成(黑云母含量急劇減少并普遍出現石榴石)和全巖化學成分上(TiO2、MgO、FeO、Th和Ba等元素在哈克圖解上表現出明顯的成分間斷)表現出明顯的跳躍性變化(圖10)，表明它們之間并非是逐漸過渡關系，不是巖漿連續性結晶分異的結果。

圖7 然巴和告烏淡色花崗巖白云母中Mg、Fe、Ti、F含量與XFe相關關系特征Fig.7 Variation diagram of Mg, Fe, Ti and F versus XFe for muscovites from the Ramba and Gaowu leucogranites

圖8 然巴和告烏淡色花崗巖電氣石的鎂電氣石-黑電氣石-鋰電氣石分類(底圖據Henry et al., 2011)和Al-Al50Fe50-Al50Mg50圖解(底圖據Henry and Guidotti, 1985) 其中各數字區域代表的意義為：1-富Li花崗巖、偉晶巖和細晶巖；2-貧Li花崗巖、偉晶巖和細晶巖；3-熱液蝕變花崗巖；4-富Al的變泥質巖和變質砂巖；5-貧Al的變泥質巖和變質砂巖；6-富Fe3+的石英電氣石巖、鈣質硅酸巖和變泥質巖；7-低Ca的變超鎂鐵質巖和富Cr、V的變沉積巖；8-變碳酸巖和變輝石巖Fig.8 Ternary dravite-schorl-elbaite subsystem diagram (base map after Henry et al., 2011) and Al-Al50Fe50-Al50Mg50 diagram (base map after Henry and Guidotti, 1985) of tourmaline In particular: 1-Li-rich granitoid pegmatites and aplites; 2-Li-poor granitoids and pegmatites and aplites; 3-hydrothermally altered granites; 4-Al-saturating metapelites and metapsammites; 5-Al-unsaturating metapelites and metapsammites; 6-Fe3+-rich quartz-tourmaline, calc-silicates, metapelites; 7-low-Ca metaultramafics and Cr, V-rich metasediments; 8-metacarbonates and meta-pyroxenites

圖9 然巴和告烏淡色花崗巖磷酸鹽副礦物的球粒隕石標準化微量元素配分圖(標準化值據Sun and Mcdonough, 1989)和Eu/Eu*與TE1, 3相關關系圖 然巴淡色花崗巖中磷酸鹽副礦物微量元素成分數據來自Liu et al., 2019Fig.9 Chondrite-normalized trace element diagrams (normalization values after Sun and McDonough, 1989) and Eu/Eu* vs. TE1, 3 plots for the phosphate accessory minerals Trace element compositions of the phosphate accessory minerals from the Ramba leucogranite from Liu et al., 2019

圖10 然巴和告烏淡色花崗巖全巖主微量元素哈克圖解 然巴淡色花崗巖主微量元素成分數據來自Liu et al., 2014Fig.10 Harker variation diagrams for the Ramba and Gaowu leucogranites Major and trace element compositions data of Ramba leucogranites from Liu et al., 2014

圖11 然巴和告烏淡色花崗巖球粒隕石標準化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標準化微量元素蛛網圖(b)(標準化值據Sun and Mcdonough, 1989)Fig.11 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spidergrams (b) for the Ramba and Gaowu leucogranites (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

圖12 然巴和告烏淡色花崗巖的Zr/Hf、Nb/Ta、Y/Ho和K/Rb比值以及與TE1, 3相關關系特征 CHARAC范圍來自Bau, 1996和Ballouard et al., 2016Fig.12 Variations of Zr/Hf, Nb/Ta, Y/Ho and K/Rb vs. TE1, 3 for the Ramba and Gaowu leucogranites The fields of CHARAC from Bau, 1996 and Ballouard et al., 2016

