喜马拉雅淡色花岗岩结晶分异机制概述*

刘志超 吴福元 刘小驰 王建刚

1. 中山大学地球科学与工程学院，南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)和广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室，广州 5102752. 中国科学院地质与地球物理研究所，岩石圈演化国家重点实验室，北京 1000291.

在青藏高原南部，沿喜马拉雅山脉展布有绵延超2000km的新生代淡色花岗岩，它们是印度和欧亚大陆碰撞造山过程形成的最具特色的岩浆活动，在造山带演化和高原隆升的相关研究中历来受到高度关注(Debonetal., 1986; Le Fort, 1988; Harrisonetal., 1997; Zhangetal., 2004; Searleetal., 2009)。同时，喜马拉雅淡色花岗岩也是世界上最著名的、出露规模最大的高硅过铝质花岗岩，以暗色矿物含量低(通常少于5%)和广泛出现过铝质矿物(白云母)为主要特征，在成分上接近花岗质最低共熔点组分，特殊的岩石学特征和地球化学组成使其在岩石学研究中一直占有重要位置(Le Fortetal., 1987; Harris and Massey, 1994; Guillot and Le Fort, 1995)。

图1 喜马拉雅淡色花岗岩分布示意图(据潘桂棠等, 2004简化) STDS-藏南拆离系；IYSZ-印度河雅鲁藏布江缝合带; MCT-主中央逆冲断层；MBT-主边界逆冲断层；MFT-主前缘逆冲断层；KT--Kakhtang逆冲断层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

喜马拉雅淡色花岗岩的岩石成因是学术界长期关注的热点问题。传统观点一直认为，喜马拉雅淡色花岗岩特殊的岩石地球化学特点是地壳岩石低程度部分熔融的结果(Harris and Inger, 1992; Douce and Harris, 1998)。但是， 近年来不断有研究指出，结晶分异作用在喜马拉雅淡色花岗岩的形成过程中发挥了重要作用，是导致这类岩石矿物和化学组成具有特殊性的更重要原因(吴福元等, 2015; Zengetal., 2014; Wuetal., 2020)，主要的证据包括：在淡色花岗岩岩体周边广泛出现与其伴生的伟晶岩、细晶岩、钠长花岗岩这些代表高度分异的花岗岩浆的标志岩石(Scailletetal., 1995; Searle, 1999; Weinberg and Searle, 1999; 王汝成等, 2017; 曾令森和高利娥, 2017)；证实不同类型花岗岩(二云母花岗岩与电气石白云母花岗岩；二云母花岗岩与石榴石白云母花岗岩)之间的矿物组成和化学成分差异应是岩浆不同程度结晶分异的结果(Scailletetal., 1990; Liuetal., 2014, 2019)；全岩微量元素上经常表现出高分异花岗岩常具有的偏离CHARAC区(CHArge-and-Radius-Controlled，等价元素对的比值受离子电价和半径控制)和稀土元素四分组特征(Liuetal., 2014, 2016)；经常出现高Hf含量的锆石、富Mn的岩浆成因石榴石以及富稀有金属成分的绿柱石、铌铁矿、钽铁矿等这些高演化岩浆的典型标志性矿物(Liuetal., 2014, 2016, 2019; 王汝成等, 2017)。另外，近期在喜马拉雅造山带东部错那洞地区发现与淡色花岗岩岩浆-热液系统有关的超大型稀有金属矿床(李光明等, 2017)，指示喜马拉雅淡色花岗岩应是具有高度岩浆演化特征的稀有金属成矿花岗岩。然而，目前我们对喜马拉雅淡色花岗岩的结晶分异机理和过程缺乏深入的了解，严重阻碍了我们对喜马拉雅淡色花岗岩成岩机制的重新认识，并制约了我们对喜马拉雅淡色花岗岩稀有金属成矿效应的有效评估。

图2 然巴岩体地质简图和岩石野外特征 (a)然巴穹窿地质简图(底图为谷歌卫星图)；(b、c)然巴主体二云母花岗岩的野外产状和岩石特征；(d)以脉体形式侵入然巴岩体边部围岩中石榴石白云母花岗岩；(e)主体边部的含石榴石电气石伟晶岩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

图3 然巴淡色花岗岩显微照片 (a-d)二云母花岗岩；(e、f)石榴石白云母花岗岩. Pl-斜长石；Kfs-钾长石；Bt-黑云母；Mus-白云母；Q-石英；Fl-萤石；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

喜马拉雅淡色花岗岩总体上呈东西向带状沿喜马拉雅山脉分布(图1)，根据它们出露的构造位置不同，可以进一步划分为北侧的特提斯喜马拉雅淡色花岗岩带和南侧的高喜马拉雅淡色花岗岩带(Le Fort, 1986; Harrisonetal., 1997; Zhangetal., 2004)。两条淡色花岗岩带在岩石组成上存在明显差异：特提斯喜马拉雅带中的岩体多以二云母花岗岩为主，常伴随少量的石榴石白云母花岗岩，少量岩体中出现电气石白云母花岗岩；高喜马拉雅带中岩体由二云母花岗岩或电气石白云母花岗岩构成，这两种岩相的规模大体相当，而石榴石白云母花岗岩只以伴生相出现在各岩体中，不能构成独立岩体(张宏飞等, 2005)。近期Liuetal. (2014, 2019)通过对特提斯喜马拉雅然巴淡色花岗岩的研究指出，岩浆就位后发生的原地结晶分异作用是喜马拉雅淡色花岗岩发生成分变化和形成不同岩石类型的重要方式之一。为了更为全面的认识和理解喜马拉雅淡色花岗岩的结晶分异机制，本文在然巴淡色花岗岩的相关研究工作基础上，进一步选择高喜马拉雅带中颇具代表性的的告乌淡色花岗岩开展系统研究，通过对比上述两个岩体的分异特征，就喜马拉雅淡色花岗岩的结晶分异过程和分异效应进行全面探讨。

