石英和钾长石普遍存在于中酸性火成岩中，它们的阴极发光特征和微量元素成分对于示踪矿物、岩石的形成和演化历史具有重要意义。21世纪以来，随着高精度快速测试技术的飞速发展，越来越多的学者利用原位微区等多种复合分析手段对石英开展研究，所提出的石英Ti 温压计成为少数几个可用于估算火山喷发前岩浆储集深度、限定高温热液矿床成矿条件的工具之一（Thomas et al., 2010; Huang and Audétat, 2012; Zhang et al., 2020）。然而，目前基于原位微区研究的钾长石微量元素行为及其与形成温压条件之间的关系还并不清楚。

我校章永梅副教授、顾雪祥教授与美国西华盛顿大学Brian Rusk研究员和中科院地球化学研究所毛伟副研究员等合作，对采自世界各地的中酸性岩（火山岩、次火山岩、I型、高分异I型、S型、A型花岗岩、细晶岩和伟晶岩）中共生的石英和钾长石，运用阴极发光（CL）和LA-ICP-MS技术开展了矿物学结构和微区成分研究，揭示了中酸性侵入岩、（次）火山岩和伟晶岩中石英、钾长石的CL结构及微量元素地球化学特征，首次提出了用于限定长英质岩浆结晶温度的钾长石Ti温度计。这一新的温度计还有望在确定某些含钾长石但缺乏石英的岩浆岩（如月球上的KREEP岩）的结晶温度方面，具有重要应用前景。

研究取得以下重要认识：

（1）长英质岩浆随着结晶分异程度的增高和结晶温度的降低，石英中Ti含量呈逐渐降低的趋势，Al、Li和Ge含量呈增高趋势；钾长石中的Ti、Ba、Sr、LREE含量呈下降趋势，而Rb、Cs、Li、Ge和P含量逐渐增高（图1）。

（2）钾长石与共生石英的CL结构及Ti元素配分特征相似。在所有中酸性岩浆岩样品中，钾长石与石英中Ti含量呈正相关关系（R²=0.86），二者的Ti含量均与其CL强度呈正相关（图2，图3），表明Ti在这两种矿物中均为CL的激活剂，受温度、压力和Ti活度（a_TiO2）控制。

（3）首次提出了长英质岩浆体系的钾长石Ti温度计（图4）：log (X_{Ti, kfs}/a_TiO2) =﹣(3430±268)/T(K)＋(5.081±0.298)。利用该温度计，可以根据钾长石中的Ti含量计算长英质岩浆岩的结晶温度。

图1 长英质岩浆岩中钾长石的原位微量元素组成

图2 中酸性岩浆岩中钾长石和石英Ti含量与CL强度关系

图3 流纹岩中的石英和钾长石CL结构与Ti含量

图4 钾长石中Ti含量与温度的拟合曲线

本研究受国家自然基金重点基金项目（42130804）、国家重点研发计划课题（2018YFC0604003）等资助，成果发表在国际岩石学领域权威刊物《Journal of Petrology》上：Zhang, Y.M., Gu*, X.X., Rusk, B., Mao, W., Wang, J.L., Zheng, S.H. 2022. In-Situ Trace Elements in Quartz and K-Feldspar from Felsic Igneous Rocks: a Titanium-in-K-Feldspar Geothermometer for Natural Magmatic Systems. Journal of Petrology, 63, 1-17.

原文链接：https://doi.org/10.1093/petrology/egac113