花岗岩：大陆地质研究的突破口以及若干关键科学问题

板块构造是20世纪人类最重要的自然科学理论贡献之一，迅速成为地球科学的主流理论。它很好地解释了大洋，较合理地解释了洋陆过渡带。但是在解释大陆问题时遇到困难，有些人称之为“板块难以登陆”。大陆动力学(Continental Dynamics)是1989年美国科学基金会(National Science Foundation, NSF)组织地学专家展望新世纪地球科学时撰写的白皮书“超越板块构造”(Beyond Plate Tectonics)中提出的固体地球科学新方向，继后在美国和中国的地质文献中开始频繁出现的新名词，是在当代板块构造新的发展基础上提出的重要科学问题和研究领域。它从大陆尺度研究大陆形成演化和动力学机制等基本问题，其核心是把大陆作为一个独立的动力学系统来研究。大陆的形成演化在欧美以及中国的地球科学领域战略规划中都作为核心前沿被提出。近几年来，美国科学基金会又将“大陆动力学领域”(“Continental Geodynamics”)改为“集成地球系统”(“Integrated Earth Systems”)，强调不同系统之间的联系，来阐明大陆系统与整个地球系统是如何相互作用的。

板块构造难以解释大陆构造的问题可主要归纳为以下几点：

(1) 大陆岩石圈可能不具全球尺度性质，它的概念受到挑战；

(2) 大陆裂解和碰撞的威尔逊旋回解释不了造山作用的全过程和复杂性，大陆物质的增生和消减过程仍是一个谜；

(3) 岩石圈内部结构的多层性及其层间的活动，对岩石圈的刚性特征提出了挑战；

(4) 使大陆岩石圈变形的力是多元的，也是多源的，岩石圈板块边界的相互作用力解释不了大陆内部变形的多样性和复杂性。

以上的科学难题都集中于大陆的形成以及岩浆作用。花岗岩无疑是核心研究内容之一。从物质组成而言，大洋的核心问题是玄武岩，大陆的核心问题是花岗岩。大洋中的洋壳岩石的寿命在2~3亿年，陆壳的岩石寿命可长达40~44亿年，和已知地球的年龄几乎一样长，它们记录了大陆的形成与演化的历史与过程。大陆演化对于认知地球具有无法替代的关键作用。花岗岩可以在某种程度上作为陆壳的代用词。虽然不少科学家一直在呼吁重视对花岗岩的研究，然而至今，花岗岩在大陆形成以至固体地球演化中作用方面研究的重要性还是被大大低估了，多数研究者还是把花岗岩看成与其它岩石相当的“岩浆岩”，使用一般岩浆岩的研究方法来研究。因此，花岗岩的研究仍未取得突破性进展。花岗岩作为大陆地壳演化的重要产物，只有跳出岩石学和岩石地球化学的范畴，才能真正成为理解大陆构造的钥匙。此外，花岗岩与矿产资源的关系非常密切，对我国资源安全保障及国民经济长期可持续发展具有举足轻重的作用。

花岗岩是地球科学具有重要意义的研究领域，经过半个多世纪的研究，中国在花岗岩研究中已经取得长足的进步，虽然还存在许多争论。经过长时间的考虑和调研，大家深感花岗岩对于大陆形成和改造具有非常重要的作用，认为把花岗岩研究从岩石学范畴提升到陆壳结构和演化范畴，是地学领域具有革命性意义的变革。为此，孙枢院士和笔者提出召开一次“香山科学会议”(2015年)，主题是“花岗岩：大陆形成与改造的记录”，旨在把花岗岩和大陆的形成演化密切联系起来，倡导花岗岩研究的革命，进而推动对大陆演化和大陆动力学研究的进程和突破。会议邀请了张旗研究员、陈国能教授和王汝成教授与笔者一起担任执行主席。会后在科学通报上发表了共同会议主席的署名文章“大陆演化与花岗岩研究的变革”(翟明国等, 2016)。

“香山会议”将花岗岩与大陆形成和改造的关系凝聚为3个专题：1) TTG片麻岩与早前寒武纪陆壳的形成：TTG的含义？TTG来自哪里？太古宙TTG与显生宙adakite的关系？初始大陆壳形成的过程及原因？2) 显生宙花岗岩与地壳演化：岩浆形成、上升、侵位与大陆运动学、动力学、热力学的关系？大陆花岗岩的地球动力学意义？花岗岩多样性的原因？3) 花岗岩与成矿作用：成矿与花岗岩有关已是不争的事实，但原因是什么？成岩与成矿是什么关系？岩浆与流体是什么关系？成矿元素来自哪里？为什么大规模岩浆活动与大规模成矿作用有关？