图4 亚东地区地质简图(据中国地质大学, 2005(1)中国地质大学.2005. 1:25万亚东幅地质图(未发表)修改)

1 野外产状及岩相学特征

1.1 然巴淡色花岗岩

然巴淡色花岗岩(又称曲珍岩体)以岩株形式侵入特提斯喜马拉雅构造单元东部的然巴穹窿核部(图2a; 廖忠礼等, 2006; 郭磊等, 2008)。U-(Th)-Pb年代学研究表明该岩株的侵位时代约为8Ma(Liuetal., 2014)。

二云母花岗岩构成了然巴岩体的主要部分(图2b)，无变形，中粒花岗结构为主，主体为块状构造(图2c)。主要矿物组成为斜长石、碱性长石、石英、白云母和黑云母。斜长石自形-半自形，发育聚片双晶和卡钠复合双晶，大部分斜长石具有蚀变核部(发生绢云母化和白云母化，部分蚀变的斜长石核部可见萤石)和干净边(图3a, b)，常见与钾长石相邻的斜长石边部发育有蠕虫结构，部分晶体包裹早期结晶的黑云母。碱性长石通常为他形单晶，常呈包含嵌晶结构，包裹斜长石、石英等，偶见条纹结构，出溶的钠长石条纹出溶十分细小(图3c)。偶见他形的碱性长石包裹蠕英石。石英以他形粒状为主，边部常见熔蚀交代和蚕食现象，也有粒状石英被包裹于其它矿物中。白云母以原生白云母为主，自形-半自形片状，可见包裹黑云母、斜长石等矿物；少量次生白云母，晶体较小，可见与其它矿物的接触反应关系(黑云母边部或斜长石核部)。黑云母呈棕色自形-半自形片状，具有多色性，少量绿泥石化。副矿物主要有锆石、磷灰石、独居石、磷钇矿，偶见萤石(图3d)。该二云母花岗岩中没有发生明显的稀有金属矿化。

图5 告乌淡色花岗岩野外和岩石特征 Tur-电气石Fig.5 Field occurrence and petrological features of the Gaowu leucogranites Tur-tourmaline

然巴岩体中还存在少量的白云母花岗岩，主要以脉体形式侵入岩体四周的围岩中(图2d)，也常出现在岩体的边缘部分，或以囊状体、微小脉体形式出现在岩体内部，在矿物组成上以普遍出现石榴石为特征(图2e)。然巴白云母花岗岩整体以细粒花岗结构为主， 部分为伟晶结构， 局部发育似斑状结构(中粒的斜长石、石英、碱性长石和白云母为斑晶，微晶-细晶的斜长石和石英为基质主要成分)。斜长石普遍具有较好的晶形，发育聚片双晶及卡纳双晶，大多表面洁净。碱性长石多为半自形-他形，常富含矿物包裹体(图3e)，偶见与石英共结形成的显微文象结构。石英他形粒状，偶见裂纹，在局部具有似斑状结构部分常以斑晶形式出现并在晶体边缘有熔蚀交代现象。白云母多为鳞片状聚集体，大多为原生白云母。偶尔有黑云母出现，颗粒细小，常与白云母伴生。石榴石呈淡红色，多数自形程度较好，但常见裂理，可见与其它矿物呈平衡三联点的接触关系(图3f)。电气石常常出现在岩体内部、与二云母花岗岩呈渐变过渡关系的白云母花岗岩中，呈浅褐黄色，半自形-他形，出现在矿物晶隙间，多呈破裂状，晶体周边有被交代蚕食现象，内部可见包裹斜长石等其它矿物小晶。副矿物主要有磷灰石、锆石、独居石，并常常出现稀有金属矿物如绿柱石、铌铁矿-钽铁矿、烧绿石-细晶石、锡石等(王汝成等, 2017)。

1.2 告乌淡色花岗岩

告乌淡色花岗岩出露于高喜马拉雅带东部的亚东地区，藏南拆离系(South Teibetan Detachment System, STDS)与近南北向的亚东-谷露裂谷的交接部位。岩体出露面积近200km2，可以解构为北北东、北北西、和北西三个分支岩体(图4)。系统的U-(Th)-Pb年代学工作表明，三个分支岩体的主体形成时代分别是～23Ma、ca.20～18Ma和ca.17～16Ma(Liuetal., 2017)。其中，～23Ma的北北东向延伸的岩体主体为白云母花岗岩，岩性均匀并以富含电气石为主要特征，以岩床的形式侵位于STDS韧性剪切带的上部及其上盘的特提斯喜马拉雅沉积岩系中，整体无变形，部分表现出弱定性特征，应为同构造侵位或构造活动末期侵位岩浆。Ca.20～18Ma的北北西向延伸岩体和ca.17～16Ma北西向延伸岩体主体均为二云母花岗岩，侵入STDS韧性剪切带及其下盘的高喜马拉雅沉积岩系。根据野外观察，这两个期次的淡色花岗岩切穿STDS主要变形，岩浆侵位应发生在STDS韧性剪切活动停止后。

