花岗岩是大陆地壳的重要组成部分，对其成因模式的研究在示踪陆壳生长和演化历史等方面具有重要意义。中亚造山带东段广泛发育不同类型的花岗岩，以往对这些花岗岩的成因和源区性质的研究主要基于全岩地球化学和锆石Hf同位素数据。然而，全岩地球化学更多代表一个混合的物质组成，在记录一些复杂的岩浆演化过程如地壳混染、岩浆混合等方面具有很大的局限性。此外，Lu-Hf同位素体系相比于Sm-Nd同位素体系更加稳定，不易受到晚阶段变质变形作用和流体交代作用的改造，导致锆石Hf同位素在识别这些晚期作用时显得不够敏感。磷灰石作为火成岩中一种常见的副矿物相，其晶体形态、内部结构和地球化学组成（包括主、微量元素和Sr、Nd同位素等）可以有效记录许多易被忽略的岩浆演化信息，为精准建立花岗岩的成因演化模型提供重要手段。
针对以上问题，吉林大学地球科学学院许文良教授团队的博士生龙欣雨等人对位于中亚造山带东段的松嫩地块和佳木斯地块上出露的32个代表性花岗岩样品（图1）中的磷灰石进行了原位微量元素和Nd同位素分析，结合全岩主微量元素、锆石U–Pb定年和Hf同位素数据，探讨了花岗岩的岩石成因和演化历史，首次将经历构造热事件改造和未经改造的花岗岩中的磷灰石鉴别出来，并发现同一岩体中可以同时保存原生和捕获的磷灰石，为未来利用磷灰石示踪晚期流体沿构造破碎带对花岗岩体的部分改造过程以及小规模的地壳混染作用提供了良好的应用前景。取得了以下主要认识：
图1 松嫩地块和佳木斯地块花岗岩样品来源分布
（1）经历晚期构造热事件改造的花岗岩中的磷灰石普遍具有不规则的次生加大边、复杂的内部结构和较低的LREE含量（图2a；图3a,b），可能是受到两方面因素共同控制：①磷灰石重结晶过程中伴随着其它富LREE矿物（如绿帘石）的形成；②磷灰石中的LREE易在交代淋滤过程中被流体迁移。此外，这些变质/交代成因的磷灰石普遍具有变化很大的Sm-Nd同位素组成（图2b），其εNd(t)值与锆石εHf(t)值解耦（图4中红色三角形），这是由于交代淋滤过程中Nd相比于Sm更容易进入到流体中，导致磷灰石的147Sm/144Nd比值升高，使其εNd(t)值出现明显偏差。
图2 经历晚期构造热事件改造的花岗岩中磷灰石的微量元素和Nd同位素组成。（a）源岩类型判别图（O’Sullivan et al., 2020）；（b）147Sm/144Nd比值随LREE含量的变化
图3 磷灰石和全岩的稀土元素配分图解
图4 磷灰石εNd(t)与锆石εHf(t)的相关性
（2）未经晚期构造热事件改造的花岗岩中的磷灰石普遍发育均一的内部结构或同轴生长的环带结构，在判别图解中落入了源岩为I型/S型花岗岩范围内（图5a），并具有相对均一的Sm-Nd同位素组成（图5b）和耦合的磷灰石Nd和锆石Hf同位素体系（图4中绿色菱形），暗示其岩浆成因。岩浆成因磷灰石的地球化学组成主要受控于其母岩浆的成分、其它富REE矿物的结晶以及磷灰石与硅酸岩熔体之间元素分配系数的变化。
图5 未经晚期构造热事件改造的花岗岩中磷灰石的微量元素和Nd同位素组成。（a）源岩类型判别图（O’Sullivan et al., 2020）；（b）147Sm/144Nd比值随LREE含量的变化
（3）根据本文岩浆成因磷灰石的REE含量和配分模式，进一步将其划分为四组。第一组磷灰石具有与全岩类似的右倾型REE配分模式，但相对更富集MREE（图3d）。由于相比于LREE和HREE，磷灰石具有更高的MREE分配系数，该组磷灰石反映出母岩浆组成和REE分配系数对磷灰石地球化学组成的控制作用。第二组磷灰石明显亏损LREE（图3e），而第三组磷灰石则具有低的MREE和HREE含量（图3f），分别指示了绿帘石族矿物和角闪石结晶对磷灰石的影响。第四组磷灰石具有非常低的HREE含量和高的Sr含量（图3g），继承了其寄主岩石—埃达克岩的重要特征，并在利用磷灰石的地球化学组成判别埃达克岩的图解中落入了埃达克岩的区域内（图6中粉红色圆圈）。
图6 磷灰石地球化学组成判别埃达克岩图解（Sun et al., 2021）
（4）在岩浆形成和上升过程中捕获的磷灰石可以在一定程度上保留原有的地球化学组成，并反映其源区性质。本文发现捕获磷灰石可以具有特殊的地球化学信号，如REE配分模式（图3c,h,i）和Nd同位素组成（图4中黄色三角形）区别于其它原生磷灰石颗粒、具有Eu正异常（图3c）和异常高的Sr含量，在埃达克岩的判别图解中，部分非埃达克岩样品中的捕获磷灰石落入了埃达克岩的区域内（图6）。这些现象记录了往往不能被全岩地球化学数据识别的小规模地壳混染作用。
上述研究成果已发表于国际地学权威期刊《Geoscience Frontiers》。
Long, X.Y. (龙欣雨), Tang, J. (唐杰), Xu, W.L.* (许文良), Sun, C.Y. (孙晨阳), Luan, J.P. (栾金鹏), Xiong, S. (熊帅), Zhang, X.M. (张笑鸣). Trace element and Nd isotope analyses of apatite in granitoids and metamorphosed granitoids from the eastern Central Asian Orogenic Belt: Implications for petrogenesis and post-magmatic alteration. Geoscience Frontiers 14 (2023), 101517.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.gsf.2022.101517
该项研究受到国家自然科学基金（42072071, 41772047）的资助。