本文简单说明笔者对花岗岩研究重要意义的理解和建议。

花岗岩通用的定义是：Granite：plutonic igneous rock having visibly crystalline texture; generally composed of feldspar and mica and quartz(in: Glossary of Geology, Margaret et al., 1973)。在传统的教科书中，花岗岩是作为诸多岩浆岩的一种；在岩浆岩分类中，它被作为酸性岩浆岩的深成侵入岩来介绍的。中国的教科书一直沿用至今。新版的岩石学教科书虽然强调了“花岗岩是大陆地壳的主要组成部分”，但内容基本上是传统的岩浆岩的描述和研究方法。

最早的陆壳推测由高钠质的长英质片麻岩(TTG)组成。TTG是英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(Tonalite-Trondhjemite-Granodiorite)这三种中酸性岩英文名字的首字母缩写。TTG片麻岩组合是指主要由英云闪长岩、奥长花岗岩和花岗闪长岩类岩石经过变质变形后形成的片麻岩。TTG不能从地幔中直接熔出，是地幔熔融的玄武岩再次熔融形成的。初始的陆壳富钠，太古宙以后的陆壳开始明显富钾。洋壳的寿命仅2~3亿年，陆壳的寿命长达40~44亿年。查明TTG的起因即能揭开大陆形成之谜。显生宙大陆演化表现为大陆面积增长和大陆克拉通活化两个方面，两者均伴随海量花岗岩的产出，同时伴随有大规模的成矿作用。

地球是至今唯一发现有花岗岩的星球。与地球孪生的月球也具有壳-幔-核结构。月壳也可以分为月陆和月海。月海的成分是玄武岩，后者虽然成分与地球的洋壳在很多方面相似，但它不具地球洋壳的特征，是陨石撞击引起的月幔部分熔融的产物。月陆的成分则与地球陆壳的成分大相径庭，月陆的主要成分是斜长岩，而不是花岗质岩石。陨石坑比较是月球时序的经典研究，月海是在月陆上砸出的陨石坑，说明月陆形成早于月海。大量Apollo/Luna年代学数据也表明，月陆主要是高地(lunar highland)，斜长岩年龄在42亿年左右；月海玄武岩喷发峰值为39亿年左右(欧阳自远, 2005)。

岩浆洋模式是假设在星球演化的早期，地核以及一部分未熔融的下地幔之上，有一个被熔融的岩浆层，称为硅酸盐地球。岩浆洋经过岩浆分异作用，可以分离出斜长岩层以及被纯橄岩层作为界面的壳幔界限，从而形成壳幔结构(图 1)。科学家对地球的研究结果并没有发现代表最早陆壳岩石的斜长岩。已有的各种研究似乎都证实，最早的陆壳岩石是一类富钠的花岗岩类岩石，即TTG岩石。

TTG主要由富钠的斜长石(钠长石、奥长石)和石英组成，含有少量的角闪石、黑云母和钾长石等。其岩石化学特征是75%>SiO2>64%；CaO的含量变化较大1.5%~4.5%；Na2O=3%~7%；K2O < 2.5%，但通常小于2%，K2O/Na2O < 0.5；(FeOT+MgO) < 3.4%，FeOT/MgO=2~3，Mg# < 45(Mg#=Mg2+/(Mg2++Fe2+)×100)。其中花岗闪长岩相对富钾。还可据Al2O3和SiO2的含量将TTG分为高铝和低铝两类。TTG具有高的(La/Yb)N(>15) 和Sr/Y(>20) 比值，高的Sr含量(>300×10-6)，低的重稀土含量(Yb < 2×10-6)，Eu/Eu*和Sr/Sr*无异常或正异常，具有富集大离子亲石元素(Rb、Ba、Sr)、亏损高场强元素(如Nb、Ta、Ti)、低相容元素(Ni < 18×10-6，Cr < 40×10-6)含量的特征(张旗和翟明国, 2012)。绝大多数太古宙TTG片麻岩都具有正的εNd和εHf值以及略高于地幔的δ18O值。太古宙TTG片麻岩的成分不仅有一定的变化范围，而且随着时间演化有一定的演变趋势。从太古宙早期到晚期，TTG片麻岩的SiO2含量有降低的趋势，但K2O、CaO+Na2O、MgO、Mg#、Sr、Ni、Cr和REE都有升高的特征。

全球太古宙克拉通主要由长英质片麻岩组成。平均来看，长英质片麻岩可以占到太古宙地壳面积的三分之二以上(Martin, 1993; Windley, 1995)。同位素地球化学资料表明许多TTG片麻岩代表由地幔新生长出来的陆壳。因此，大陆地壳生长问题在很大程度上也就是TTG片麻岩地体的成因问题。从某个角度讲，大陆形成之谜可以简化为TTG形成之谜。