为探讨高喜马拉雅带中颇具特点的、以独立岩体形式侵位的白云母花岗岩的成因机制，本文重点考察告乌～23Ma白云母花岗岩，下文中出现的告乌白云母花岗岩均特指该期次岩石(图5a)。告乌白云母花岗岩主要组成矿物为斜长石+碱性长石+石英+白云母+电气石±石榴石，普遍出现电气石(图5b)，属于典型的电气石白云母花岗岩，有少量伴生的钠长花岗岩。告乌电气石白云母花岗岩以中细粒花岗结构为主，普遍发育亚固相的变形和反应结构(图5c)。斜长石自形-半自形板状，常见聚片双晶和卡钠双晶，多有蚀变核部和洁净的边缘，晶体边缘常见交代现象和蠕虫结构，偶见环斑结构(斜长石的核部为残破的条纹长石；图5d)。碱性长石多为较纯的钾长石，多呈他形，可见条纹结构，常见与斜长石之间的交代反应现象(图5e)。石英或以具有熔蚀边的他形晶填充于矿物间隙中，或以圆粒状被包裹在其他矿物晶体中。具有较好晶形的原生白云母的边部常有熔蚀交代现象；次生白云母较多，多以细小的他形晶形式出现在碱性长石、斜长石等矿物的边缘。电气石半自形-他形柱状，浅黄褐色为主。黑云母极少出现，往往绿泥石化。副矿物主要有独居石、磷灰石、锆石。另外，告乌白云母花岗岩中有丰富的稀有金属矿物出现，包括绿柱石、铌铁矿-钽铁矿、烧绿石-细晶石、锡石等(王汝成等, 2017)。

图6 然巴和告乌淡色花岗岩斜长石成分Ab-Or-An图解Fig.6 Compositions of plagioclase on an Ab-Or-An diagram

2 矿物成分和全岩主微量元素特征

本论文的相关测试在中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室完成。矿物的主量元素成分采用日本电子JXA-8100型电子探针完成；微量元素成分利用Coherent生产的193nm ArF准分子激光剥蚀系统和Agilent 7500a型四极杆电感耦合等离子质谱仪完成。全岩主量元素成分采用XRF(SHIMADZU XRF-1500)玻璃熔片法完成；全岩微量元素采用混合酸溶法溶样，利用Agilent 7500a型四极杆电感耦合等离子质谱仪完成测试。然巴淡色花岗岩的相关数据(电气石化学成分除外)大多已发表(Liuetal., 2014, 2019)。

2.1 矿物成分特征

2.1.1 长石

然巴岩体两类淡色花岗岩中斜长石在成分上存在系统差异(Liuetal., 2019; 图6)：二云母花岗岩中的斜长石成分总体更富An组分(An值多数集中于5～14)，部分颗粒相对具有富钙成分的核部(An=15～21)；石榴石白云母花岗岩中斜长石相对富钠(An=1～11)，部分颗粒边部出现钠长石，偶尔出现相对富钙的核部(An值可达15)。相比然巴岩体，告乌白云母花岗岩中的斜长石成分相对较为均匀，An值从3变化到8(表1)。

然巴和告乌淡色花岗岩中的碱性长石均多为富Or端元组分的钾长石。然巴二云母花岗岩和石榴石白云母花岗岩中碱性长石的Or组成为83%～90%和87%～95%(Liuetal., 2019)。告乌电气石白云母花岗岩中的碱性长石具有更高的Or组分(88%～97%)(表2)。

2.1.2 白云母

本文只对原生白云母的成分进行了分析。然巴二云母花岗岩中白云母相对石榴石白云母花岗岩具有更高的Ti、Mg和偏低的Fe、F含量(Liuetal., 2019; 图7)。告乌白云母花岗岩中白云母的成分(表3)总体介于然巴两种类型淡色花岗岩的白云母成分特征之间(图7)。

2.1.3 电气石

然巴和告乌白云母花岗岩中的电气石均为黑电气石系列(表4)，而且较富铁电气石的端元成分(图8)。然巴白云母花岗岩中电气石的MgO和FeO含量分别为1.58%和13.43%，MgO/FeO为0.12。告乌白云母电气石相对具有更高的MgO含量(2.27%～3.51%)和更低的FeO含量(10.30%～12.49%)，MgO/FeO为0.18～0.34。

2.1.4 磷酸盐副矿物

然巴二云母花岗岩中独居石具有平滑的稀土配分曲线(没有表现出四分组效应特征)，Eu负异常明显；石榴石白云母花岗岩中的独居石大多表现出一定的四分组效应，并具有更为强烈的Eu负异常(图9a, b)。来自告乌电气石白云母花岗岩中的独居石的成分比较均一(表5)，总体上表现出与然巴二云母花岗岩相似的稀土元素配分型式，缺乏四分组效应特征(图9a, b)。

表1 告乌淡色花岗岩中斜长石的电子探针成分分析结果(wt%)

表2 告乌淡色花岗岩中碱性长石的电子探针成分分析结果(wt%)

表3 告乌淡色花岗岩中白云母的电子探针成分分析结果(wt%)

表4 然巴和告乌淡色花岗岩中电气石的电子探针成分分析结果 (wt%)

然巴二云母花岗岩中磷灰石的微量元素组成较均一，轻重稀土分异较弱，Eu负异常明显，大多数样品点显示出四分组效应特征；然巴石榴石白云母花岗岩中的磷灰石稀土元素含量变化相对较大，但稀土元素配分形式比较相似，多表现为“海鸥型”配分特征，相对二云母花岗岩具有更加强烈的Eu负异常和四分组效应(图9c, d)。

然巴二云母花岗岩中磷钇矿富集重稀土元素，相对亏损轻稀土元素，表现出强烈的Eu负异常和明显的四分组效应特征(图9e, f)。

2.2 全岩主微量元素特征

2.2.1 主量元素

然巴和告乌淡色花岗岩总体上均属于硅与铝过饱和岩石，具有贫钙、钛、镁、铁的特点，主要化学成分在一个较窄的范围内变化(Liuetal., 2014; 表6)。在哈克图解中(图10)， 然巴两种类型淡色花岗岩的主要氧化物与SiO2表现出

