幔源岩浆在从源区到浅部的运移过程中，通常会经过由相互联通的多层级运移通道和岩浆储库，即岩浆储运系统。近些年矿物学研究表明，岩浆储运系统中通常会经历多批次的岩浆补给、岩浆混合、晶体-熔体反应等复杂的地壳内岩浆演化过程。这些过程已被近些年的研究证实在碱性玄武岩、拉斑玄武岩、正长岩、超钾质岩石等多种岩石类型的演化过程中具有的重要的作用。

硅不饱和碱性岩以贫硅、富碱、富碳为特征，其主要岩石类型包含金伯利岩、黄长岩、霞石岩等深部地幔起源岩石，是探讨地球深部动力学背景、地幔交代、深部碳循环等关键科学问题的绝佳研究对象。然而，对于这类特殊岩石的岩浆储运系统演化还鲜有涉及。针对这一科学问题，西北大学地质学系赖绍聪教授团队与中国科学院海洋研究所、英国自然历史博物馆及长江大学科研人员合作，选择青藏高原东北缘西秦岭礼县-宕昌地区好梯新生代黄长岩（图1）作为研究对象，聚焦其中多类型的单斜辉石和橄榄石斑晶开展精细的矿物学工作，以重建其岩浆储运系统，为硅不饱和碱性岩浆的演化提供新的线索。

图1（a）青藏高原北缘海拔及构造图（据Liu et al., 2018）；（b）西秦岭地区地质图（据Li et al., 2014）；（c）礼县-宕昌地区碱性火山岩区地质图（据Che et al., 2024）

主要取得了如下认识：

（1）不同类型斑晶的识别

我们通过结构及矿物化学特征识别出了四类单斜辉石斑晶（图2）和两类橄榄石斑晶：

第一类单斜辉石表现出核边结构（图2a），其核部干净、成分与全岩平衡，属于岩浆成因的自生晶；第二类单斜辉石具有筛状核部-幔部-边部环带结构（图2b），其核部较幔部Mg#值波动更大（核部Mg#值：79.5–87.3；幔部Mg#值：85.0–87.1），且筛状核部包含碱性长石、磁铁矿和磷灰石等矿物包裹体；第三类单斜辉石也显示出核部-幔部-边部的环带结构（图2c），其核部与幔部均呈现出筛状结构，其显著区别是核部具有最高的Mg#值（87.8–92.2）和Cr2O3含量（1.25–2.00 wt.%），核部的这些成分特征与好梯黄长岩所携带的地幔捕虏体中的单斜辉石吻合，表明其核部属于地幔捕虏晶；第四类单斜辉石与其他类型单斜辉石存在显著差异，其核部与幔部之间具有清晰边界（图2d）。核部富铁低镁（Mg#值：67.1–70.3），表现出Sr、Eu负异常（δEu = 0.30–0.49），与长石平衡，并呈现平缓的重稀土元素（HREE）配分模式（(Gd/Yb)N = 1.03–1.48）。这些特征表明第四类单斜辉石核部为下地壳捕虏晶。另外，第一类橄榄石核部具有较高的CaO（0.23–0.38 wt.%）和MnO（0.09–0.29 wt.%）含量以及较低的NiO含量（0.04–0.29 wt.%）。这些成分特征使其与地幔捕虏晶区分开来，为岩浆成因自生晶；第二类橄榄石核部具有极高的Fo值（85.9–87.0），并伴有较低的NiO含量（0.04–0.29 wt.%）以及较高的CaO（0.23–0.38 wt.%）和MnO含量（0.09–0.29 wt.%），这些特征与好梯黄长岩所携带的地幔捕虏体中的橄榄石高度吻合，为地幔捕虏晶。

图2 好梯黄长岩中四类单斜辉石的成分剖面

（2）好梯黄长岩中单斜辉石结构特征及成分变化揭示的岩浆过程

第四类单斜辉石幔部的Cr2O3含量变化急剧，从核部向边部的方向，由较高值（最高达1.04 wt.%）骤降至较低值（< 0.4 wt.%）（图2c–d），这揭示了好梯岩浆储运系统中存在着两批次不同演化程度的岩浆。第二类单斜辉石的核部，以及第三类单斜辉石的核部与幔部，均表现出筛状结构（图2b–c）。揭示了后期富碱的不平衡熔体的加入。

（3）好梯黄长岩中单斜辉石结晶环境

单斜辉石-熔体温压定量计算（Mollo et al., 2018）和经验公式（Wass, 1979; Soesoo, 1997）约束出三组结晶温度压力范围：所有自生晶单斜辉石中，富Cr区域结晶自1132–1176 ℃/5.6–7.9 kbar，低Cr区域结晶自1101–1158 ℃/3.6–6.7 kbar（图3），所有的边部结晶自更低温度与压力范围，表明好梯黄长岩的岩浆储运系统中存在~26.2 km、~21.1km和更浅层次的三个岩浆储库（图4）。

图3通过定量计算得出的两组单斜辉石结晶温度压力（a–c）及结晶深度（d）

（4）岩浆源区性质

恢复出的与单斜辉石自生晶平衡的熔体成分显示出高La/Yb（71.98–111.22）、Dy/Yb（3.31–4.67）和Zr/Hf（47.29–55.62）比值，以及低Hf/Sm（0.55–0.87）和Ti/Eu（4939–5960）比值，指示其源区为受碳酸盐熔体交代的石榴子石相。橄榄石自生晶则表现出低NiO含量（0.04–0.29 wt.%）、低Ni/(Mg/Fe)1000比值（<0.9）以及高100×Mn/Fe比值（最高达2.2），指示其源区岩性为橄榄岩。

（5）好梯黄长岩岩浆储运系统的动力学意义

青藏高原北缘新生代火山岩的时空分布与区域深大断裂带的活动表现出显著的耦合关系，这些岩浆-构造活动被认为是青藏高原侧向生长在其边缘的响应（Liu et al., 2018; Wei et al., 2023; Che et al., 2024）。近期的矿物学证据表明，青藏高原北缘火山岩的岩浆储运系统内广泛存在岩浆补给/混合过程，例如西北缘的大红柳滩钾质火山岩（Yang et al, 2023）、东北缘的马圈沟碱性玄武岩（Zhang et al., 2024）以及本研究涉及的好梯黄长岩。因此，我们强调，在青藏高原向外生长过程中，主要深大断裂不仅触发了岩浆源区的减压熔融（Liu et al., 2018; Che et al., 2024），同时也为后续的多批次岩浆补给建立了有利通道，从而促进了火山喷发。

图4 西秦岭好梯黄长岩的岩浆储运系统模式图

研究成果以“Clinopyroxene diversity reveals open magma plumbing system and melts variation of Haoti Cenozoic melilitites, northeastern Tibetan Plateau”为题发表于国际岩石学期刊Journal of Petrology。西北大学博士研究生夏玉洪为第一作者，西北大学赖绍聪教授和朱韧之教授为共同通讯作者，共同作者还包括中国科学院海洋研究所张方毅副研究员，英国自然历史博物馆Chiara Maria Petrone研究员，西北大学秦江锋教授、长江大学朱毓教授，西北大学刘敏讲师、杨航博士及博士研究生钟喆昊。该成果得到了国家自然科学基金（项目号：42172056和42472085）资助。

原文链接：https://doi.org/10.1093/petrology/egag025