玄武岩岩浆的分离结晶不可能形成巨量的TTG片麻岩而没有相对应数量的其它类型的岩石(如：闪长质的岩石，堆晶的超镁铁质岩和辉长岩)；而且，如果是简单的分离结晶，那么会有比TTG片麻岩更多的超镁铁质残留相。地幔橄榄岩的部分熔融，则被证明只能形成玄武岩或者玄武安山质的岩石(图 2)，即使是极低的部分熔融产生少量的长英质熔体，也很难获得与TTG一样的微量元素特征。虽然TTG的氧同位素以及流体活泼元素显示出TTG有经过低温热水过程，但仅仅是沉积物硬砂岩的部分熔融，很难产生TTG这么富钠的岩石类型。因此，镁铁质质岩石在高压条件下部分熔融形成TTG是目前最为流行的成因解释。难点是早前寒武纪主要的火山岩是科马提岩-玄武岩组合，成分与目前建模的玄武岩不同，当时的地热梯度、流体状态等也不相同。特别令人费解的是，在浩如烟海的TTG岩石中，至今没有发现过任何镁铁质岩石的熔融残留相的保留。到目前为止，关于TTG的形成条件和构造背景一直都在探讨和争辩当中，很难确定哪一种模式能够完全合理的解释TTG的成因以及早期地球的动力学过程(Jahn et al., 1981; Moyen and Martin, 2012)。

TTG质花岗岩不能从地幔中直接熔出。它必须经过地幔熔出的玄武岩类再次熔融才能形成。从地幔中熔出的初始基性岩壳，并不能简单称为陆壳，因此有了一个专有名词“juvenile crust(初始地壳)”(Drummond and Defant, 1990; Martin, 1993；图 3)。推测最古老的TTG年龄约在44亿年，与月壳斜长岩基本一样。大规模的TTG岩石不可能来自星球早期岩浆海的结晶分异，因为月球和其他内行星的岩石圈均未发现此类岩石。虽然TTG不可能从地幔橄榄岩类岩石直接熔出，但从地幔熔出的玄武质岩石再次熔融可以产生少量的TTG岩石，故一种可能是太古宙的TTG源于玄武质初始地壳的再次熔融。问题在于，撞击作用导致月壳或月幔局部熔融而产生的月海岩石主要为玄武岩而非TTG，说明玄武质岩石的再次熔融也难以产生有规模意义的TTG岩石。另一种假说是认为地球在太古宙已存在以绿岩带为代表的古老洋壳，其熔融或经过高级变质产生了以TTG为代表的陆壳(Kusky, 2004)。该假说的问题是，绿岩带与现代洋壳存在结构和成分上的巨大差异(Bickle et al., 1994; Hamilton, 1998)，且在绿岩带中至今未找到被公认的残留洋壳，TTG中也未找到代表洋壳熔融的残留物(Zhai, 2014)。从变质作用角度看，绿岩带大多未变质或只经历了低级变质作用，而以TTG为主的高级区则经历了高温变质作用，用洋壳俯冲模式解释非常困难。还有一些研究者假设在地球上最早的岩浆海应该分异出玄武岩海，即地球上先存在一个大洋，大洋的演化导致洋壳的部分熔融，形成陆壳。在西格陵兰发现有3.7~3.8亿年的TTG片麻岩，并有与其伴生的3.7~3.8Ga的沉积岩和基性火成岩，沉积岩中代表性的岩石组合是条带状硅铁建造(BIF)，它们是在有生物参与氧化条件环境形成的化学沉积岩，说明在3.8亿年前已有海水的存在并在地质过程中发挥着重要作用。但至今为止尚未找到当时存在板块构造的证据，故部分学者提出其形成可能与地幔柱的活动有关(Condie, 2001)；还有人推测在太古宙有大量铁镁质-超镁铁质岩浆岩(火山岩)也与地幔柱有关，它们的形成期与TTG同步，TTG地幔柱成因模式可能比洋壳俯冲模式更为重要；如此等等，还有许多亟待解决的科学难题。因此有些科学家称“TTG岩石”和“高级麻粒岩地体(包括这些岩石的变质条件与蠕变强度等)”是早期大陆的“两大疑案”。

2.5亿年作为太古宙与元古宙的界限，其中的含义还远远没有被揭示。尽管一些科学家坚信能够找到>2.5Ga的洋壳，但至今未取得重要突破。古元古代可能有初期板块构造的痕迹，直至新元古代(2.0Ga)可能才开始进入类似于显生宙的早期板块构造体制(Zhai and Santosh, 2011)。经过7~18亿年的地球中年期(翟明国等, 2014; Zhai et al., 2015)，地球形成了现今的固体圈层，进入了现代板块构造阶段。元古宙和显生宙的大陆以不断地离裂、拼合为特征。这种过程不仅反映在旧洋盆的消失和新洋盆的产生以及陆壳的增生(如古亚洲洋构造带和特提斯构造带带)上，同时还造成大陆克拉通的活化或破坏(如中国东部中生代)以及海量花岗岩的形成。