表6 告乌淡色花岗岩全岩主量(wt%)和微量(×10-6)元素成分

一定程度的相关性，石榴石白云母花岗岩相对二云母花岗岩具有更高的SiO2和更低的TiO2、FeOT、MgO、CaO含量。告乌电气石白云母花岗岩的主量元素成分大致落入然巴两种类型淡色花岗岩的成分之间。

2.2.2 微量元素

在微量元素组成上，然巴二云母花岗岩相对石榴石白云母花岗岩具有明显更高的Sr、Ba、Zr、Th含量(Liuetal., 2014; 表6、图10)。在稀土元素配分图中，然巴二云母花岗岩的轻稀土元素较重稀土元素明显富集，配分曲线较为平滑，具有中等程度的Eu负异常；石榴石白云母花岗岩的轻重稀土分异较弱，并大都表现出四分组效应特征(图11)。然巴二云母花岗岩的双胞胎元素比值(Zr/Hf、Nb/Ta、Y/Ho、K/Rb)大多落入CHARAC区，而石榴石白云母花岗岩的双胞胎元素比值显著偏离CHARAC区(图12)。利用全岩Zr和LREE(轻稀土)饱和温度计(Milleretal., 2003; Montel, 1993)估算然巴二云母花岗岩的岩浆结晶温度为TZr=697～743℃、TLREE=777～815℃，石榴石白云母花岗岩的岩浆结晶温度为TZr=565～655℃、TLREE=585～647℃。

告乌电气石白云母花岗岩的微量元素组成总体上落入然巴两种类型淡色花岗岩的成分之间(图10)。在稀土元素配分图上，轻稀土元素较重稀土元素略微富集，具有明显的Eu负异常，表现明显的四分组效应特征(图11)。告乌电气石白云母花岗岩的双胞胎元素比值明显偏离CHARAC区(图12)。利用全岩Zr和稀土饱和温度计估算其岩浆结晶温度为TZr=628～680℃和TLREE=579～721℃。

3 讨论

3.1 然巴淡色花岗岩的原地结晶分异作用

然巴晚中新世淡色花岗岩以岩株形式侵位，按照矿物组合的不同，可以划分为二云母花岗岩和石榴石白云母花岗岩两种类型。Liuetal. (2014, 2019) 通过野外地质、年代学和地球化学研究综合论证指出，这两种类型淡色花岗岩之间是同期次岩浆结晶分异的关系，其中石榴石白云母花岗岩相对二云母花岗岩具有更高的岩浆演化程度，是典型的高分异花岗岩。值得注意的是，在然巴岩体中缺乏典型的堆晶岩，整个岩体也没有呈现出很好的分带性特征，表明从二云母花岗岩演化至石榴石白云母花岗岩过程中没有发生有效的晶体沉淀作用。另外，从二云母花岗岩到石榴石白云母花岗岩在矿物组成(黑云母含量急剧减少并普遍出现石榴石)和全岩化学成分上(TiO2、MgO、FeO、Th和Ba等元素在哈克图解上表现出明显的成分间断)表现出明显的跳跃性变化(图10)，表明它们之间并非是逐渐过渡关系，不是岩浆连续性结晶分异的结果。

图7 然巴和告乌淡色花岗岩白云母中Mg、Fe、Ti、F含量与XFe相关关系特征Fig.7 Variation diagram of Mg, Fe, Ti and F versus XFe for muscovites from the Ramba and Gaowu leucogranites

图8 然巴和告乌淡色花岗岩电气石的镁电气石-黑电气石-锂电气石分类(底图据Henry et al., 2011)和Al-Al50Fe50-Al50Mg50图解(底图据Henry and Guidotti, 1985) 其中各数字区域代表的意义为：1-富Li花岗岩、伟晶岩和细晶岩；2-贫Li花岗岩、伟晶岩和细晶岩；3-热液蚀变花岗岩；4-富Al的变泥质岩和变质砂岩；5-贫Al的变泥质岩和变质砂岩；6-富Fe3+的石英电气石岩、钙质硅酸岩和变泥质岩；7-低Ca的变超镁铁质岩和富Cr、V的变沉积岩；8-变碳酸岩和变辉石岩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

图9 然巴和告乌淡色花岗岩磷酸盐副矿物的球粒陨石标准化微量元素配分图(标准化值据Sun and Mcdonough, 1989)和Eu/Eu*与TE1, 3相关关系图 然巴淡色花岗岩中磷酸盐副矿物微量元素成分数据来自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

图10 然巴和告乌淡色花岗岩全岩主微量元素哈克图解 然巴淡色花岗岩主微量元素成分数据来自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

图11 然巴和告乌淡色花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(标准化值据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)

图12 然巴和告乌淡色花岗岩的Zr/Hf、Nb/Ta、Y/Ho和K/Rb比值以及与TE1, 3相关关系特征 CHARAC范围来自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