花崗質巖漿因具有較高的SiO2含量而具有高粘度，同時由于結晶礦物具有與巖漿類似的密度，因此有學者認為它難以進行晶體-液體分離，進而難以發生有效的結晶分異作用(張旗等, 2007; Clemensetal., 2009; Gualdaetal., 2012)。但是，許多研究發現，在礦物-熔漿沒有發生有效分離的情況下，花崗質巖漿也可以通過結晶礦物與殘余熔漿之間的成分不平衡而發生成分分異，該過程被稱為原地分離結晶(in-situ fractional crystallization; Michael, 1984)。該模型認為靜態的巖漿房發生結晶時可能形成一種晶體與熔體共存的“晶粥體”狀態，存在于礦物晶隙間的熔體具有相對高演化的化學成分，在適當條件下(巖漿房的結晶度為0.5～0.7時)，少部分的高演化熔體可以發生運移、聚集并抽離出晶粥體，形成具有高分異特征的流紋巖或高硅花崗巖，而剩余的晶粥體(crystal mush，結晶礦物+滯留的高演化熔體)完全固結后形成演化程度稍低的花崗巖(Bachmannetal., 2007; Bachmann and Bergantz, 2004, 2008; Bachmann and Huber, 2016; Deering and Bachmann, 2010; Fiedrichetal., 2017; Hartungetal., 2017; Schaenetal., 2017;pillar and Dolej?, 2015; Vernon and Collins, 2011; 陳晨等, 2018)。抽離出的高演化熔體往往因為缺乏早期結晶的礦物晶體而在礦物組成和化學成分上表現出與殘留晶粥體明顯的差異。上述晶粥體原地結晶分異模型近年來被廣泛用于解釋作為巨大深成巖體(巖基)少量組成部分的高硅花崗巖或同期小規模高硅流紋巖的成因(Bachmann and Bergantz, 2004; Lipman and Bachmann, 2015; Lee and Morton, 2015)。Liuetal. (2019) 指出然巴二云母花崗巖與石榴石白云母花崗巖與之間的分異演化應該也是通過晶粥體的原地結晶分異模式完成的。

然巴二云母花崗巖構成巖體的主體部分，礦物化學和巖相學特征表明在其結晶過程中巖漿的結構狀態發生了顯著變化。首先，然巴二云母花崗巖中磷酸鹽副礦物的稀土元素成分表現出系統變化：相對早期結晶的磷酸鹽礦物相(獨居石)具有平滑的配分曲線，缺乏稀土四分組特征，而相對晚期結晶的磷酸鹽礦物相(磷灰石和磷釔礦)逐漸顯示出越來越顯著的稀土四分組配分形式和Eu的負異常(圖9)。這表明在二云母花崗巖結晶的早期階段，是一般性的花崗質熔體環境，隨著巖漿演化和結晶分異作用的進行，開始發生流體出溶以及巖漿-熱液的相互作用，導致晚期結晶的礦物出現明顯的稀土元素四分組效應(Jahnetal., 2001)。然巴二云母花崗巖的巖相學特征顯示其經歷過較強的自交代作用，主要包括：斜長石常常具有明顯蝕變核部與干凈的富鈉長石成分的邊緣，這常常是早期結晶的富鈣斜長石被巖漿期后的富Na殘余熔漿流體交代并圍繞原有斜長石繼續生長的結果；在蝕變的斜長石核部區域偶爾可見螢石，這可能是晚期富F流體交代富Ca斜長石的結果(CaAl2Si2O8+4HF=CaF2+Al2SiO4F2+SiO2+2H2O)；靠近鉀長石的斜長石邊緣常發育蠕蟲結構，指示含Ca的Na質流體對鉀長石的交代作用(戎嘉樹, 1992)；黑云母和斜長石常發生白云母化作用。這些巖相學特征顯示，二云母花崗巖在完全固結前，存在明顯的流體活動?？梢?，二云母花崗巖在結晶過程中經歷了兩種不同的環境，早期為一般性的花崗質熔體環境，晚期為有流體出溶的高演化環境。結合然巴二云母花崗巖的野外產狀特點，我們認為然巴二云母花崗巖代表了然巴巖株的主體巖漿房，在巖漿就位后的結晶過程中經歷了從早期正常的巖漿狀態到晚期的熔體-流體共存體系的轉變，最終表現為一個由早期結晶礦物(巖漿階段晶出的礦物)和滯留在晶體間的高分異熔體(巖漿-熱液過渡階段晶出的礦物)組成的固結晶粥體。