大约在太古宙末和古元古代早期，钙碱质花岗岩数量大大增加，指示地壳从早期的钠质变为钾质，变得成熟化，也暗示地壳演化的构造机制发生重要变化。岩石是大陆演化的物质记录，它记录了大陆的起源、过程、变化和现状。早期陆壳与成熟陆壳的演变，明确的显示出大陆演化的时控性与不可逆性。经典地质律条“将今论古”的“论”字，将不再是简单的“类比”，而应强调“比较学”的科学内涵，现在的比较学研究虽然是初步的，但已经前瞻性地观察到大陆和地球的从“生”到“死”的演化特征及其不可逆转的发展规律。近些年来一些研究说明洋陆转换带附近有大量花岗岩形成，花岗岩大地构造岩石学应运而生。然而我们还应注意到，花岗岩并非只发生在洋陆转换带。陆内的花岗岩作用可能并不简单是板块边缘作用的远程效应。

地球物理学家曾报道在下地壳的中-上部存在广泛分布的低速层(图 4)。因此有争论是否在下部地壳中存在花岗岩层(Kuznetsov et al., 2008)。这个低速的岩层，也被解释为岩石相变，即在最下部“干”麻粒岩相层之上，存在混合岩化的麻粒岩相层，混合岩化的角闪岩相层，它们表现出类似花岗岩层的结构特征，再向上是未混合岩化的角闪岩相层(Weaver and Tarney, 1983)。下地壳结构以及混合岩化的地质含义还需要挖掘，但是它对于地球圈层的稳定，以及对于大陆块体长期保存和稳定化所起到的作用，必将是大陆动力学研究的重要基础。现代地球观指导下的大陆物质演化研究，有可能进一步揭示大陆自身的演化、以及和海洋协同演化的奥秘。从花岗岩类的物质演化和变质温压体系的时代差异入手探寻大陆从古到今演化的动力学历程，以及是否大陆内部的运动以及陆壳物质/结构的变化是受控(继承)于大陆形成以来的固体大陆岩石圈体系，及其发生在现代板块边缘或洋陆转换带的构造作用对大陆的影响与改造的方式等，都是大陆动力学有望突破的着眼点。

大陆地壳的演化和改造主要是通过岩浆作用完成的，花岗岩是大陆演化和改造的产物。显生宙大陆演化主要表现在两个方面：一是大陆的横向增生，二是大陆的垂向分异(包括大陆的减薄、加厚以及克拉通活化或破坏)，两者可能均与板块活动有关。洋盆关闭导致陆缘或陆间造山带的形成，是显生宙大陆增长的基本形式。新陆壳形成的标志是伴随着造山作用而产生大量的花岗岩。换言之，大陆地壳增长的同时，伴随着大量的岩浆活动。所以，显生宙不同时期的造山带(如古生代的中亚造山带、北美的Appalachian造山带和欧洲的Caledonian造山带、中-新生代的特提斯带和环太平洋带等)同时也是相应时期花岗岩带的展布区(陈国能等, 2015)。理解中国东部中生代独特的大规模陆内变形和强烈岩浆作用的时空分布与演变过程，是认识大陆再造地球动力学机制的一个例子。它表现为陈国达先生所揭示的“大陆活化”(陈国达, 1959)，改变了大陆的壳层结构和热结构。不仅如此，大规模岩浆活动还造就了巨量的矿产资源。花岗岩在大陆演化和改造过程起到了什么样的作用？什么原因造成岩石圈某些部位(包括地幔、下陆壳、和上陆壳)的岩石发生熔融，从而生成大规模的花岗质岩浆？大规模花岗质岩浆上升到地壳浅部对大陆地壳重组、变形和地表环境产生何种影响？等等，这些都是大陆地质学长期争论的重大问题，关系到大陆地质学的理论基础。目前人们对大陆演化和改造的过程、机理与动力学机制等的了解还十分有限。因此，元古宙和显生宙大陆演化最重要和最困难的科学问题仍然是花岗岩问题。