花岗质岩浆因具有较高的SiO2含量而具有高粘度，同时由于结晶矿物具有与岩浆类似的密度，因此有学者认为它难以进行晶体-液体分离，进而难以发生有效的结晶分异作用(张旗等, 2007; Clemensetal., 2009; Gualdaetal., 2012)。但是，许多研究发现，在矿物-熔浆没有发生有效分离的情况下，花岗质岩浆也可以通过结晶矿物与残余熔浆之间的成分不平衡而发生成分分异，该过程被称为原地分离结晶(in-situ fractional crystallization; Michael, 1984)。该模型认为静态的岩浆房发生结晶时可能形成一种晶体与熔体共存的“晶粥体”状态，存在于矿物晶隙间的熔体具有相对高演化的化学成分，在适当条件下(岩浆房的结晶度为0.5～0.7时)，少部分的高演化熔体可以发生运移、聚集并抽离出晶粥体，形成具有高分异特征的流纹岩或高硅花岗岩，而剩余的晶粥体(crystal mush，结晶矿物+滞留的高演化熔体)完全固结后形成演化程度稍低的花岗岩(Bachmannetal., 2007; Bachmann and Bergantz, 2004, 2008; Bachmann and Huber, 2016; Deering and Bachmann, 2010; Fiedrichetal., 2017; Hartungetal., 2017; Schaenetal., 2017;pillar and Dolejš, 2015; Vernon and Collins, 2011; 陈晨等, 2018)。抽离出的高演化熔体往往因为缺乏早期结晶的矿物晶体而在矿物组成和化学成分上表现出与残留晶粥体明显的差异。上述晶粥体原地结晶分异模型近年来被广泛用于解释作为巨大深成岩体(岩基)少量组成部分的高硅花岗岩或同期小规模高硅流纹岩的成因(Bachmann and Bergantz, 2004; Lipman and Bachmann, 2015; Lee and Morton, 2015)。Liuetal. (2019) 指出然巴二云母花岗岩与石榴石白云母花岗岩与之间的分异演化应该也是通过晶粥体的原地结晶分异模式完成的。

然巴二云母花岗岩构成岩体的主体部分，矿物化学和岩相学特征表明在其结晶过程中岩浆的结构状态发生了显著变化。首先，然巴二云母花岗岩中磷酸盐副矿物的稀土元素成分表现出系统变化：相对早期结晶的磷酸盐矿物相(独居石)具有平滑的配分曲线，缺乏稀土四分组特征，而相对晚期结晶的磷酸盐矿物相(磷灰石和磷钇矿)逐渐显示出越来越显著的稀土四分组配分形式和Eu的负异常(图9)。这表明在二云母花岗岩结晶的早期阶段，是一般性的花岗质熔体环境，随着岩浆演化和结晶分异作用的进行，开始发生流体出溶以及岩浆-热液的相互作用，导致晚期结晶的矿物出现明显的稀土元素四分组效应(Jahnetal., 2001)。然巴二云母花岗岩的岩相学特征显示其经历过较强的自交代作用，主要包括：斜长石常常具有明显蚀变核部与干净的富钠长石成分的边缘，这常常是早期结晶的富钙斜长石被岩浆期后的富Na残余熔浆流体交代并围绕原有斜长石继续生长的结果；在蚀变的斜长石核部区域偶尔可见萤石，这可能是晚期富F流体交代富Ca斜长石的结果(CaAl2Si2O8+4HF=CaF2+Al2SiO4F2+SiO2+2H2O)；靠近钾长石的斜长石边缘常发育蠕虫结构，指示含Ca的Na质流体对钾长石的交代作用(戎嘉树, 1992)；黑云母和斜长石常发生白云母化作用。这些岩相学特征显示，二云母花岗岩在完全固结前，存在明显的流体活动。可见，二云母花岗岩在结晶过程中经历了两种不同的环境，早期为一般性的花岗质熔体环境，晚期为有流体出溶的高演化环境。结合然巴二云母花岗岩的野外产状特点，我们认为然巴二云母花岗岩代表了然巴岩株的主体岩浆房，在岩浆就位后的结晶过程中经历了从早期正常的岩浆状态到晚期的熔体-流体共存体系的转变，最终表现为一个由早期结晶矿物(岩浆阶段晶出的矿物)和滞留在晶体间的高分异熔体(岩浆-热液过渡阶段晶出的矿物)组成的固结晶粥体。

然巴石榴石白云母花岗岩体积相对较小，多以脉体形式侵入周边围岩，矿物和全岩地球化学特征(矿物和全岩的稀土配分形式表现出明显的四分组效应特征，全岩双胞胎元素Zr/Hf、Y/Ho、Nb/Ta、K/Rb比值明显偏离CHARAC区)表明它是典型的高分异花岗岩，应是直接从经过高度分异演化的残余熔浆中结晶而成的。结合石榴石白云母花岗岩与主体二云母花岗岩的野外产状关系，我们认为这些石榴石白云母花岗岩应是从晶粥体状态的岩浆房(二云母花岗岩)中逃逸出的高演化富流体熔浆，即主体岩浆房演化至有流体活动的高演化环境后，存在于结晶矿物间隙的高演化熔浆发生逃逸(可能携带了少量的早期结晶矿物)并快速结晶(细晶岩为主，缺乏自交代现象)，形成了这些具有典型高演化特征的花岗岩。

