“没有水，就没有花岗岩” 强调了水对于花岗岩和大陆地壳形成的不可或缺性。而紫苏花岗岩作为一种特殊类型的花岗岩，多被认为形成于无水环境，常见于前寒武纪麻粒岩相变质地体中，是下地壳的重要组成部分。关于紫苏花岗岩的成因及保存机制一直存在争议，定量岩浆水含量则是揭示紫苏辉石保存机制以及紫苏花岗岩成因的关键。针对这一问题，西北大学地质学系赵国春院士领衔的超大陆研究团队成员姚金龙教授指导博士生杨航开展工作，提出紫苏花岗岩低水和富CO₂环境下的“夹带”成因模型，并重新定义了水对花岗质岩石形成及其在地壳深部演化中的控制作用。相关成果以Quantifying Magma Water Contents: A New Entrainment Model for Charnockite Formation为题发表在国际NI学术期刊JGR: Solid Earth。

图1 （a, b）未蜕晶化的岩浆锆石筛选、(c-h) 紫苏花岗岩锆石水含量组成及 (i) 不同成因花岗岩水含量对比

研究团队以华南西南部云开地块核部出露的高州早古生代（~435 Ma）含麻粒岩包体的紫苏花岗岩为切入点，该地体属于云开基底的一部分，是解决上述科学问题理想窗口。高州紫苏花岗岩呈块状侵入花岗质片麻岩，含紫苏辉石、石榴子石等名义上的无水矿物，地球化学特征表明该岩体为弱过铝质（A/CNK=1.06~1.1），具高∑REE含量（323~419 ppm）和10 000×Ga/Al（3.0~3.6）以及高锆饱和温度（＞850℃），具典型的A型花岗岩特征。锆石Hf-O同位素组成（δ¹⁸O = 8.0–9.8 ‰; ε_Hf(t) = - 11.5 to - 3.4）指示壳源物质再造，无显著幔源物质加入。通过锆石水含量测试（图1）和地球化学模拟（图2）并结合流体包裹体成分分析等手段发现岩浆系统中的低水环境是紫苏辉石能够保存的关键。此外，矿物成分分析显示紫苏辉石来自于麻粒岩源区的夹带，属于转熔而非岩浆成因。据此，研究团队提出低水环境下无水矿物夹带（紫苏辉石和石榴石）的紫苏花岗岩成因新模式（图3）。而低水环境与麻粒岩高温熔融及体系中富CO₂流体的存在有关。

图2 云开代表性紫苏花岗岩样品相平衡模拟

矿物温压计和相平衡模拟显示紫苏花岗岩具有高的岩浆初始温度（~ 1200 ℃）和极其低的岩浆水含量（< ~ 0.2 wt.%）（图2）。通过激光拉曼筛选出未蜕晶质的岩浆锆石来约束了原始熔体的信息，云开高州紫苏花岗岩（135 ppm，中位数）相比正常花岗岩（202-643 ppm）具极低的锆石水含量（图1）。结合相平衡模拟，发现紫苏花岗岩从开始结晶到完全固结一直处于低水环境。紫苏花岗岩含有源区夹带的转熔成因紫苏辉石，其矿物成分与麻粒岩一致，表明麻粒岩包体可能作为原岩。同时紫苏花岗岩原生流体包裹体相比同源区普通花岗岩更富CO₂成分，指示体系富CO₂流体渗入。结合以上认识，研究团队推测紫苏花岗岩的形成与干的麻粒岩相物质高温熔融产生低水含量熔体有关，同时富CO₂流体的进入可能进一步降低岩浆体系水活度，低水熔体夹带源区固相物质运移并最终在低水环境下固结（图3）。区域岩浆-变质-构造资料表明，云开~435 Ma 的A型紫苏花岗岩的形成与武夷-云开造山带后造山阶段岩石圈伸展-拆沉背景下软流圈物质上涌有关，代表后造山伸展达到顶峰。

图3 低水富CO₂环境下紫苏花岗岩“夹带”成因模型

西北大学地质学系大陆演化与早期生命国家重点实验室为第一单位和通讯单位。我系博士生杨航为第一作者，姚金龙教授为通讯作者，赵国春教授、韩以贵教授、刘潜教授、张东海副教授以及莫纳什大学Peter Cawood教授等为共同作者。该研究受国家自然科学基金（42322208, 41972238）、国家重点研发项目（2022YFF0802700, 2023YFF0803604）及大陆动力学国家重点实验室项目（201212000174）等联合资助。

详细文章信息见原文：

Yang, H., Yao, J. L*., Cawood, P. A., Zhao, G. C., Han, Y. G., Li, X. C., Liu, Q., Zhang, D. H., Wang, X. S., & Guo, Y. (2025). Quantifying magma water contents: A new entrainment model for charnockite formation. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 130, e2024JB029753. https://doi.org/10.1029/2024JB029753.