华北东部在中生代发生过重大的构造转折和岩石圈减薄，很可能是具有典型意义的陆内构造运动，这为发展大陆动力学提供了很好的实例与难得的机遇。华北中生代构造体制转折始于ca.140~150Ma，终于ca.100~110Ma，峰期是120Ma，总体上由挤压构造体制转化为伸展构造体制，由~EW向转变为~NNE向的盆岭构造格局。华北东部的岩石圈地幔和地壳都发生过大规模减薄(图 5)。但是转折过程存在复杂的细节和多次挤压与伸展的转变，边缘与克拉通内部和北缘与南(东)缘之间在时间和空间上也有一定的变化。华北东部中-新生代岩浆岩可以划分出两组相互对比的产出环境：1) 克拉通内部(鲁西、南太行、辽东等地)和边缘(北缘(从西往东)：阴山、燕辽和北太行山、吉南；南缘：豫陕(东秦岭)、北大别、胶东)；2) 在时间上，华北东部的中-新生代可大致分为三个大的演化阶段：① 三叠纪-侏罗纪：以造山期后壳源岩浆的侵入为主，以深-中深成侵位的花岗质岩基为特征；② 早白垩世：幔源+壳源+壳幔混合岩浆，侵入岩和火山岩均发育，既有大岩基又有大量小岩体和次火山岩体；③ 晚白垩世-第三纪：单一的大陆玄武岩。不同时代的碱性岩石的同位素和微量元素特征显示，古生代的地幔源区是亏损地幔，中生代的地幔源区则是富集地幔，而且从~180Ma到~140Ma和~120Ma富集程度增加，但是到了新生代，地幔源区又变为轻度亏损的趋势，在εNd-εSr图解上大致处于原始地幔和MORB的交叉范围。与华北岩石圈构造演化与岩浆活动相耦合，存在中生代两大成矿系统：(1) 早-中侏罗世造山后成矿体系，花岗岩沿克拉通边缘侵入，火山岩较少，地壳较厚，埃达克质岩较发育，以沿克拉通边缘发育的钼矿化为主；(2) 白垩世陆内伸展成矿体系，遍及全区的火山-侵入活动，岩石圈和地壳减薄，下地壳大规模换底，华北东部出现了地质流体的强烈发育和集中排放。与以浅层侵位-喷出岩浆岩有关的浅成热液型-斑岩型(包括矽卡岩型)金-多金属-钼矿床为主，主要矿床类型有以下两个系列：1) 与中-酸性岩浆活动有关的斑岩型钼矿床和浅成热液矿床，包括金、银、铅、锌矿床等，成矿主要时代在134~148Ma；2) 与基底重熔和深成侵位花岗质岩体有关的爆发式大规模金矿作用，遍布在华北东部的克拉通边缘以及克拉通内部，主期在120±10Ma。对华北克拉通减薄与大规模岩浆活动的机制有许多解释，都认为是陆壳基底发生了强烈的活化和再造，对其根源解释不一，除古太平洋俯冲外，周围块体的综合作用，以及陆内构造机制都有提出(Xu, 2001; Zheng et al., 2003; Zhang et al., 2005; 吴福元等, 2003; Zhu et al., 2012; 董树文等, 2008; 赵越等, 2004; Zhai et al., 2016)。

“大陆成矿作用”是人们关注的焦点。迄今为止，人类所探明、了解和研究的矿床，特别是已开发的矿床，绝大多数都在陆地上。研究还发现，在地球45亿年的演化进程中，一些金属矿床类型及矿种只形成和分布于特定的地质时期，并在地球演化进程中不再重复出现，而且矿种从比较单一变得复杂多样，表现出明显的时控性(图 6)。成矿作用与大陆演化密切关联，是大陆物质演化的记录，受到重大地质事件，特别是早前寒武纪的陆壳巨量生长、大氧化事件、古元古代构造体制转折与早期板块构造、中-新元古代的长期伸展与多期裂谷事件、新元古代超大陆裂解与雪球事件、现代板块构造、中-新生代陆内作用等全球事件的制约与控制(Zhai and Santosh, 2013)。成矿作用中，陆壳的活化再造以及造山带花岗岩和大陆生长起到了至关重要的作用(毛景文等, 2004; 侯增谦等, 2012)，涉及到诸多矿产。人类开采利用的固体矿产资源中90%以上来自大陆地壳，如钨、锡、金、铜、钼、铌、钽、稀土等重要资源主要与花岗岩有关。这些矿床的成矿元素来自花岗岩本身还是来自其围岩和源岩？为什么花岗岩的形成过程可以导致这些在地壳中高度分散的元素聚集堆积？大规模岩浆活动与大规模成矿作用有关已是不争的事实，但原因是什么？成岩与成矿是什么关系？这些都是花岗岩与成矿关系研究中争论颇多和难以完满解释的问题，也是今后研究中需要特别关注的问题。

① 杨奎峰.2016.华北克拉通的成矿演化的时代专属性.北京:国家“973”项目“前寒武纪重大地质事件与成矿”总结会

中国是花岗岩极其发育的国家，也是花岗岩研究的大国。花岗岩研究有许多积累和进展，特别是我国精确的定年技术发展和地球化学分析技术的提高，促进了研究水平的提高，花岗岩的研究特别是花岗岩类的研究成为论文发表的“大户”，已经有中国学者对此做了总结(马昌前等, 2006; 肖庆辉等, 2007; 徐夕生, 2008; 徐夕生和贺振宇, 2012; 张旗, 2014; 张旗等, 2014; 陈国能等, 2015; 吴福元等, 2015)。早期陆壳的形成也发表了大量的研究论文，在国际上产生了重要影响(Geng et al., 2006; Wan et al., 2011; Zhai, 2014; Diwu et al, 2013)。