3.2 告乌淡色花岗岩的流动结晶分异作用

3.2.1 告乌淡色花岗岩的岩石成因

告乌淡色花岗岩是典型的电气石白云母花岗岩，缺乏黑云母，具有接近花岗岩最低共熔点的组分。从整个喜马拉雅带来看，电气石白云母花岗岩普遍具有低于二云母花岗岩的MgO+FeO+TiO2、CaO、LREE含量和更低的岩浆温度。有许多学者认为电气石白云母花岗岩是相对于二云母花岗岩熔融更低程度的岩浆(Inger and Harris, 1993; Douce and Harris, 1998; Visonà and Lombardo, 2002)，而Scailletetal. (1990)通过对Gangotri岩体的研究指出两者之间矿物岩石化学成分的差异是不同程度结晶分异的结果。本文研究认为，告乌电气石白云母花岗岩不是直接来自源区的原始熔体，而是经历了较高程度结晶分异的高演化岩浆，主要包括以下几方面证据：(1)它具有高的FeO/MgO、(K2O+Na2O)/CaO和10000×Ga/Al比值和明显偏低的Zr+Nb+Ce+Y值，这些成分特征符合岩浆高度结晶分异的趋势。随着岩浆结晶分异作用的进行，主要由造岩矿物控制的FeO/MgO、(K2O+Na2O)/CaO、10000×Ga/Al的比值会逐渐增高，而受各种副矿物控制的Zr+Nb+Ce+Y会显著降低(副矿物的分离结晶作用)；(2)全岩ΣREE含量较低，轻重稀土比值较小，明显的Eu负异常，指示了富稀土元素的独居石、磷钇矿、锆石以及长石类矿物的分离作用；(3)双胞胎元素比值(Zr/Hf、Nb/Ta、Y/Ho、K/Rb)明显偏离CHARAC区域，稀土元素配分型式表现出明显的四分组效应特征，表现出经历过流体-熔体相互作用的高演化花岗岩浆体系的特征。

虽然告乌白云母花岗岩在全岩化学成分上表现出高分异花岗岩的特征，但是诸多矿物和岩石化学指标显示其岩浆演化程度仍低于然巴石榴石白云母花岗岩，主要表现在(1)告乌电气石白云母花岗岩中的斜长石具有相对更高的An牌号；(2)白云母具有相对更高的Mg、Fe含量；(3)电气石具有更高的Mg含量和Mg/Fe比值；(4)全岩具有相对更高的MgO、FeO、TiO2、CaO、REE含量(1个样品除外)和更高结晶温度。告乌电气石白云母花岗岩不同于然巴石榴石白云母花岗岩的另一个重要特点是，告乌电气石白云母花岗岩中广泛发育有亚固相的出溶和交代反应结构，表明岩石中矿物结晶于岩浆演化的不同阶段，即它应该经历了由正常的岩浆状态向岩浆-热液共存状态的转变(类似然巴二云母花岗岩)。另外，告乌花岗岩中独居石表现出平滑的稀土配分曲线，进一步支持告乌白云母花岗岩中的许多早期结晶矿物应是形成于正常的岩浆环境。

3.2.2 告乌淡色花岗岩的结晶分异机制

告乌早中新世(～23Ma)电气石白云母花岗岩以较大规模的岩席形式侵位，矿物组成和化学成分均匀，一系列的岩相学、矿物学和地球化学指标显示其属于高分异类型花岗岩。值得注意的是，系统的野外追踪调查没有发现与其相伴生的二云母花岗岩等演化程度较低的岩石类型出露，这意味着它的堆晶相或与其共生的演化程度较低的岩石可能被遗留在了岩体的深部位置。

Beaetal. (1994)对西班牙中部Gredos地区的海西期淡色花岗岩研究发现，以大规模的厚层岩席形式产出的Pedrobernardo岩体(出露面积约45km2，垂向厚约900m)表现出明显的垂向分带特征，岩性变化的基本规律为：最下部为富黑云母的二云母花岗岩带(厚约500m，黑云母/白云母>1，富含钾长石斑晶)，中部为少黑云母的二云母花岗岩带(厚约300～350m，黑云母/白云母<1，缺乏钾长石斑晶)，顶部为白云母花岗岩带并伴有细晶岩和伟晶岩(厚约50m，几乎不含黑云母)。岩相学、矿物学和地球化学特征表明，不同岩性带之间在矿物组合与化学成分上的差异是结晶分异的结果，上部岩性带相对下部岩性带具有明显更高的岩浆演化程度。通过综合分析，Beaetal. (1994)指出Pedrobbernardo岩席的结晶分异过程主要发生在岩浆就位后的冷凝固结过程中，当岩浆的结晶度达到临界值而停止对流后，早期晶出矿物在自重影响下向下沉淀(堆晶相)，残余熔体因具有比重轻、活动性强的特点而向上聚集，最终形成了岩体的垂向分带特征(早期结晶矿物主要堆积在下部带，向中部带逐渐减少，几乎不出现在上部带中)，该结晶分异过程也属于原体结晶分异模型。在我国华南地区的诸多富锂氟稀有金属花岗岩体也多表现出类似的垂直分带特征(朱金初等, 2002)，同样被认为是岩浆就位后在静态的岩浆房中原地结晶分异的结果(陈晨等, 2018)。类似地，具有高演化特征的告乌电气石白云母花岗岩有可能是某一具有垂直分带特征的巨厚岩席的上部岩性带，而富含早期结晶矿物的堆晶相岩性带完全隐藏在未出露的岩席底带，根据Pedrobbernardo岩体的分带情况推断，堆晶相岩性带的规模应大于地表所出露的具有高演化特点的告乌电气石白云母花岗岩。受野外实际条件限制，我们难以了解告乌花岗岩席的深部情况，给检验该结晶分异模型对于告乌岩体的适用性带来许多困难。尽管如此，我们通过综合调研发现，在高喜马拉雅地区并不十分发育具有垂直分带的岩席或岩床。Scailletetal. (1995)对Garhwal地区以小规模岩盖形式(推断由同一脉冲期次的岩浆形成)产出的Gangotri花岗岩观察发现，该岩盖主体为电气石白云母花岗岩，只是在与围岩接触的边部区域存在少量的黑云母(二云母)花岗岩。在珠峰西侧的绒布克等地区也存在诸多以电气石花岗岩为主的岩席(Wager, 1965)。另外，虽然在高喜马拉雅地区存在许多电气石白云母花岗岩与二云母(黑云母)花岗岩相伴生的大规模岩床(Harrisonetal., 1999)，但根据已有资料显示，它们常常形成于不同期次的岩浆事件，如希夏邦马岩体中的黑云母(二云母)花岗岩和电气石白云母花岗岩分别形成于～20Ma和～17Ma(Searleetal., 1997)。这些现象表明，高喜马拉雅淡色花岗岩的同脉冲期次岩席内缺乏垂直分带特点，意味着原地结晶分异机制可能并不是告乌及其他较大规模的高喜马拉雅白云母花岗岩形成的主要方式。

