近日，中国地质调查局青岛海洋地质研究所在莱州湾海岸带地下咸（卤）水演化研究方面实现新突破，该研究揭示了长期开采条件下含卤地下水系统的水化学演化规律，为卤水资源的可持续开发利用提供了理论基础。该成果发表在环境科学领域国际顶级期刊Science of the Total Environment（IF=10.753）。

莱州湾海岸带地下卤水水动力水环境敏感脆弱，易受人类活动胁迫，特别是近几十年大规模工业化开采，引起地下淡水咸化、卤水浓度下降，地下水水化学是否发生重要改变？在人类开采活动影响下不同界面的水化学变化过程以及未来卤水的水化学变化趋势尚不明确。因此，为满足卤水资源的可持续开发利用和保护地下水环境，急需清晰阐明人类活动影响下的含卤地下水系统水化学演变规律。该研究基于长序列地下水水化学数据，定量分析和模拟地下卤水开采过程中的多界面（卤水/咸水、咸水/淡水）地下水水化学演化过程。

研究表明，过度开采前后卤水地下水位和浓度变化显著。通过稳定同位素特征发现浅层地下咸水对地下卤水具有补给作用。在近海卤水/咸水界面处的浅层地下咸水和深层地下咸水均受海水入侵影响。其中，浅层地下咸水经历咸化过程，深层地下水经历了一个淡化过程。在咸/淡水界面处的浅层地下咸水受淡水开采的影响呈现复杂的演变过程，而深层地下水受卤水侵入影响呈现咸化过程。水化学模拟结果表明，在限制开采阶段，由于石膏和岩盐的溶解，卤水浓度得到了恢复，但是恢复程度有限。

该研究成果受国家自然科学基金（U2106203，41977173和42076070）、中国地质调查局项目（DD20211401）等项目资助。

岩浆补给作用为岩浆房补充热量和物质，促进岩浆房的对流、岩浆的分异演化和早期结晶晶体的熔蚀及再活化，并且可能导致岩浆房过压，触发火山喷发。同时，岩浆补给作用制约着高硅流纹质火山岩的形成，是晶体-熔体分离机制的关键因素之一，但该作用通常较为“隐蔽”。为揭示这一作用过程，自然资源部中国地质调查局地质研究所贺振宇研究员课题组颜丽丽博士后与南京大学徐夕生教授合作，选择中国东南沿海巨型火山-侵入杂岩带中具有代表性的浙江雁荡山破火山口火山-侵入杂岩为对象，对中央侵入相石英正长斑岩及其中发育的富晶体包体开展了斜长石原位Sr同位素研究。该研究揭示了斜长石颗粒之间的成分和Sr同位素组成变化，有效制约了酸性岩浆系统的岩浆补给和堆晶体的再活化过程。

浙江雁荡山破火山口火山-侵入杂岩由包含四个岩性段的流纹质火山岩，以及中央侵入相石英正长斑岩组成（图1）。石英正长斑岩中发育次球状或不规则状的富晶体包体。这种包体与花岗岩中常见的暗色微粒包体不同，富含晶体和斑晶（图2）。同时，在雁荡山第四火山岩性段的流纹质晶屑-玻屑熔结凝灰岩中也发育这种富含晶体的浆屑或包体（图2）。目前一般认为这种类型的包体与岩浆房的晶粥活化作用有关。

图1 浙江雁荡山破火山口火山-侵入杂岩地质简图。石英正长斑岩位于破火山口的中心，呈多个岩株出露。

图2雁荡山石英正长斑岩和富晶体包体的野外露头照片（a-c）。第四火山岩性段火山岩中也发育类似的富晶体包体（d）。

斜长石Sr同位素研究结果表明：

1.雁荡山破火山口火山-侵入杂岩中的包体和寄主石英正长斑岩中发育的斜长石晶体虽然发育了复杂的内部结构和成分环带（图3），但颗粒内部的(87Sr/86Sr)i变化不明显。但是，斜长石颗粒间显示了明显的(87Sr/86Sr)i变化（图4），暗色了岩浆补给和岩浆混合过程，并且该作用过程可能驱动了晶体间熔体的抽取。

2.尽管石英正长斑岩与包体的全岩(87Sr/86Sr)i差别很小，但是包体中斜长石的(87Sr/86Sr)i变化范围与其对应的全岩Sr同位素组成范围相似或偏低，而石英正长斑岩中斜长石的(87Sr/86Sr)i变化范围与其对应的全岩Sr同位素组成范围相似或偏高（图4）。因此，这些包体的变化范围较大的全岩(87Sr/86Sr)i，可能暗色了其主要组成矿物为来自不同端元的组合。这对于理解全岩Sr同位素组成的也提供了新的信息。

图3 包体中斜长石斑晶的成分面扫描，显示其环带结构，核部低Ca并发育筛状构造，边部高Ca。

图4雁荡山石英正长斑岩以及包体中斜长石颗粒间(87Sr/86Sr)i变化，以及与全岩Sr同位素组成对比。

本研究同时也展示了斜长石原位Sr同位素分析在揭示酸性岩浆系统的岩浆作用过程研究中重要作用和潜力，也为支撑和推动地调局在深部地质调查与研究提供了新的研究思路。本研究受国家自然科学基金项目（41930214, 41102028）和中国博士后科学基金项目（2020M670402）资助，成果发表于国际地学期刊《Journal of Asian Earth Sciences》：Yan Li-Li, He Zhen-Yu, Xu Xi-Sheng, 2020. Magma recharge processes of the Yandangshan volcanic-plutonic caldera complex in the coastal SE China: constraint from inter-grain variation of Sr isotope of plagioclase. Journal of Asian Earth Sciences 201, 104511. 全文链接：https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2020.104511