我国花岗岩研究最主要的研究进展有以下几点：1) 花岗岩的构造环境；2) 花岗岩成因类型；3) 花岗岩的地球化学研究；4) 花岗岩形成过程中岩石圈地幔与软流圈地幔的影响；5) 岩浆分异与高分异花岗岩；6) 陆壳活化与再造；7) 大陆边缘花岗岩与陆壳增生；8) 混合岩化与花岗岩；9) 高级变质作用与深熔作用；10) TTG与早期大陆地壳形成；11) 花岗岩形成的热源与机制；12) 岩浆混合作用；13) 花岗岩与成矿作用；14) 大陆花岗岩的动力学意义等等。此外，专项和典型地区的研究，包括：1) 中亚增生型造山花岗岩及年代格架；2) 华北克拉通破坏与岩浆作用；3) 华南大花岗岩省与成矿；4) 喜马拉雅巨型花岗岩带与碰撞成矿；5) 华北古元古代花岗岩与裂谷-俯冲碰撞作用；6) 华北最古老陆壳与多阶段陆壳增生；7) 中央造山系大陆深俯冲与岩浆作用等等。

我国花岗岩在取得诸多成绩的同时，也存在许多不足，这是目前地质界高度关注的问题。例如，分析技术的高端化，必定为样品的典型性、针对性、代表性甚至目的性带来更高的要求，否则数据越多，解释越困难，甚至会对某些研究带来误导，反而干扰了研究，这样的案例并不罕见。

花岗岩研究的突破点可以找到不少，也都有难度。我仅结合我国研究面临的问题和大家关注的问题，提出几项不成熟的意见供参考。

实验岩石学和理论模拟实验都证实地幔是不能直接通过部分熔融形成花岗岩浆的，这就引发了大陆初始地壳是如何形成的——这一长期探索而至今没有定论的问题。目前存在先有洋壳还是先有陆壳、以及什么机制引发玄武岩层再次熔融的争论，但没有人怀疑绝大多数TTG岩石具有地幔同位素和元素地球化学的性质，其原因是它们继承了玄武岩的源区特征。但是到了显生宙的花岗岩研究，尤其是近年来分析手段的提高，更多花岗岩及其成岩矿物或锆石等副矿物的地球化学的分析，发现一些类似地幔的性质，于是花岗岩组分中有地幔岩浆混入的说法渐多，并且还计算了花岗岩中地幔岩浆比例有多少。在公开发表的文章中，有地幔岩浆占60%以上甚至百分之百的，这个说法对于我的知识结构而言是完全不能接受的。因此建议从相图入手，从实验岩石学和理论模拟和熔融条件的讨论入手，将一些基本的理论问题厘定清楚。

虽然地幔不能直接部分熔融形成花岗岩浆，但是有一些研究发现有些元素特别是微区原位分析的结果，可能记录了它们直接来自地幔(Yang et al., 2006)，而矿床学的研究几乎一边倒的认为，具有地幔属性的金属元素在成矿时就是从地幔来的。来源于地幔的元素和物质，在后来的运移包括再次熔融，都有可能记录了原来的地球化学信息。但是也不排除某些我们不清楚的地球化学规律使得地幔的某些元素直接加入到花岗岩浆或者地壳以及地表。除了流体之外，类似的地幔汁和地幔气的文章也有不少，但总体上令人信服的证据还不多。元素的运移和沉淀机制应是一个研究方向。

花岗岩问题离不开地幔，它一定是壳幔相互作用的结果。除物源区组成外，如果花岗岩形成的三要素是加热、减压和水(流体)的话，最主要的因素，热源，就一定与地幔的活动有关。但地幔如何提供热的机制并不清楚，泛泛的讲地幔隆升或大量地幔熔融提供热是不够的。一般认为，岩浆热场实际上指的就是岩浆对围岩的热效应，热主要来自未固结的岩浆，岩浆加热了围岩，使下地壳、中地壳和上地壳的下部在一个短暂的时间内保持一种高热状态。张旗等(2014)强调岩浆热场是瞬间的突发性事件，持续的时间从几年到几个百万年。岩浆热场最重要的意义是，它是热液赖以上升的通道。岩浆形成与地幔的关系就要复杂得多，可能不同的构造环境在地幔的组成、结构、热状态和机制都不同(徐夕生和贺振宇, 2012)。

传统的花岗岩分类一直沿用至今。S型、I型、M型和A型等，主要是讨论花岗岩岩浆的源区岩石类型。S型的花岗岩是来自沉积岩，I型来自火成岩，M型是指幔源基性岩浆分异出来的。A型花岗岩的定义较混乱，有人更强调在伸展过程中的地幔作用，甚至有极端的看法认为是来自地幔的熔融。最近张旗(2014)强调A型花岗岩是富碱、贫水的花岗岩类, 地球化学上以贫Al、Sr、Eu、Ba、Ti、P为特征，形成于低压高温条件下，没有源岩组成的制约。A型花岗岩的实质为：在低压下部分熔融形成的花岗岩类，大多产于地壳伸展减薄的构造背景中，是花岗岩中形成深度最浅的类型。由此看来花岗岩分类的研究是有意义的，但意义不应过度放大和解读。例如大陆内部的花岗岩原岩可以是沉积岩，也可以是火成岩，而且原岩不单一，互层的沉积岩和火成岩都可能熔融，它们或具有I型与S型、M型的混合属性。