岩浆在侵位过程中，如果以“晶粥”的形式发生流动，受流变学特点，结晶矿物可能与熔体产生相对位移，从而造成岩浆不同部分之间的成分变化，该过程被称为流动分异作用(Bhattacharji and Smith, 1964; Philpottsetal., 1996; Petford, 2003)。流动分异在镁铁质岩浆的结晶分异研究中得到了充分重视(Bhattacharji, 1967; McBirney and Nicolas, 1997; Philpottsetal., 1998)，而花岗质岩浆因具有高粘度特征能否因为流动而发生分异一直存在较大争议(Glazner, 2014; Russell, 2014)。Tartèse and Boulvais (2010)通过对法国西部海西期淡色花岗岩研究发现，对于相同来源的岩浆，浅就位者比深就位者具有更高的岩浆演化程度，进而提出花岗岩浆向上运移的流动过程是其发生结晶分异作用的重要途径。近年来诸多研究表明，岩浆在从深部源区上升至浅部的侵位过程中，常常是首先以岩墙或岩脉的形式上侵，当岩浆到达某一具有强度差异的地层界面时，才开始横向扩展形成岩盖岩床等形态的岩体(马昌前和李艳青, 2017及其中参考文献)。可以推断，在岩浆上侵过程中，受矿物自重和岩浆流变学特点的共同影响，结晶矿物会不断从岩浆中分离出，从而导致垂直上升距离越远的岩浆会具有越高的演化程度。Yamatoetal. (2012)在考虑了岩浆粘度、岩浆流速、矿物与熔体密度差等多种约束条件的情况下对这一理论模型进行了数值模拟。该研究结果证实，对于典型的花岗质岩浆(粘度为104Pa·s，结晶矿物和熔体的密度分别为2700kg/m3和2400kg/m3)，在以岩墙或岩脉形式上侵过程中，高演化熔体能够有效的从晶体格子中挤出并相对快速上升，该分异机制主要受控于岩浆所承受的压力梯度。观察资料显示，高喜马拉雅淡色花岗岩具有明显的异地侵位特征，大部分岩体侵入高喜马拉雅结晶岩系上部的矽线石相变质带。通过对围岩的变质压力估算，推测岩体的就位深度约为10～20km(Guillotetal., 1995)。已有研究指出，淡色花岗岩浆应该来自构造位置更深的高喜马拉雅结晶岩系的蓝晶石相变区域，源区深度>30～40km(邓晋福等, 1994; Harris and Massey, 1994)。据此可以推测，高喜马拉雅淡色花岗岩岩浆在形成后向上垂直运移异距离可能达到了10～20km以上，为流动分异作用的发生提供了有利条件。据Visonà and Lombardo (2002)报道，在Ama Drime地区所出露的高喜马拉雅结晶岩系的中部和底部层位中发育许多富含黑云母的二云母花岗岩墙和岩脉(如Phung Chu、Kharta和Kama)，它们极有可能是高侵位岩席的补浆岩墙(feed sills)。综合以上信息，我们推测，以告乌电气石白云母花岗所代表的许多具有高演化特点的高喜马拉雅淡色花岗岩体可能主要受控于流动分异机制，岩浆在通过岩墙/岩脉向上的运移过程发生了显著的结晶分异作用。

通过以上讨论，我们初步认为告乌白云母花岗岩的高分异特点可能与其侵位过程有关系，来自深源的岩浆在向上运移过程中经历了显著的结晶分异作用。但是，不可回避的一个问题是，在相近的构造层位中还就位着分异程度较低的二云母花岗岩(即告乌岩体中的稍晚期次的～20Ma和～17Ma二云母花岗岩)。这暗示着，告乌电气石白云母花岗岩与同就位深度的二云母花岗岩可能是来自不同深度的岩浆(告乌白云母花岗岩来源相对更深)，或者告乌电气石白云母花岗岩的结晶分异过程还受到其它分异机制的影响。本次工作未能对告乌岩体中不同类型(不同期次)淡色花岗岩的来源深度进行有效限定。Visonà and Lombardo (2002)曾通过对珠峰和马卡鲁地区淡色花岗岩的工作指出，电气石白云母花岗岩的来源深度相对二云母花岗岩更大，但他们的研究工作未考虑结晶分异过程对岩浆成分的影响，直接将电气石白云母花岗岩与二云母花岗岩视为原始岩浆成分。然而，他们的工作也显示，在电气石白云母花岗岩中常有高压变质矿物蓝晶石，但在二云母花岗岩中却从未发现有蓝晶石(只发现低压变质矿物红柱石)，暗示着电气石白云母花岗岩浆的来源深度可能更大。另外，值得注意的是，告乌电气石白云母花岗岩侵入STDS的韧性剪切带中，并表现出亚固相变形特点，具有同构造侵位的特征。已有研究指出，变形作用会驱动压滤效应的发生，促进矿物-液体的有效分离进而导致岩浆成分分异(Moyenetal., 2003; Beaetal., 2005)。因而，告乌白云母花岗岩在岩浆侵位过程中也可能因受到与STDS相关的韧性剪切影响，进一步促使岩浆发生了较高程度的结晶分异作用。

