综述：花岗岩及其相关岩石

本文主要涉及的内容：花岗岩类的多样性；花岗岩成分的多样性；花岗岩类分类；花岗岩熔体的形成；长英质熔体成分的最低温度；幔源岩浆的分异；地壳岩石的部分熔融；两种不同的花岗岩系统：地壳熔融与玄武岩熔融分馏；花岗岩体的岩浆提取、上升和侵位；从源头提取熔体；地壳中岩浆上升的机制；深成岩体充当岩浆圈闭；深成岩体的构造和演化；岩浆结晶过程；花岗岩、流体和矿床；关于花岗岩形成和大陆地壳演化的一些观点；威尔逊旋回期间的花岗岩生产；大陆地壳的内部改造和分异；花岗岩生产与地壳生长。

详情请参考Jean-Baptiste Jacob等人，2021。

尽管所有花岗岩类都有一个共同的石英-长石矿物组合，但在考虑副矿物时，会出现较大的差异。除石英和长石外，花岗岩还可能含有原生（即岩浆）矿物，如黑云母（最为常见）、白云母、角闪石、石榴石、堇青石、电气石和辉石。这种矿物学差异源于略有不同的化学成分，最好根据Al2O3、CaO、Na2O、K2O系统学进行解释（图1）.

图1.（A） 花岗岩的A/（N+K）vs A/（C+N+K）系统分类（A=Al2O3，N=Na2O，K=K2O，C=CaO，均以分子比例表示）。（B） 解释性草图，显示了不同成分类型的主要氧化物在结晶过程中的不饱和/过饱和（Shand，1947）。

在上个世纪，人们提出了许多不同类型的花岗岩分类标准，这些标准包括模式成分、主量或微量元素地球化学、副矿物、包体或构造环境（Barbarin，1999，Bonin，2020）。不同类型的方法使花岗岩的分类变得混乱和难以理解。此外，一些广泛使用的术语暗示了成分之间的直接联系花岗岩和岩浆的来源，甚至地球动力学背景。虽然这些联系可能存在，但它增加了对岩石学描述的解释水平，使这些分类有些模糊。

不同类型的花岗岩具有不同的成分。它们可以被解释为反映了不同的来源，或不同的结果形成这些岩浆的岩石成因过程。反过来，这些过程更有可能发生在特定的地球动力学环境中。个别分类侧重于其中一个连续过程。SIMA分类基于花岗岩岩浆的拟议来源：S代表“沉积物”，I代表“火成岩”，M代表“地幔”A型是另一个与过碱性相对应的类别碱性花岗岩，可能与地幔源有关。

图3.（A） 玄武岩熔体分离结晶的不同步骤。镁铁质矿物在较高温度下首先结晶，其次是长英质矿物在较低温度下结晶。

（B） 结晶过程中熔融部分的数量和成分的演变。起初，该系统仅包含含有50%SiO2的镁铁质熔体。在冷却过程中，镁铁质元素进入固相，使残余熔体在SiO2中富集。70%结晶后，剩余的熔体含有约70%的SiO2，并具有变成花岗岩，而结晶部分形成（超）镁铁质堆积体。灰色条表示结晶前和70%结晶后熔体部分和固体部分的SiO2含量。（源自Jean-Baptiste Jacob，2021）。

在大陆造山带中，由于地壳增厚产生的放射成因热增加，加上造山带崩塌引起的减压作用，导致了广泛的地壳熔融(England and Thompson, 1984;Bea、2012)。在含有黑云母、白云母、长石和过量石英的模型体系中，人们很好的认识了地壳岩石的熔融反应过程。这为描述地壳熔融提供了一个有用的参考点，就像鲍文系列为讨论分馏提供了一个框架一样。

图4.地壳岩石主要熔融反应的P-T图。红色表示含石英长石云母(铝硅酸盐)岩石(长英质组成)的熔融反应;绿色为含角闪石-辉石-斜长石(石英)岩石的熔融反应(中基性成分)。这些草图代表了Qtz-PI-Kfs-Bt-Sil长英质岩石沿灰色P-T路径以厘米到毫米尺度演化的过程。（源自Jean-Baptiste Jacob，2021）。

两种不同的花岗岩系统：地壳熔融与玄武岩熔融分馏

花岗岩成分可以通过地壳成分的部分熔融或幔源玄武岩熔体的分馏来实现。虽然这两个过程可以同时发生，但根据地球动力学背景，通常其中一个是主要的。

因此可以识别出两个主要的花岗岩体系:地幔主导的体系与地壳主导的体系(图5)。在地幔主导体系中，花岗岩主要来自地幔源，下地壳MASH带可能存在地壳成分同化(图5A)。地壳融化仍然是次要的。地幔熔体不一定演化成花岗质成分，花岗质与不同类型的基性-中侵入岩和火山岩(如闪长岩和安山岩)有关。火山作用在这些体系中很重要，因为基性幔源熔体比花岗质熔体粘性小，更容易向地表迁移。最后，由于熔体是从其源岩中提取出来的，它形成侵入性的深成岩体，在浅部聚集形成大型深成复合体(例如，加州的内华达山脉岩基)。

相反，在地壳为主的体系中，花岗岩主要是由地壳熔融形成的，地幔的贡献有限(图5B)。由于有限的地幔熔融，镁铁质岩石稀少，以小体形式与花岗岩和混合岩伴生。火山作用也很少见，因为长英质深熔体是粘性的，不易迁移。侵入性岩体通过地壳源的熔体迁移，就位于上部构造水平。当不发生熔融萃取时，部分熔融的下地壳在浮力和构造伸展的驱动下整体上升，形成混合岩穹丘。大陆造山带是典型的地壳主导体系，其中大多数花岗岩为过铝质MPG和CPG，由(中)沉积物的熔融产生。相反，洋内花岗岩，无论是在洋脊(RTG)还是在洋弧(ATG)，形成于地幔主导的体系。

图5A.花岗岩岩浆作用的两种主要模式：地幔主导系统（A）和地壳主导系统（B）。（源自Jean-Baptiste Jacob，2021）。

在大陆弧中，这种情况不太明显，由ACG和KCG花岗岩组成的大型基岩可能是地壳熔融或玄武岩分异的结果。这些岩石构成了大量的大陆地壳，确定它们是来自地壳还是来自地幔对地壳生长模型有重要意义。制约花岗岩浆形成的一个关键因素是可获得的热量。地壳中的热量积累可以通过富含放射性元素的大陆地壳(例如造山楔)的长期成熟来实现，特别是如果伴随着来自地幔的更高的传导通量，这可能与下地壳和岩石圈地幔分层有关。

本文内容源自：

Jean-Baptiste Jacob，Jean-François Moyen,Granite and Related Rocks,Editor(s): David Alderton, Scott A. Elias,Encyclopedia of Geology (Second Edition),Academic Press,2021.

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本文作者：一粒沙白

校对：姜晓枫

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