然巴石榴石白云母花崗巖體積相對較小，多以脈體形式侵入周邊圍巖，礦物和全巖地球化學特征(礦物和全巖的稀土配分形式表現出明顯的四分組效應特征，全巖雙胞胎元素Zr/Hf、Y/Ho、Nb/Ta、K/Rb比值明顯偏離CHARAC區)表明它是典型的高分異花崗巖，應是直接從經過高度分異演化的殘余熔漿中結晶而成的。結合石榴石白云母花崗巖與主體二云母花崗巖的野外產狀關系，我們認為這些石榴石白云母花崗巖應是從晶粥體狀態的巖漿房(二云母花崗巖)中逃逸出的高演化富流體熔漿，即主體巖漿房演化至有流體活動的高演化環境后，存在于結晶礦物間隙的高演化熔漿發生逃逸(可能攜帶了少量的早期結晶礦物)并快速結晶(細晶巖為主，缺乏自交代現象)，形成了這些具有典型高演化特征的花崗巖。

3.2 告烏淡色花崗巖的流動結晶分異作用

3.2.1 告烏淡色花崗巖的巖石成因

告烏淡色花崗巖是典型的電氣石白云母花崗巖，缺乏黑云母，具有接近花崗巖最低共熔點的組分。從整個喜馬拉雅帶來看，電氣石白云母花崗巖普遍具有低于二云母花崗巖的MgO+FeO+TiO2、CaO、LREE含量和更低的巖漿溫度。有許多學者認為電氣石白云母花崗巖是相對于二云母花崗巖熔融更低程度的巖漿(Inger and Harris, 1993; Douce and Harris, 1998; Visonà and Lombardo, 2002)，而Scailletetal. (1990)通過對Gangotri巖體的研究指出兩者之間礦物巖石化學成分的差異是不同程度結晶分異的結果。本文研究認為，告烏電氣石白云母花崗巖不是直接來自源區的原始熔體，而是經歷了較高程度結晶分異的高演化巖漿，主要包括以下幾方面證據：(1)它具有高的FeO/MgO、(K2O+Na2O)/CaO和10000×Ga/Al比值和明顯偏低的Zr+Nb+Ce+Y值，這些成分特征符合巖漿高度結晶分異的趨勢。隨著巖漿結晶分異作用的進行，主要由造巖礦物控制的FeO/MgO、(K2O+Na2O)/CaO、10000×Ga/Al的比值會逐漸增高，而受各種副礦物控制的Zr+Nb+Ce+Y會顯著降低(副礦物的分離結晶作用)；(2)全巖ΣREE含量較低，輕重稀土比值較小，明顯的Eu負異常，指示了富稀土元素的獨居石、磷釔礦、鋯石以及長石類礦物的分離作用；(3)雙胞胎元素比值(Zr/Hf、Nb/Ta、Y/Ho、K/Rb)明顯偏離CHARAC區域，稀土元素配分型式表現出明顯的四分組效應特征，表現出經歷過流體-熔體相互作用的高演化花崗巖漿體系的特征。

