中性侵入岩的成因是个争议强烈的岩石学问题。中性侵入体既不具有基性岩的高密度也不具有酸性岩的高黏度，因此堆晶结构和过程很难识别。虽然在一些辉长岩和高硅花岗岩的研究实例中已经识别出侵入岩的堆晶成因，但是熔体抽取的效率不高导致部分熔体仍困在堆晶之中，掩盖了晶体堆积的证据。针对上述问题，中国科学院广州地球化学研究所研究人员对华北克拉通南缘中元古代的闪长岩和二长岩开展了野外地质考察，岩石学、年代学、地球化学分析，以及alphaMELTS模拟，揭示了中性侵入岩堆晶成因的具体过程。研究发现：1、木植街闪长岩、付店闪长岩和二长岩侵位时代为1780 ± 10 Ma，且由相同的全岩Nd同位素和锆石Hf同位素组成，表明其为同源岩浆。2、闪长岩和二长岩中的斜长石具有不同的矿物结构，可以分为三种，分别形成于熔体抽取之前和之后，单斜辉石和角闪石也与全岩不平衡（图1）。3、全岩Zr和P2O5的alphaMELTS模拟显示，在闪长岩和二长岩的SiO2含量下岩浆中不可能结晶出锆石和磷灰石，因此不能代表液相线（liquid line of descent，LLD），支持闪长岩和二长岩堆晶成因（图2）。4、锆石Eu含量和温度存在协变关系，指示抽离温度分别是760℃和820℃，并且质量平衡计算出受困熔体的比例是10-40 wt%（图3）。5、热力学模拟结果发现，岩浆中高水含量降低了岩浆粘度，增加了造岩矿物的沉降与压实速率，从而促进晶体-熔体分离（图4）。研究工作表明中性侵入岩的堆晶成因是大陆地壳生长和多样化的重要原因之一，浅部岩浆房中的高水含量可能是促进晶体-熔体分离的重要控制因素。相关成果发表在《地球物理快报》（Geophysical Research Letters）上。研究工作得到国家重点研发计划的资助。论文链接 图1 闪长岩与二长岩的矿物结构与化学成分指示晶体堆积 图2 全岩化学成分和alphaMELTS模拟指示闪长岩和二长岩的堆晶成因 图3 锆石指示熔体抽取的温度和受困熔体的比例 图4 热力学模拟水和温度在晶体-熔体分离中的作用