花岗岩是大陆地壳的主体，其成因与演化是理解大陆如何形成和演化的关键。一个长期悬而未决的核心争论，即长英质花岗岩，尤其是过铝质花岗岩，究竟是地壳物质部分熔融的产物，还是幔源岩浆分离结晶的产物？全球已发现的地壳剖面（如科基斯坦弧、南内华达和阿拉斯加）显示出下地壳（<7 kbar）岩浆的成分与压力具有相关性，这种成分分层表明分离结晶可以将玄武质幔源岩浆演化至中-基性成分。在理论上，这些中-基性岩浆应该在中-上地壳进一步被提炼至中-酸性岩浆成分。然而，成分分层现象并未在已知的地壳剖面上被观察到。这种缺失有可能是被后期的岩浆过程抹除，也可能是分离结晶模型本身存在一定的局限。回答这一科学问题的关键是在全球中-上地壳剖面中寻找成分分层的野外证据。

针对上述科学问题，6165金沙总站最新路线（北京）朱弟成教授团队对北美新英格兰阿巴拉契亚造山带中一个典型的、暴露了巨大垂向深度的岩浆系统 —— Kinsman岩套（图1）开展了深入研究。通过详细的野外地质调查、岩石学、地球化学及热力学模拟研究，取得的创新性认识如下：

（1）发现并重建了一条连续的大陆弧地壳剖面。Kinsman岩套的主体—Cardigan岩体，记录了从约28公里到仅4公里深度的连续侵位历史（图2）。该地壳剖面直接提供了壳内侵入岩成分连续演化的窗口。

（2）为“变压分离结晶”驱动岩浆演化提供了直接的野外证据。Kinsman岩套的成分从深到浅呈现出极强的分层性：从高压到低压，侵入岩的SiO₂含量逐渐升高，而MgO、FeO_total和CaO等含量逐渐降低（图3）。结合野外现象和热力学-化学模拟，本研究认为这种成分分层是岩浆在上升过程中不断经历变压分离结晶的结果（图4）。

（3）证实强过铝质岩浆的主体成分来自幔源，并通过变压分离结晶演化形成。 通过对比Kinsman岩套与其深部同期超镁铁-镁铁质堆晶岩的锆石Hf同位素，本研究发现它们享有共同的岩浆源区。模型计算表明，该源区的主体（约65–95%）为来自地幔的原始弧岩浆，仅混染了相对少量（约5–35%）的地壳沉积物（图4）。这一发现挑战了强过铝质花岗岩主要源于地壳沉积物熔融的传统观点，证实了在大陆弧背景下，幔源岩浆通过变压分离结晶过程也可以形成大规模的强过铝质花岗岩。

著名美国岩石学家George Bergantz教授的评审意见认为，这项工作为“穿地壳岩浆系统”模型提供了坚实的野外地质证据，让该模型不再仅仅是一个卡通示意图”。George Bergantz教授表示他将计划将这篇研究成果用在他的研究生讨论课上，作为如何基于野外研究来推进和检验科学概念的典范案例（图5）。

图1 新英格兰阿巴拉契亚造山带及Kinsman岩套地质简图

图2 Kinsman岩套的温度-压力结果及区域压力填图

图3 Kinsman岩套的化学成分与侵位压力的相关性图解

图4 Kinsman岩套的矿物-岩石成分和热动力学模拟

图5 岩石学家George Bergantz教授的部分评审意见

该项研究得到国家自然基金委创新群体项目（42121002）资助（第一资助）。

上述研究成果发表在地球科学领域国际著名期刊《Earth and Planetary Science Letters》上，论文信息：Liu, Z.^* (刘泽), Jagoutz, O., Molitor, Z., Ramezani, J. and Zhu, D.-C. (朱弟成), 2025. Crustal section in the New England Appalachians records polybaric fractional crystallization-driven magma differentiation. Earth and Planetary Science Letters, 671, 119647. [IF2024 = 5.1]

全文链接: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119647