附：对雁荡山破火山口火山-侵入杂岩系统的锆石U-Pb定年、锆石Hf-O同位素和全岩地球化学等研究，制约了其岩浆来源，以及火山岩与侵入岩的具体成因联系等问题。该研究成果发表于Lithos：Yan Li-Li, He Zhen-Yu, JahnBor-ming, Zhao Zhi-Dan, 2016. Formation of the Yandangshan volcanic-plutonic complex (SE China) by melt extraction and crystal accumulation.Lithos 266–267, 287–308.http://dx.doi.org/10.1016/j.lithos.2016.10.029

中国东南沿海发育大规模的白垩纪酸性火山-侵入杂岩，其中一些火山-侵入杂岩与铜金成矿作用密切相关。揭示酸性岩浆系统的演化过程，尤其是“晶体-熔体分离”过程、机制及其动力学是深入理解中国东南沿海铜金成矿作用的关键。自然资源部中国地质调查局地质研究所颜丽丽博士、贺振宇研究员及其合作者最近所做的研究展示了锆石微量元素在相关研究中的重要作用和研究潜力，也为支撑和推动地调局在深部地质研究与找矿提供了新的研究思路和方法。

岩浆房的“晶体-熔体”分离过程对于理解高硅流纹质火山岩的成因，以及火山-侵入杂岩中高硅酸性火山岩与低硅中央侵入体的成因联系具有重要意义。为了揭示这一过程，颜丽丽博士、贺振宇研究员及其合作者在对福建云山火山-侵入杂岩详细的岩石学、年代学和岩石地球化学解剖的基础上，进一步开展了系统的LA-ICP-MS锆石微量元素研究，利用锆石微量元素对岩浆的成分和温度等变化敏感的优势，有效制约了酸性岩浆系统的晶体-熔体分离和岩浆补给过程。

福建云山火山-侵入杂岩由高硅的过铝质流纹岩和过碱性流纹岩、以及破火山口中央侵入体石英二长斑岩组成（图1）。石英二长斑岩中发育有少量暗色微粒包体。系统的锆石微量元素分析和研究结果显示：

（1）云山过铝质流纹岩、过碱性流纹岩和石英二长斑岩显示明显区别的锆石微量元素特征：过铝质流纹岩、过碱性流纹岩锆石具有高的Hf，低的Ti和Zr/Hf，而石英二长斑岩锆石具有低的Hf和高的Ti和Zr/Hf（图2）。这种差异表明火山岩锆石是在熔体提取之后结晶自火山岩岩浆，反映了岩浆房的“晶体-熔体”分离过程。但是，两者少部分微量元素重叠的特征可能暗示了一小部分锆石为熔体提取过程捕获的岩浆房中的晶体。

（2）过碱性流纹岩锆石与过铝质流纹岩锆石相比，具有更低的Eu/Eu*、Ti和Th/U，反映其结晶自相对更演化的岩浆（图2）。此外，过碱性流纹岩锆石与过铝质流纹岩锆石具有基本一致的Zr/Hf和Hf含量，反映了过碱性流纹岩的岩浆提取时，锆石未饱和，不存在锆石的分离结晶。但是，过铝质流纹岩锆石相对石英二长斑岩锆石具有低的Zr/Hf，反映了岩浆房的“晶体-熔体”分离过程中锆石饱和和分离结晶。这暗示了在过铝质流纹岩岩浆提取之后，岩浆房还发生了岩浆补给作用。

（3）在过铝质流纹岩和石英二长斑岩的锆石中均发育了CL较亮的锆石边部或颗粒，同时，其锆石核部具有熔蚀的特征（图3）。CL较亮的锆石边部或颗粒具有相对核部较低的Hf、Th、U含量和较高的Ti含量，以及高的Zr/Hf和Eu/Eu*比值（图2）。这种结构和成分变化，表明锆石在相对高温和低演化岩浆中的进一步生长过程，记录了岩浆补给作用。这也进一步表明岩浆补给作用促进了岩浆房的“晶体-熔体”分离和岩浆的高度分异演化。

图1 福建云山破火山口火山-侵入杂岩地质简图

注：第一单元主要为过铝质流纹岩（灰色区域），第二单元主要为熔结凝灰岩（紫色区域），第三单元主要为过碱性流纹岩（蓝色区域）；石英二长斑岩位于破火山口的中心（粉色区域）。

图2 云山火山-侵入杂岩锆石微量元素组成

注：云山过铝质流纹岩、过碱性流纹岩和石英二长斑岩显示明显区别和较少重叠的锆石微量元素特征（过铝质流纹岩、过碱性流纹岩锆石具有高的Hf，低的Ti和Zr/Hf，而石英二长斑岩锆石具有低的Hf和高的Ti和Zr/Hf），反映岩浆房的“晶体-熔体”分离过程；而作为对比的雁荡山火山-侵入杂岩和Turkey Creek火山-侵入杂岩则相对重叠区域较多，反映了一部分锆石随着熔体提取过程迁移

图3云山火山-侵入杂岩锆石CL图像

注：过铝质流纹岩和石英二长斑岩CL较亮的锆石边部或颗粒，表明锆石在相对高温和低演化岩浆中的进一步生长过程，记录了岩浆补给作用