3.3 喜马拉雅淡色花岗岩的两种结晶分异机制

本文研究表明，特提斯喜马拉雅带中的然巴淡色花岗岩和高喜马拉雅带中的告乌淡色花岗岩在形成过程均经历了显著的结晶分异作用。然巴岩体中两种类型淡色(二云母花岗岩与石榴石白云母花岗岩)之间的分异演化应是通过晶粥体的原地结晶分异模式完成的，而告乌电气石白云母花岗岩的形成主要受控于流动分异作用，且受到变形作用的影响。然巴和告乌两个岩体的成岩过程体现了喜马拉雅淡色花岗岩的两种不同结晶分异机制。

虽然我们无法确定然巴和告乌岩体的原始岩浆成分是否一致，但系统的矿物岩石地球化学指标表明，然巴二云母花岗岩具有明显最低的岩浆演化程度，然巴石榴石白云母花岗岩和告乌电气石白云母花岗岩均表现出高演化岩浆的特征并富含稀有金属矿物，其中然巴石榴石白云母花岗岩的演化程度明显更高。结合前文中有关两个岩体结晶分异过程的讨论，这些岩石在岩浆演化程度上的差异应主要受控于它们所经历的结晶分异过程。形成于原地结晶分异过程的然巴石榴石白云母花岗岩代表了从晶粥体中逃逸出的近乎纯粹的高演化熔浆，具有非常典型的高分异岩浆特征；形成于流动分异过程的告乌电气石白云母花岗岩经历了从典型岩浆状态逐渐转变至流体出溶的高演化状态，最后固结的岩石在整体上表现出适度高演化特征。这两种不同类型的高演化岩石在岩浆组分上的差别体现了两种不同结晶分异机制在分异效应上的差异。

喜马拉雅淡色花岗岩主要包括二云母花岗岩、电气石白云母花岗岩和石榴石白云母花岗岩三种类型。从整个喜马拉雅地区来看，这三种不同类型的淡色花岗岩在区域分布和野外伴生关系上表现出明显的规律性(张宏飞等, 2005)。二云母花岗岩在特提斯喜马拉雅带和高喜马拉雅带中均有广泛分布，构成诸多岩体的主要部分；电气石白云母花岗岩相对少见，多分布于高喜马拉雅带，特别是以独立岩体形式出现的电气石白云母花岗岩只局限于高喜马拉雅带；石榴石白云母花岗岩规模最小，往往作为二云母花岗岩的伴生相出现，以规模不等的脉体形式侵入花岗岩主体周边的围岩或赋存于花岗岩主体之中。与本文分析结果类似，已有数据资料表明这三种不同类型的淡色花岗岩表现出不同的岩浆演化程度(吴福元等, 2015)：二云母花岗岩的岩浆演化程度相对最低，电气石白云母花岗岩和石榴石白云母花岗岩均表现出高演化岩浆的特征，石榴石白云母花岗岩的演化程度明显更高。上述野外地质和岩石化学特点表明，喜马拉雅带中诸多二云母花岗岩和与其相伴生的石榴石白云母花岗岩的成岩关系很可能与然巴岩体相似，是岩浆侵位后发生原地结晶分异作用的结果；而分布于高喜马拉雅带的许多独立的电气石白云母花岗岩岩体可能与告乌岩体类似，因岩浆在侵位过程中经历了较远距离的运移(并可能受到了STDS韧性剪切变形作用的影响)，发生了显著的流动分异作用。综上，喜马拉雅淡色花岗岩不同类型岩石的形成可能与它们所经历的结晶分异过程有关。二云母花岗岩代表了分异程度最低的喜马拉雅淡色花岗岩，具有典型高分异特征的石榴石白云母花岗岩常常是原地结晶分异作用的产物，以独立岩体形式出现的电气石白云母花岗岩可能多与显著的流动分异作用有关。

以上论述表明，喜马拉雅淡色花岗岩的结晶分异作用具有普遍性，并且包括原地结晶分异和流动分异两种主要类型。需要指出的是，这两种不同的结晶分异机制并不是对立的，大部分的喜马拉雅淡色花岗岩应是流动结晶分异和原地结晶分异两种机制共同作用的产物。岩浆在侵位过程中，因流动距离和构造环境的约束，会发生不同程度的流动分异作用，岩浆在就位后再一步发生原地结晶分异作用。例如，以岩株形式侵位的然巴淡色花岗岩在岩浆侵位过程中可能也发生了一定的流动结晶分异作用；发生显著流动分异作用的告乌白云母花岗岩在就位后同样发生了原地结晶分异作用，形成了广泛发育于岩体周边的细晶岩-伟晶岩脉。

4 结论

通过对喜马拉雅带中不同地区典型淡色花岗岩的分析和研究，我们就喜马拉雅淡色花岗岩的结晶分异机制得出以下几点认识：

(1)喜马拉雅淡色花岗岩的结晶分异过程包括原地结晶分异和侵位运移过程中流动分异两种机制；

(2)演化程度最高的淡色花岗岩(石榴石白云母花岗岩、钠长花岗岩、伟晶岩、细晶岩等)常常与原地结晶分异作用有关，而高喜马拉雅地区出露的较大规模的电气石白云母花岗岩多与流动分异有关；

(3)大部分的喜马拉雅淡色花岗岩应是流动结晶分异和原地结晶分异两种结晶分异机制共同作用的产物。

致谢衷心感谢两位评审人对本文的仔细评审，他们所提出的诸多建设性意见和深入的见解使本文的质量得到了很大的提高，并对我们未来的工作具有重要的指示意义。