雖然告烏白云母花崗巖在全巖化學成分上表現出高分異花崗巖的特征，但是諸多礦物和巖石化學指標顯示其巖漿演化程度仍低于然巴石榴石白云母花崗巖，主要表現在(1)告烏電氣石白云母花崗巖中的斜長石具有相對更高的An牌號；(2)白云母具有相對更高的Mg、Fe含量；(3)電氣石具有更高的Mg含量和Mg/Fe比值；(4)全巖具有相對更高的MgO、FeO、TiO2、CaO、REE含量(1個樣品除外)和更高結晶溫度。告烏電氣石白云母花崗巖不同于然巴石榴石白云母花崗巖的另一個重要特點是，告烏電氣石白云母花崗巖中廣泛發育有亞固相的出溶和交代反應結構，表明巖石中礦物結晶于巖漿演化的不同階段，即它應該經歷了由正常的巖漿狀態向巖漿-熱液共存狀態的轉變(類似然巴二云母花崗巖)。另外，告烏花崗巖中獨居石表現出平滑的稀土配分曲線，進一步支持告烏白云母花崗巖中的許多早期結晶礦物應是形成于正常的巖漿環境。

3.2.2 告烏淡色花崗巖的結晶分異機制

告烏早中新世(～23Ma)電氣石白云母花崗巖以較大規模的巖席形式侵位，礦物組成和化學成分均勻，一系列的巖相學、礦物學和地球化學指標顯示其屬于高分異類型花崗巖。值得注意的是，系統的野外追蹤調查沒有發現與其相伴生的二云母花崗巖等演化程度較低的巖石類型出露，這意味著它的堆晶相或與其共生的演化程度較低的巖石可能被遺留在了巖體的深部位置。

Beaetal. (1994)對西班牙中部Gredos地區的海西期淡色花崗巖研究發現，以大規模的厚層巖席形式產出的Pedrobernardo巖體(出露面積約45km2，垂向厚約900m)表現出明顯的垂向分帶特征，巖性變化的基本規律為：最下部為富黑云母的二云母花崗巖帶(厚約500m，黑云母/白云母>1，富含鉀長石斑晶)，中部為少黑云母的二云母花崗巖帶(厚約300～350m，黑云母/白云母<1，缺乏鉀長石斑晶)，頂部為白云母花崗巖帶并伴有細晶巖和偉晶巖(厚約50m，幾乎不含黑云母)。巖相學、礦物學和地球化學特征表明，不同巖性帶之間在礦物組合與化學成分上的差異是結晶分異的結果，上部巖性帶相對下部巖性帶具有明顯更高的巖漿演化程度。通過綜合分析，Beaetal. (1994)指出Pedrobbernardo巖席的結晶分異過程主要發生在巖漿就位后的冷凝固結過程中，當巖漿的結晶度達到臨界值而停止對流后，早期晶出礦物在自重影響下向下沉淀(堆晶相)，殘余熔體因具有比重輕、活動性強的特點而向上聚集，最終形成了巖體的垂向分帶特征(早期結晶礦物主要堆積在下部帶，向中部帶逐漸減少，幾乎不出現在上部帶中)，該結晶分異過程也屬于原體結晶分異模型。在我國華南地區的諸多富鋰氟稀有金屬花崗巖體也多表現出類似的垂直分帶特征(朱金初等, 2002)，同樣被認為是巖漿就位后在靜態的巖漿房中原地結晶分異的結果(陳晨等, 2018)。類似地，具有高演化特征的告烏電氣石白云母花崗巖有可能是某一具有垂直分帶特征的巨厚巖席的上部巖性帶，而富含早期結晶礦物的堆晶相巖性帶完全隱藏在未出露的巖席底帶，根據Pedrobbernardo巖體的分帶情況推斷，堆晶相巖性帶的規模應大于地表所出露的具有高演化特點的告烏電氣石白云母花崗巖。受野外實際條件限制，我們難以了解告烏花崗巖席的深部情況，給檢驗該結晶分異模型對于告烏巖體的適用性帶來許多困難。盡管如此，我們通過綜合調研發現，在高喜馬拉雅地區并不十分發育具有垂直分帶的巖席或巖床。Scailletetal. (1995)對Garhwal地區以小規模巖蓋形式(推斷由同一脈沖期次的巖漿形成)產出的Gangotri花崗巖觀察發現，該巖蓋主體為電氣石白云母花崗巖，只是在與圍巖接觸的邊部區域存在少量的黑云母(二云母)花崗巖。在珠峰西側的絨布克等地區也存在諸多以電氣石花崗巖為主的巖席(Wager, 1965)。另外，雖然在高喜馬拉雅地區存在許多電氣石白云母花崗巖與二云母(黑云母)花崗巖相伴生的大規模巖床(Harrisonetal., 1999)，但根據已有資料顯示，它們常常形成于不同期次的巖漿事件，如希夏邦馬巖體中的黑云母(二云母)花崗巖和電氣石白云母花崗巖分別形成于～20Ma和～17Ma(Searleetal., 1997)。這些現象表明，高喜馬拉雅淡色花崗巖的同脈沖期次巖席內缺乏垂直分帶特點，意味著原地結晶分異機制可能并不是告烏及其他較大規模的高喜馬拉雅白云母花崗巖形成的主要方式。