在花岗岩研究中，构造环境判别是是进展最大的，也是争议最多的。岩石化学和地球化学的构造环境判别的成功例子是应用于玄武岩。由于玄武岩都来源于地幔，它对地幔性质和熔融比例以及陆壳的混染等等的研究都有较厚实的基础和依据。尽管如此，大数据的提取，也发现简单的判别图解和公式仍有很大改进空间。对于来自陆壳熔融的花岗岩，简单的地球化学图解是严重缺乏依据的。例如一个原来岛弧属性的地质体在成为大陆一部分很长时间之后，再发生部分熔融仍记录岛弧属性，但不是该花岗岩形成的构造环境。祖孙几代可以提取共同的基因，是一个不难理解但又普遍混淆的问题。花岗岩构造地球化学图解的权威Pearce JA(口头报告，2016年南非世界地质大会)本人也强调用单一的图解是不可行的，需要综合讨论。鉴于花岗岩的复杂性，对于花岗岩的岩石组合的研究是重要的，同时要特别重视花岗岩区的地质情况。任何数据和地质背景的研究，后者都是第一位的。成功的研究例子，我推荐周新民(2003)对华南花岗岩的研究。他对四期花岗岩的研究包括华南花岗岩多时代的划分、花岗岩填图、典型岩体和成矿专属性的地质与地球化学研究，结合华南地质背景以及周边地质和构造演化的综合思考，从而对20世纪60~70年代建立起来的地质框架和细节，特别是在华南花岗岩地球动力学方面作了重大发展和补正。

岩浆混合作用是花岗岩热点之一。板底垫托将地幔的作用与下地壳熔融密切联系起来。板底垫托的作用至少表现在两方面：一是提供热源，二是提供物质。后者指的是底垫的辉长岩类自身再熔融形成的花岗岩浆，应该是具有埃达克岩或TTG岩浆的性质。而下地壳熔融的花岗岩性质则应该是钙碱型花岗岩。花岗岩浆的发育和演化受对流地幔(软流圈)和壳幔相互作用的制约(肖庆辉等, 2009)或者引起了大陆与大洋岩石圈的循环(陈国能, 2011)，是壳-幔相互作用研究与花岗岩形成演化紧密结合的重要方向。由地幔作用参与的底垫辉长岩(有文献称为初始陆壳，应该不太妥当，建议初始陆壳的用词限定在前寒武纪陆壳形成和生长期)和陆壳花岗岩浆就出现了岩浆混溶问题。辉长岩熔出的花岗岩浆是高钠质的，具有地幔源区特征，陆壳熔出的花岗岩浆是富钾的，它们在密度、粘滞度、温度和形成深度上较为相似，但是混溶的程度和机制都不清楚。秦岭地区出露的带有似环斑结构的花岗岩可以作为例子(卢欣祥等, 1999)。稍早钙碱性花岗岩的钾长石斑晶被稍晚的高钠质的岩浆混合，造成富钠长石在钾长石斑晶外形成环边。很显然，出现这种岩浆混合指示板底垫托的岩浆活动是脉冲式的。混溶问题的范围还不只是两大类花岗岩浆之间，还包括底垫的辉长岩浆直接与花岗岩浆混合(马昌前等, 1992, 2006)。辉长岩浆与花岗岩浆无论在密度、粘滞度、温度和形成深度上都有极大的差异，大面积混合是不可能的。许多研究者也都指出它们在壳幔结合的某些部位可能会出现，而且影响范围有限，不可能造成大的岩体甚至岩基的地球化学性质改变。经常观察到的现象是大小不一偏暗色的岩浆结晶团块出现在花岗岩中。暗色的成分是闪长岩质的而不是辉长岩质，指示小规模的辉长岩如岩墙被花岗岩交代，造成岩浆混合的现象。这种混合在花岗岩成因与陆壳演化中的意义都不应该被过度放大。

岩浆分异是岩浆作用的基本形式之一。基性岩浆的演化可以从超镁铁岩、辉长岩以及闪长岩或花岗岩，可以通过矿物的顺序结晶以及其它方法模拟出来。花岗岩是否可以分异演化是有争议的。张旗(2014)认为，在下地壳底部花岗质岩浆经历了初熔、汇聚、混合的系列过程。这是花岗岩逐渐演化的过程，是从不均一到均一的过程。花岗岩浆没有分异结晶的矿物结晶顺序基础，也受到其粘滞度的影响。吴福元等(2015)通过喜马拉雅淡色花岗岩的研究，认为前人关于“该花岗岩是原地-近原地侵位的纯地壳物质来源的低熔花岗岩”的认识是错误的。应该属于经历了分异结晶的高度分异的花岗岩，是真正意义上的异地深成侵入体。其形成与高喜马拉雅岩系的俯冲、深部部分熔融和随岩系折返有关，这种大规模地壳混染和结晶分异，在以往的花岗岩研究中还没有进行过详细研究。笔者强调挥发分在花岗岩演化中的作用。

