中国科学院院士、中国科学院广州地球化学研究所研究员徐义刚团队的博士后杨传茂等，联合长江大学教授夏小平、中国科学院地质与地球物理研究所研究员杨进辉等，研究发现地幔诱发了华北克拉通陆内花岗岩源区的水化和氧化。相关成果近日发表于《地球和行星科学快报》。

环太平洋高氧逸度花岗岩的分布。研究团队供图

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世界上大多数富水、氧化的花岗岩沿俯冲带分布，这是因为俯冲板块释放的流体携带高氧逸度物质进入上覆地幔楔和地壳，导致地壳部分熔融形成的。通常认为氧化性的俯冲物质难以直接到达距离海沟很远的陆内环境，因而陆内花岗岩应当较为贫水、还原。然而，在距离海沟超过1000km的陆内也分布着大面积的氧化性花岗岩，比如华北克拉通和怀俄明克拉通等，这些氧化性花岗岩的成因尚不清楚。

该研究在国家自然科学基金和博士后科学基金等项目的联合资助下，对华北克拉通燕山造山带和辽东半岛的花岗岩进行了锆石水含量、氧逸度、Hf-O同位素以及微量元素研究。根据岩性和形成时代，这些花岗岩可分为早白垩世A型、早白垩世I型和侏罗纪I型花岗岩。结果显示，早白垩世花岗岩锆石水含量明显高于侏罗纪，并且A型花岗岩水含量高于I型，侏罗纪I型花岗岩的水含量与世界上其他地区大陆弧花岗岩水含量类似。

 不同地区和不同类型花岗岩锆石水含量对比。研究团队供图

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更为重要的是，锆石水含量与氧逸度之间存在明显的正相关关系，全岩和锆石主微量元素等指标显示在同等演化程度下，早白垩世花岗岩锆石水含量也高于侏罗纪花岗岩的，这表明是初始岩浆成分而非岩浆分异控制了锆石水含量，早白垩世花岗岩应当更为富水，A型花岗岩可能形成于富水条件下。

另外，模拟计算显示岩浆源区需要高氧逸度物质的加入。幔源含水氧化熔/流体对华北克拉通内部花岗岩源区的水化和氧化起到了关键作用。这也得到了锆石Hf-O同位素的支持；锆石的水含量和氧逸度与ε_Hf(t)呈正相关，而与δ¹⁸O呈负相关关系，表明花岗岩中幔源物质越多，则越富水和氧化。

锆石水含量和氧逸度相关图和熔体水含量对氧逸度的影响。研究团队供图

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相比于侏罗纪，早白垩世华北陆下岩石圈地幔确实更为富水和氧化，能够为同时期花岗岩提供水和氧化性物质。古太平洋板块在侏罗纪沿岩石圈底部向西前进俯冲，温度相对较低，板片不能有效脱水。到早白垩世，板块转变为后退俯冲，俯冲角度增大，俯冲板片进入地幔过渡带，板片释放大量的水和碳酸盐等，导致上部岩石圈地幔的水化和氧化，这些富水的高氧逸度熔/流体最终流入地壳导致早白垩世花岗岩的形成。

“这种机制不仅解释了为何华北克拉通内部的花岗岩具有较高的水含量和氧逸度，也揭示了地幔物质对大陆岩石圈演化的重要影响。”论文共同通讯作者徐义刚说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.119177