巖漿在侵位過程中，如果以“晶粥”的形式發生流動，受流變學特點，結晶礦物可能與熔體產生相對位移，從而造成巖漿不同部分之間的成分變化，該過程被稱為流動分異作用(Bhattacharji and Smith, 1964; Philpottsetal., 1996; Petford, 2003)。流動分異在鎂鐵質巖漿的結晶分異研究中得到了充分重視(Bhattacharji, 1967; McBirney and Nicolas, 1997; Philpottsetal., 1998)，而花崗質巖漿因具有高粘度特征能否因為流動而發生分異一直存在較大爭議(Glazner, 2014; Russell, 2014)。Tartèse and Boulvais (2010)通過對法國西部海西期淡色花崗巖研究發現，對于相同來源的巖漿，淺就位者比深就位者具有更高的巖漿演化程度，進而提出花崗巖漿向上運移的流動過程是其發生結晶分異作用的重要途徑。近年來諸多研究表明，巖漿在從深部源區上升至淺部的侵位過程中，常常是首先以巖墻或巖脈的形式上侵，當巖漿到達某一具有強度差異的地層界面時，才開始橫向擴展形成巖蓋巖床等形態的巖體(馬昌前和李艷青, 2017及其中參考文獻)?？梢酝茢?，在巖漿上侵過程中，受礦物自重和巖漿流變學特點的共同影響，結晶礦物會不斷從巖漿中分離出，從而導致垂直上升距離越遠的巖漿會具有越高的演化程度。Yamatoetal. (2012)在考慮了巖漿粘度、巖漿流速、礦物與熔體密度差等多種約束條件的情況下對這一理論模型進行了數值模擬。該研究結果證實，對于典型的花崗質巖漿(粘度為104Pa·s，結晶礦物和熔體的密度分別為2700kg/m3和2400kg/m3)，在以巖墻或巖脈形式上侵過程中，高演化熔體能夠有效的從晶體格子中擠出并相對快速上升，該分異機制主要受控于巖漿所承受的壓力梯度。觀察資料顯示，高喜馬拉雅淡色花崗巖具有明顯的異地侵位特征，大部分巖體侵入高喜馬拉雅結晶巖系上部的矽線石相變質帶。通過對圍巖的變質壓力估算，推測巖體的就位深度約為10～20km(Guillotetal., 1995)。已有研究指出，淡色花崗巖漿應該來自構造位置更深的高喜馬拉雅結晶巖系的藍晶石相變區域，源區深度>30～40km(鄧晉福等, 1994; Harris and Massey, 1994)。據此可以推測，高喜馬拉雅淡色花崗巖巖漿在形成后向上垂直運移異距離可能達到了10～20km以上，為流動分異作用的發生提供了有利條件。據Visonà and Lombardo (2002)報道，在Ama Drime地區所出露的高喜馬拉雅結晶巖系的中部和底部層位中發育許多富含黑云母的二云母花崗巖墻和巖脈(如Phung Chu、Kharta和Kama)，它們極有可能是高侵位巖席的補漿巖墻(feed sills)。綜合以上信息，我們推測，以告烏電氣石白云母花崗所代表的許多具有高演化特點的高喜馬拉雅淡色花崗巖體可能主要受控于流動分異機制，巖漿在通過巖墻/巖脈向上的運移過程發生了顯著的結晶分異作用。

