磷灰石是火成岩、沉积岩和变质岩中广泛存在的一种副矿物，其晶格结构中的Ca原子可在不同的结晶环境中通过取代反应容纳不同的微量元素，因此磷灰石作为理想的“矿物探针”，其地球化学组成已经广泛应用于示踪岩浆成因和演化以及成矿作用等地质过程中。然而，已有研究多集中于地壳高度演化地区（如克拉通以及复杂造山带内），中亚造山带（CAOB）作为典型的新生地壳发育区，尽管花岗岩年代学和地球化学的广泛研究为重塑区域构造演化提供了大量证据，但对花岗质岩浆演化过程中的矿物地球化学控制因素却了解极少。
针对上述问题，菠菜资源平台大全许文良教授团队孙晨阳博士等人，联合澳大利亚Monash University 的Peter Cawood院士，选择中亚造山带东段额尔古纳地块和兴安地块内广泛出露的新元古代~显生宙花岗岩，通过对磷灰石地球化学的详细研究，并结合细致的岩相学以及斜长石微量元素数据，得到如下主要认识：
1. 揭示了花岗岩中磷灰石REE丰度的受控因素
磷灰石的稀土配分模式可按照其与全岩的相似性分为“耦合型”和“解耦型”REE模式（图1）。其中，“耦合型”磷灰石REE模式与稀土元素的分配系数以及原岩成分密切相关；而以LREE亏损、HREE轻微富集为代表的磷灰石“解耦型”REE配分模式（图1），一方面主要是受到轻稀土矿物——褐帘石以及斜长石早期结晶的影响，另一方面又与岩浆期后变质作用的发生存在关联（图2a，b）。此外，通过详细的岩相学证据以及锆石–磷灰石饱和温度计算（图2c，d），进一步修正了前人关于独居石、榍石以及锆石分别对磷灰石轻、中、重稀土元素竞争的认识
图1. CAOB东段花岗岩中磷灰石REE配分模式
图2. 磷灰石REE配分模式的影响因素 (a)磷灰石Sr/Y-LREE二元判别图解 (O’Sullivan et al., 2020)——变质作用导致磷灰石LREE含量降低；(b)磷灰石(La/Sm)N与Eu/Eu*协变关系及其受控因素；(c)榍石中的磷灰石包裹体——磷灰石结晶早于榍石；(d)磷灰石(Sm/Yb)N与磷灰石-锆石饱和温度差之间的协变关系——锆石的早期结晶对磷灰石HREE富集无明显影响
2. 重新审视了磷灰石微量元素在指示岩浆分异程度时的有效性
与从地壳高度演化地区得到的认识不同，中亚造山带东段花岗岩中磷灰石微量元素与全岩铝饱和指数（ASI）之间并无显著相关性（图3a），而且以往研究所确定的某些稀土元素信号也并未对该区不同演化程度的花岗岩存在指向性（图3b，c），因此磷灰石微量元素组成并不能被广泛应用于评估岩浆的分异程度。这一差异主要归因于中亚造山带东段具有较低的地壳成熟度。
图3. (a)磷灰石(La/Sm)N与全岩ASI值协变关系图；(b)磷灰石Eu/Eu*与(Sm/Nd)N值协变关系图 (箭头所示演化趋势据Sha and Chappell, 1999)；(c)磷灰石LREE与REY含量协变关系图 (箭头所示演化趋势据Sha and Chappell, 1999)
3. 确定了斜长石早期结晶以及磷灰石Sr含量对了解全岩成分的重要意义
斜长石的早期结晶控制了磷灰石对Sr和Eu元素的富集，也在一定程度上影响了残余岩浆中LREE的含量。同时，结合斜长石微量元素数据，证明Sr在磷灰石、斜长石以及全岩之间遵循相对固定的分配系数（图4）。此外，课题组根据线性拟合结果，在前人研究（Bruand et al., 2014, 2016）基础上进一步提出0.69作为Sr在磷灰石和全岩之间的经验分配系数（图4c）。
图4. CAOB东段花岗岩中磷灰石与全岩及斜长石Sr含量协变关系图 (a)斜长石Sr与磷灰石Sr含量协变关系；(b)斜长石Sr与全岩Sr含量协变关系；(c)磷灰石Sr与全岩Sr含量协变关系
4. 提出了埃达克岩的磷灰石微量元素判别标志
磷灰石可以有效继承埃达克岩高Sr低Y，无Eu异常、低重稀土含量的特征，据此，提出了埃达克岩的磷灰石微量元素判别标志并建立了相关判别图解（图5）。
图5. 埃达克岩的磷灰石微量元素判别图解 (a)磷灰石1000/(Eu/Eu*)-10Sr-HREY三角判别图解；(b)磷灰石Sr-HREY二元判别图解
综上，磷灰石为理解花岗质岩浆特征和岩石成因提供了重要纽带，同时也显示出其在碎屑物溯源中的巨大潜力。
以上研究成果发表于国际地学权威期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》.
Chen-Yang Sun (孙晨阳), Peter A. Cawood, Wen-Liang Xu* (许文良), Xiao-Ming Zhang (张笑鸣), Jie Tang (唐杰), Yu Li (李宇), Zhong-Xing Sun (孙众星), Ting Xu (许婷). In situ geochemical composition of apatite in granitoids from the eastern Central Asian Orogenic Belt: A window into petrogenesis. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2022, 317: 552-573. DOI: 10.1016/j.gca.2021.10.028. 原文链接https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703721006414
本研究受国家自然科学基金（41772047）、澳大利亚研究理事会基金（LF160100168）、国家留学基金委（201906170217）以及菠菜发布网论坛博士生交叉学科科研资助计划（101832020DJX069）联合资助。
