拥有保存完整且高度演化的长英质大陆地壳是地球区别于太阳系中其他类地行星的主要标志之一。花岗岩是大陆地壳的重要组成部分，因此，关于花岗质岩浆作用过程的一系列问题，包括岩浆源区性质、不同矿物的分离结晶作用、岩浆混合和同化混染作用以及岩浆晚期经历的蚀变和矿化作用等，一直是地球科学研究的热点问题之一（龙欣雨等
, 2024
）。本文主要探讨
白云母
和
钾长石
的
K/Rb
值
对花岗岩分异演化情况的揭示作用。
一、花岗岩演化过程中的大离子亲石元素
1.1
大离子亲石元素简介
在岩浆过程中，总分配系数大于
1
，趋向于保留在源区岩石的固相矿物中的元素为相容元素，如
Ni
、
Cr
、
Co
等；总分配系数小于
1
，趋向于进入熔体中的称为不相容元素，如
Ba
、
Rb
等。
不相容元素
包含高场强元素及大离子亲石元素，大离子亲石元素具有
离子半径大
（图
1
）、
离子电荷低
、
离子电位
π
＜
3
，
易溶于水
，
化学性质活泼
，
地球化学活动性强
等性质。花岗岩中富集大离子亲石元素，典型代表有
K
、
Rb
、
Cs
、
Ba
等
。
图
1
原子半径（来源网络）
1.2
大离子亲石元素在花岗岩演化过程中的变化规律
在微量元素组成上，目前已提出多种参数来表征花岗岩的结晶分异程度。花岗质岩浆在结晶分异过程中将导致
Cr
、
Ni
、
Co
、
Sr
、
Ba
和
Zr
等微量元素的显著降低
，以及
Li
、
Rb
和
Cs
等元素含量的显著增高
（
Gelman
等
, 2014; Lee and
Morton, 2015
）。相对而言，微量元素的比值在衡量岩浆结晶分异程度方面有明显优势，如通常使用的
Rb/Sr
、
Rb/Ba
和
K/Rb
等（
Halliday
等
, 1991
）。在日常研究中，
K
与
Rb
、
Zr
与
Hf
、
Nb
与
Ta
和
Y
与
Ho
等地球化学行为一致元素（简称双胞胎元素）的比值在一般的岩浆体系中并不会发生数值的变化（
Green, 1995
），
但当岩浆分异而发生性质上的明显改变时，这些比值都将显著变小
（
Bau, 1996;
Dostal and Chatterjee, 2000; Linnen and Keppler, 2002
）。
Rb
和
K
都属于大离子亲石元素，在地壳岩石中广泛存在。
Rb
具有较大的离子半径和较低的熔点，易在岩浆演化过程中分异；而
K
则相对稳定，其含量变化可以反映岩浆活动的强度和深度
（吴福元等
, 2017
）。前人研究表明，白云母的
Li
、
Rb
、
Cs
、
F
、
Ba
、
Sn
、
Zn
含量和
K/Rb
值与花岗岩的演化趋势和分异演化程度相关，即伴随
演化程度增高
，
云母
Li
、
Rb
、
Cs
、
F
含量升高，
Ba
含量、
K/Rb
值降低
（韩志辉等
, 2024
）。在岩浆演化初期，
Rb
元素含量较低，随着岩浆演化的深入，
Rb
元素逐渐富集于白云母中，导致
K/Rb
值降低。
二、花岗岩中的白云母和钾长石
白云母和钾长石是花岗岩中常见的造岩矿物，贯穿于花岗岩演化的各个阶段，不仅是整个岩浆结晶的产物，也是热液过程的参与者。它们的矿物结构和化学成分如
K/Rb
值对结晶介质化学条件反应灵敏，通常可以示踪花岗岩分异演化关系。
2.1
白云母中的
K
和
Rb
白云母为
层状硅酸盐矿物
，层间或八面体位置上可容纳
Li
、
Rb
、
Cs
、
Sn
、
Nb
、
Ta
等稀有金属（图
2a
）。
Rb
、
Cs
可以置换云母层间
K
，在
高演化花岗岩、伟晶岩中可以形成
Rb
、
Cs
为主的云母
（既可以是锂云母系列，也可以是黑云母系列）。
2.2
钾长石中的
K
和
Rb
钾长石属
架状硅酸盐矿物
，硅氧骨干中每个
[SiO
4
]
四面体所有
4
个角顶都与毗邻的四面体共用而成架状，架状骨干外空隙较大，通常会
引入低电价、大半径、高配位的阳离子如
K
+
、
Na
+
、
Ca
+
、
Ba
+
，也偶有
Rb
+
、
Cs
+
等进入
（图
2b
）。
图
2
（
a
）白云母晶体结构（李荣胜，
2008
）；（
b
）钾长石晶体结构（来源网络）
三、白云母和钾长石的
K/Rb
值在揭示岩浆演化中的应用
花岗质岩浆的结晶分异作用导致
Rb
在残余岩浆中富集，当晚期的富钾矿物（钾长石和白云母）结晶时，