通過以上討論，我們初步認為告烏白云母花崗巖的高分異特點可能與其侵位過程有關系，來自深源的巖漿在向上運移過程中經歷了顯著的結晶分異作用。但是，不可回避的一個問題是，在相近的構造層位中還就位著分異程度較低的二云母花崗巖(即告烏巖體中的稍晚期次的～20Ma和～17Ma二云母花崗巖)。這暗示著，告烏電氣石白云母花崗巖與同就位深度的二云母花崗巖可能是來自不同深度的巖漿(告烏白云母花崗巖來源相對更深)，或者告烏電氣石白云母花崗巖的結晶分異過程還受到其它分異機制的影響。本次工作未能對告烏巖體中不同類型(不同期次)淡色花崗巖的來源深度進行有效限定。Visonà and Lombardo (2002)曾通過對珠峰和馬卡魯地區淡色花崗巖的工作指出，電氣石白云母花崗巖的來源深度相對二云母花崗巖更大，但他們的研究工作未考慮結晶分異過程對巖漿成分的影響，直接將電氣石白云母花崗巖與二云母花崗巖視為原始巖漿成分。然而，他們的工作也顯示，在電氣石白云母花崗巖中常有高壓變質礦物藍晶石，但在二云母花崗巖中卻從未發現有藍晶石(只發現低壓變質礦物紅柱石)，暗示著電氣石白云母花崗巖漿的來源深度可能更大。另外，值得注意的是，告烏電氣石白云母花崗巖侵入STDS的韌性剪切帶中，并表現出亞固相變形特點，具有同構造侵位的特征。已有研究指出，變形作用會驅動壓濾效應的發生，促進礦物-液體的有效分離進而導致巖漿成分分異(Moyenetal., 2003; Beaetal., 2005)。因而，告烏白云母花崗巖在巖漿侵位過程中也可能因受到與STDS相關的韌性剪切影響，進一步促使巖漿發生了較高程度的結晶分異作用。

3.3 喜馬拉雅淡色花崗巖的兩種結晶分異機制

本文研究表明，特提斯喜馬拉雅帶中的然巴淡色花崗巖和高喜馬拉雅帶中的告烏淡色花崗巖在形成過程均經歷了顯著的結晶分異作用。然巴巖體中兩種類型淡色(二云母花崗巖與石榴石白云母花崗巖)之間的分異演化應是通過晶粥體的原地結晶分異模式完成的，而告烏電氣石白云母花崗巖的形成主要受控于流動分異作用，且受到變形作用的影響。然巴和告烏兩個巖體的成巖過程體現了喜馬拉雅淡色花崗巖的兩種不同結晶分異機制。

雖然我們無法確定然巴和告烏巖體的原始巖漿成分是否一致，但系統的礦物巖石地球化學指標表明，然巴二云母花崗巖具有明顯最低的巖漿演化程度，然巴石榴石白云母花崗巖和告烏電氣石白云母花崗巖均表現出高演化巖漿的特征并富含稀有金屬礦物，其中然巴石榴石白云母花崗巖的演化程度明顯更高。結合前文中有關兩個巖體結晶分異過程的討論，這些巖石在巖漿演化程度上的差異應主要受控于它們所經歷的結晶分異過程。形成于原地結晶分異過程的然巴石榴石白云母花崗巖代表了從晶粥體中逃逸出的近乎純粹的高演化熔漿，具有非常典型的高分異巖漿特征；形成于流動分異過程的告烏電氣石白云母花崗巖經歷了從典型巖漿狀態逐漸轉變至流體出溶的高演化狀態，最后固結的巖石在整體上表現出適度高演化特征。這兩種不同類型的高演化巖石在巖漿組分上的差別體現了兩種不同結晶分異機制在分異效應上的差異。

