石英眼记录的岩浆混合过程：地球化学和热环境变化

Mafic microgranitoid enclave (MME) in granitic plutons contains important information associated with magma mixing. Present common approaches widely applied to the MME studies are capable of sorting out the end-member components, but are difficult to unravel geochemical kinetics of mixing process. Quartz eyes in MME carry critical information with regard to the geochemical and kinetic conditions of interaction between felsic and mafic magmas, so they are important mineral probes to constrain key kinetic parameters (e.g. time-scale and geochemical nature) of magma mixing. Combined with previous studies, this project will focus on distinctive MME from four granitic plutons with great contrast in the timing of formation and the geochemical characteristics in southern Hunan–northern Guangxi. Based on element and isotope data for these MMEs and their host rocks, we will use analytical techniques with high resolution and low detection limit to determine Ti contents of cathodoluminescence rings of quartz eyes as well as chemical compositions of sub-micron solid inclusions within such quartz eyes. By applying TitaniQ thermometer and Ti diffusion theory in quartz, we will use these data to explore the magnitude and rate of changes in temperature and geochemical components during mixing process. Ultimately, data and results yielded from this project will provide new insights for us in the geochemical kinetics of geochemical migration and thermal diffusion. Insights achieved from this project will improve our understanding of dynamic details on the magma mixing process.

花岗岩体中的镁铁质微粒花岗岩类包体（简称暗色微粒包体）蕴涵着岩浆混合作用的重要信息。现有对暗色微粒包体的研究方法虽然能有效判断岩浆混合作用和区分原始端元组分，但是难以解译混合过程的地球化学动力学问题。暗色微粒包体中的石英眼是长英质岩浆中结晶的石英被镁铁质岩浆捕获且熔蚀的眼球状斑晶，是能够反演岩浆混合作用时间尺度和地球化学效应的矿物探针。结合前人对湘南-桂北地区暗色微粒包体中石英眼的观察结果，本项目拟选择不同时代花岗岩体各具特色的暗色微粒包体中的石英眼为研究对象，应用高分辨率和低检出限分析技术，定量分析石英眼环带的Ti元素含量和石英眼中亚微米级固态包裹体的物质组成，且应用TitaniQ温度计和Ti在石英中的扩散理论，确定温度变化速率、岩浆相互作用时间尺度及其关键元素变化过程。本项目将从一个新的视角来探索岩浆混合作用过程中物质迁移和热传递的地球化学动力学信息，拓展对岩浆混合作用动态过程的认识。

对花岗岩体中的暗色包体进行系统研究可以揭示不同性质岩浆发生混合作用的深部过程。本项目对南岭中段湘南–桂北地区含有大量暗色包体的4个不同时代、不同岩性花岗岩体进行了解剖，主要取得以下研究成果：（1）印支‒燕山期锡田复式岩体在地表出露近乎于水平剖面，是反演岩浆分异和钨锡成矿过程的绝佳天然实验室。锆石U-Pb定年结果表明，多斑晶花岗岩为印支期（226Ma）而少斑晶花岗岩为燕山期（152Ma）的产物。全岩Sr‒Nd和锆石Hf‒O同位素表明印支期花岗岩来源于更偏富集的地壳源区（εNd(t)值为−10.4 ~ −9.2，εHf(t)值为−10.7 ~ −4.6），燕山期花岗岩来源于更偏亏损的地壳源区（εNd(t)值为−8.6 ~ −7.7，εHf(t)值为−9.2 to −3.3）。我们认为两个时代岩浆房内的分异过程是一致的，无斑晶花岗岩是晶体‒液体分离达到最高程度的产物，源区差异性是导致两期成矿规模差异性的最关键因素。（2）对锡田燕山期花岗岩中一个含有更深色包体的暗色包体进行了研究，发现更深色暗色包体、浅色暗色包体和寄主花岗岩中的锆石发育三种结构：未蚀变锆石、热液蚀变锆石和二次蚀变锆石。其中未蚀变锆石的ZrO2含量保持在61‒66 wt.%，蚀变锆石和二次蚀变锆石的ZrO2含量降低至45 wt.%，且随蚀变程度逐渐加深，SiO2含量降低，U、Th、CaO含量增加。结合锆石U-Pb定年结果，我们认为这一特殊现象的形成过程为：更加深色的暗色包体代表了印支期已经冷却且含钨锡矿的高分异岩浆，相对浅色的暗色包体代表了与燕山期寄主花岗岩同期的更偏基性的岩浆。（3）暗色包体通常被认为是基性与酸性岩浆混合的产物，而且认为参与混合的基性岩浆同位素组成相较酸性岩浆更加亏损。然而，通过对金鸡岭岩体暗色包体及其寄主岩的研究，以及对全球范围内暗色包体及其寄主岩同位素数据的总结，发现事实并非全都如此。我们认为暗色包体并不总是前人认为的基性岩浆注入酸性岩浆房中淬冷的产物，有很大一部分暗色包体也是酸性岩浆，其同位素相较其寄主岩浆更加富集。相较于岩浆房中已有的温度更低的岩浆，晚期注入岩浆的温度更高且粘度更低，因此能够发生淬冷作用。