花岗岩巨大的占位空间一直是争议和无解的问题，从花岗岩被发现之日起这个争议就没有中断过。在莱伊尔(2008)的地质学原理的描述中，大的花岗岩基与被侵入的地层之间只是侵入而没有任何接触部位被挤压的现象。花岗岩是原地重熔、变质注入、异地重熔等，在地质界都有不同的观察和解释。程裕祺先生在变质岩的一些基本问题和工作方法中，专门介绍了混合岩化和花岗岩化的概念(程裕祺等, 1963)。而后，岩浆说占上风。这与原地重熔说和再生岩浆说的理论不能突破有关。对于岩浆说来说，超大规模的岩基以及地质观察中看到的混合交代现象以及与沉积岩在深部地壳的过渡关系，是其理论突破的一个瓶颈。我国的花岗岩不仅表现为单个大岩基，还表现为大的花岗岩区，或被称为大花岗岩(长英质火成岩)省(王德滋和周金城, 2005; 徐夕生, 2008)。地槽造山(TTG)和地台活化演绎而来的原地重熔学说在国内也被频繁提起(陈国能和洛尼·格拉佩斯, 2009; 陈国能等, 2015)。金巍(未刊)、曾令森和高利娥(2017)提出了深熔作用的机制，魏春景(2016)通过变质泥质岩高温-超高温变质相平衡建立了S型花岗岩成因的定量模拟。相信争论还会继续下去，并希望能在中国学者的研究中得到突破。

早期大陆壳的起源、生长和稳定化是一个永恒的主题，因为它涉及了太多的地质问题。多数意见倾向于先有基性壳，但是对于二次熔融机制，地幔柱或俯冲模式都有未解的难题。显生宙的陆壳原来多认为主要是活化和再造，以及在洋陆边缘的有限度消耗和增生中形成的。中亚造山带的大量花岗岩的形成，似乎表明显生宙的陆壳增生比例比原来想象的更大。研究表明，东北地区的花岗岩主体是在板块拼合之后形成的(吴福元等, 1999)，在这些花岗岩形成的当时有大量地幔物质进入地壳，但目前地表并没有见及大量幔源岩石的出露，这表明地幔物质可能以板底垫托形式赋存在地壳底部。这些花岗岩主要表现为低的初始锶和高初始钕，显示其形成与地幔关系密切。但是与地幔有关的基性岩石如果部分熔融不是形成高钠低钾TTG系列花岗岩而是形成钙碱性花岗岩，在相图上不能得到验证。对其年轻的钕模式年龄(tDM < 1000Ma)的分析表明，地质历史上的新元古代-显生宙也是地壳增生的重要时期，同时垂向增生也是地壳生长的重要机制。中国学者的研究还把大陆生长分成不同的方式，如大陆循环型、地幔物质对流对古老陆壳改造型等(肖庆辉等, 2009; 王涛等, 2014)，对于花岗岩与大陆演化的实质的探索还有漫长的道路要走。

成矿作用中，地壳活化与花岗岩起到至关重要的作用。花岗岩与成矿作用最本质的内涵就是来源于地幔的金属元素在地壳中富集成矿。究竟是什么地质过程导致了成矿元素如此不均匀地巨量富集？成矿物质来自何处？成矿流体的来源与性质？成矿物质是如何富集并最终聚集成矿的？究竟是哪些地质过程、物理化学条件控制着特定成矿物质的运移、富集？这些问题与陆壳的演化密切相关，其中一些则与花岗岩有成因联系。

对于以上10个问题、难点或急需破解的问题，限于篇幅，特别是限于笔者的知识结构，仅点到为止，引文也多是国内学者的总结，没有直接引用国外文献。错误难免，能起到让同行注意的作用，就是本文的初衷和目的。

花岗岩的广泛分布、多样性以及在大陆演化中的作用，说明对它的研究远非如一般的岩浆岩的方法可以完成。

中国是花岗岩大国，未来中国花岗岩的研究理应也必然能够做出更大的贡献。笔者想要强调的是，要把花岗岩和大陆的形成演化密切联系起来，强调花岗岩研究必须予以变革，进而推动对大陆演化和大陆动力学研究的进程和变革。

变革主要体现在研究思路、研究方法和研究方向上。目前的研究主要着重于花岗岩地球化学方面，地球化学主要关注源区性质和大地构造背景的研究。本文强调花岗岩动力学和热力学领域的研究，强调花岗岩对大陆形成、结构和改造方面的作用，这对于创立大陆花岗岩新的理论是有重要启示的。大数据是当今的热门话题。花岗岩如何应用大数据技术是一个亟待探索的问题。大数据的特点主要不在于数据的大，而在于思维的新。对海量的花岗岩地球化学数据进行挖掘，可能会取得令人瞩目的成果。