喜馬拉雅淡色花崗巖主要包括二云母花崗巖、電氣石白云母花崗巖和石榴石白云母花崗巖三種類型。從整個喜馬拉雅地區來看，這三種不同類型的淡色花崗巖在區域分布和野外伴生關系上表現出明顯的規律性(張宏飛等, 2005)。二云母花崗巖在特提斯喜馬拉雅帶和高喜馬拉雅帶中均有廣泛分布，構成諸多巖體的主要部分；電氣石白云母花崗巖相對少見，多分布于高喜馬拉雅帶，特別是以獨立巖體形式出現的電氣石白云母花崗巖只局限于高喜馬拉雅帶；石榴石白云母花崗巖規模最小，往往作為二云母花崗巖的伴生相出現，以規模不等的脈體形式侵入花崗巖主體周邊的圍巖或賦存于花崗巖主體之中。與本文分析結果類似，已有數據資料表明這三種不同類型的淡色花崗巖表現出不同的巖漿演化程度(吳福元等, 2015)：二云母花崗巖的巖漿演化程度相對最低，電氣石白云母花崗巖和石榴石白云母花崗巖均表現出高演化巖漿的特征，石榴石白云母花崗巖的演化程度明顯更高。上述野外地質和巖石化學特點表明，喜馬拉雅帶中諸多二云母花崗巖和與其相伴生的石榴石白云母花崗巖的成巖關系很可能與然巴巖體相似，是巖漿侵位后發生原地結晶分異作用的結果；而分布于高喜馬拉雅帶的許多獨立的電氣石白云母花崗巖巖體可能與告烏巖體類似，因巖漿在侵位過程中經歷了較遠距離的運移(并可能受到了STDS韌性剪切變形作用的影響)，發生了顯著的流動分異作用。綜上，喜馬拉雅淡色花崗巖不同類型巖石的形成可能與它們所經歷的結晶分異過程有關。二云母花崗巖代表了分異程度最低的喜馬拉雅淡色花崗巖，具有典型高分異特征的石榴石白云母花崗巖常常是原地結晶分異作用的產物，以獨立巖體形式出現的電氣石白云母花崗巖可能多與顯著的流動分異作用有關。

以上論述表明，喜馬拉雅淡色花崗巖的結晶分異作用具有普遍性，并且包括原地結晶分異和流動分異兩種主要類型。需要指出的是，這兩種不同的結晶分異機制并不是對立的，大部分的喜馬拉雅淡色花崗巖應是流動結晶分異和原地結晶分異兩種機制共同作用的產物。巖漿在侵位過程中，因流動距離和構造環境的約束，會發生不同程度的流動分異作用，巖漿在就位后再一步發生原地結晶分異作用。例如，以巖株形式侵位的然巴淡色花崗巖在巖漿侵位過程中可能也發生了一定的流動結晶分異作用；發生顯著流動分異作用的告烏白云母花崗巖在就位后同樣發生了原地結晶分異作用，形成了廣泛發育于巖體周邊的細晶巖-偉晶巖脈。

4 結論

通過對喜馬拉雅帶中不同地區典型淡色花崗巖的分析和研究，我們就喜馬拉雅淡色花崗巖的結晶分異機制得出以下幾點認識：

(1)喜馬拉雅淡色花崗巖的結晶分異過程包括原地結晶分異和侵位運移過程中流動分異兩種機制；

(2)演化程度最高的淡色花崗巖(石榴石白云母花崗巖、鈉長花崗巖、偉晶巖、細晶巖等)常常與原地結晶分異作用有關，而高喜馬拉雅地區出露的較大規模的電氣石白云母花崗巖多與流動分異有關；

(3)大部分的喜馬拉雅淡色花崗巖應是流動結晶分異和原地結晶分異兩種結晶分異機制共同作用的產物。

致謝衷心感謝兩位評審人對本文的仔細評審，他們所提出的諸多建設性意見和深入的見解使本文的質量得到了很大的提高，并對我們未來的工作具有重要的指示意義。