Rb
替代这些矿物中的
K
，出现富
Rb
钾长石（天河石）和富
Rb
白云母，
形成富
Rb
花岗岩
。
3.1
白云母的
K/Rb
值与花岗岩演化
南京宏创电子探针实验室对两种不同的花岗岩岩体“分异演化程度较低的二云母花岗岩（岩体
1
）和分异演化程度较高花岗伟晶岩（岩体
2
）”中的白云母（图
3
）进行定量分析。测试中选取干净、平整且背散射图像均一的白云母进行分析，电压
15kV
、电流
20nA
、束斑
10
μ
m
。
从结果（表
1
）可知，岩体
1
中白云母的
K/Rb
值在
27-37
，岩体
2
中白云母的
K/Rb
值在
6-8
之间。岩体
2
中白云母比岩体
1
中白云母具有明显低的
K/Rb
值，表明
K/Rb
值可以有效揭示花岗岩的分异演化程度。
表
1
岩体
1
和岩体
2
中白云母电子探针定量分析结果
图
3
岩体
1
（左图）和岩体
2
（右图）中的白云母
南京宏创电子探针实验室另选两种不同的花岗岩岩体“分异演化程度较低的二长花岗岩（岩体
3
）和分异演化程度较高的
花岗伟晶岩
（岩体
4
，图
4
）”中的钾长石（图
4
）进行定量分析。选取干净、平整且背散射图像均一的钾长石测试，测试电压
15kV
、电流
20nA
、束斑
10
μ
m
。
从结果（表
2
）可知，岩体
3
中钾长石
K/Rb
值在
236-481
之间，数值较高，可反映其低分异演化程度；岩体
4
中钾长石
K/Rb
值在
17-36
之间，数值较低，可反映其高分异演化程度。
表
2
岩体
3
和岩体
4
中钾长石电子探针定量分析数据
图
4
二长花岗岩（
a
）和花岗伟晶岩（
b-e
）
四、总结
高分异花岗岩的强烈分异演化和熔流体作用通常是铷矿、锂矿等富集成矿的的关键因素（吴世保
, 2023
），而
K/Rb
值
等特征元素作为揭示
花岗岩分异演化程度
的参考指标，对
稀有金属找矿
等研究也有重要意义。
Bau M. 1996. Controls on the fractionation of isovalent trace elements in
magmatic and aqueous systems: Evidence from Y/Ho, Zr/Hf, and lanthanide tetrad
effect. Contrib Mineral Petrol, 123: 323-333.
Dostal J, Chatterjee A K. 2000. Contrasting behaviour of Nb/Ta and Zr/Hf
ratios in a peraluminous granitic pluton (Nova Scotia, Canada). Chem Geol, 163:
207-218.
Green T H. 1995. Significance of Nb/Ta as an indicator of geochemical
processes in the crust-mantle system. Chem Geol, 120: 347-359.
Halliday A N, Davidson J P, Hildreth W, Holden P. 1991. Modelling the petrogenesis
of high Rb/Sr silicic magmas. Chem Geol, 92: 107-114.
Lee C T A, Morton D M. 2015. High silica granites: Terminal porosity and
crystal settling in shallow magma chambers. Earth Planet Sci Lett, 409: 23-31.
Linnen R L, Keppler H. 2002. Melt composition control of Zr/Hf frac
tionation in magmatic processes. Geochim Cosmochim Acta, 66: 3293-3301.
刘鹏
,
张德会
,
吴鸣谦等
. 2020.
浅谈花岗岩浆热液的形成及成矿作用
[J].
地质论评
, 66(3):699-719.
