世界上大多數富水、氧化的花崗巖沿俯沖帶分布（圖1），這是因為俯沖板塊釋放的流體攜帶高氧逸度物質進入上覆地幔楔和地殼，導致地殼部分熔融形成的。通常認為氧化性的俯沖物質難以直接到達距離海溝很遠的陸內環境，因而陸內花崗巖應當較為貧水、還原。然而，在距離海溝超過1000 km的陸內也分布著大面積的氧化性花崗巖（圖1），比如華北克拉通和懷俄明克拉通等，這些氧化性花崗巖的成因尚不清楚。
圖1 環太平洋高氧逸度花崗巖的分布
近日，中國科學院廣州地化所徐義剛研究員團隊的博士后楊傳茂等，聯合長江大學夏小平教授和地質地球所楊進輝研究員等，對華北克拉通燕山造山帶和遼東半島的花崗巖進行了鋯石水含量、氧逸度和Hf-O同位素以及微量元素研究。根據巖性和形成時代，這些花崗巖可分為早白堊世A型、早白堊世I型和侏羅紀I型花崗巖。結果顯示，早白堊世花崗巖鋯石水含量高于侏羅紀的，并且A型花崗巖水含量高于I型，侏羅紀I型花崗巖的水含量與大陸弧花崗巖水含量類似（圖2）。更為重要的是，鋯石水含量與氧逸度之間存在明顯的正相關關系（圖3A），全巖和鋯石主微量元素等指標顯示在同等演化程度下，早白堊世花崗巖鋯石水含量也高于侏羅紀花崗巖的，這表明初始巖漿成分而非巖漿分異控制了鋯石水含量，早白堊世花崗巖應當更為富水，A型花崗巖可能形成于富水條件下。另外，模擬計算顯示巖漿源區需要高氧逸度物質的加入。幔源含水氧化熔/流體對華北克拉通內部花崗巖源區的水化和氧化起到了關鍵作用。這也得到了鋯石Hf-O同位素的支持；鋯石的水含量和氧逸度與εHf(t)呈正相關，而與δ1?O呈負相關關系，表明花崗巖中幔源物質越多，則越富水和氧化。
相比于侏羅紀，早白堊世華北陸下巖石圈地幔確實更為富水和氧化，能夠為同時期花崗巖提供水和氧化性物質。古太平洋板塊在侏羅紀沿巖石圈底部向西前進俯沖，溫度相對較低，板片不能有效脫水。到早白堊世，板塊轉變為后退俯沖，俯沖角度增大，俯沖板片進入地幔過渡帶，板片釋放大量的水和碳酸鹽等，導致上部巖石圈地幔的水化和氧化，這些富水的高氧逸度熔/流體最終流入地殼導致早白堊世花崗巖的形成。這種機制不僅解釋了為何華北克拉通內部的花崗巖具有較高的水含量和氧逸度，也揭示了地幔物質對大陸巖石圈演化的重要影響。
圖2 不同地區和不同類型花崗巖鋯石水含量對比
圖3 鋯石水含量和氧逸度相關圖和熔體水含量對氧逸度的影響
相關成果近期發表于《Earth and Planetary Science Letters》。楊傳茂為文章第一作者，徐義剛研究員和夏小平教授為通訊作者。該項研究成果獲得了國家自然科學基金和博士后科學基金等項目的聯合資助。
論文信息：Chuan-Mao Yang（楊傳茂），Yi-Gang Xu*（徐義剛），Xiao-Ping Xia*（夏小平），Jin-Hui Yang（楊進輝），Xiao-Long Huang（黃小龍），Christopher J. Spencer，Jin-Feng Sun（孫金鳳），Ze-Xian Cui（崔澤賢），Meng-Jing Li（李夢靜），Wan-Feng Zhang（張萬峰），Qing Yang（楊晴），2025.?Mantle induced hydration and oxidation of intracontinental granite sources in the North China Craton. Earth and Planetary Science Letters 651,119177.
論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2024.119177
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