摘要：花岗岩研究已有几百年的历史，可是花岗岩却没有形成自己独立的理论体系，也没有系统的花岗岩分类。花岗岩非常复杂，如何化繁为简，归纳出花岗岩最本质、最核心、最关键的标志，是一个非常棘手的任务。本文从哲学的角度出发，发现Sr和Yb可能是两个具有特殊含义的元素，特殊在于，它们不仅具有一般微量元素的特点，还具有特殊的功能，关键是它们的行为与花岗岩部分熔融后残留的变质矿物组成(如石榴石、斜长石等)有关。可能正是由于这个因素，才使Sr和Yb具有其他微量元素所不可匹敌的功能。本文按照Sr、Yb的排列组合提出了一个系统的花岗岩分类。对于花岗岩的地球动力学意义，学术界一直有争论，本文认为板块构造只能影响到大陆边缘，影响不到大陆内部。大陆演化研究最重要的任务是恢复大陆地质历史上的变化，如大陆地质演化不同时期曾经发生过的伸展和挤压(有的还有旋转，是挤压的副产品)、抬升和垮塌、造山与盆地、加厚与减薄等。如何识别上述变化及其过程，目前在方法学上还十分困难。依靠Sr、Yb及其与残留相平衡的理论则提出了一个方案，能够解决或大体解决上述问题。例如，埃达克岩(高Sr低Yb)代表加厚地壳，南岭型(非常低Sr高Yb)代表减薄地壳，浙闽型(低Sr高Yb)和广西型(高Sr高Yb)代表正常厚度的地壳，喜马拉雅型花岗岩(低Sr低Yb)代表中压与高压过渡的状况。因此，按照Sr和Yb的变化，即可大致恢复地质历史时期大陆地壳温压条件的变化，推测大陆地貌的变化(平原、丘陵、高原、山脉)，探讨构造应力的变化(挤压导致加厚，伸展导致减薄)等。此外，不同类型花岗岩还与成矿有关，大体是：埃达克岩与金铜有关，南岭型与钨锡有关，喜马拉雅型与金有关，而浙闽型、广西型基本上是不利于成矿的。但是，实践中也有金铜钨锡在空间上共生的实例，则金铜与钨锡可能成因上或成矿时代上或控矿因素上有所不同。问题还很复杂，还有许多现象很难解释，笔者只是从宏观角度给出了一个思路，一个概念，很多细节并不清楚。研究表明，科学与哲学是密切相关的，哲学是科学的高度概括。本文尝试从哲学的角度对纷繁复杂的花岗岩进行归纳和简化，只是一个初步的尝试，还有更多问题需要认真研究。
关键词：Sr;Yb;花岗岩;理论;哲学;分类;压力;温度;地球化学;地球动力学意义
花岗岩研究已有几百年的历史了，可是花岗岩却没有形成自己独立的理论体系，也没有一个系统的花岗岩分类。花岗岩目前的理论基本上是沿袭了玄武岩的理论[1-2](张旗等，2008;张旗和李承东，2012)。花岗岩非常复杂，比玄武岩复杂不知多少倍。如何提纲挈领地抓住花岗岩的核心问题和关键所在，是一个非常困难的问题。
什么是花岗岩?花岗岩属于火成岩，一般认为，凡是火成的、SiO2>56%的侵入岩和喷出岩都属于花岗岩类。仔细区分，其中还包括一部分闪长岩(安山岩)。花岗岩类非常复杂，各种各样花岗岩的术语有近百种，如淡色花岗岩、奥长环斑花岗岩、文象花岗岩、晶洞花岗岩、钠闪花岗岩、花斑岩、白岗岩、玻苏英安岩、长英斑岩、电英岩、多霞钠长岩、方沸闪长岩、方钠闪长岩、霏细岩、副长石闪长岩、球状花岗岩、碎斑花岗岩、堆晶花岗岩、翁岗岩、紫苏花岗岩等等(以上大部分引自LeMaitre，1989)，还不包括喷出岩。目前可以用仪器检出的元素也有几十项，如果加上各种同位素就更多了。那么，如此纷繁复杂的花岗岩的核心是什么呢?能否用最简单的语言加以概括呢?这应当是一个哲学命题了。笔者10年前曾就花岗岩与哲学的关系作过一些思考(见岩石学报网站：http：//www.ysxb.ac.cn/ysxb/ch/index.aspx2010)，思考的出发点是对花岗岩现有理论的质疑以及学术界对花岗岩理论的诸多争论，目的是尝试能否从哲学角度找到出路。
哲学与地质有点渊源可能很多人不知道，但是大家一定知道18世纪爆发的一场“水火之争”。水成论者认为地质变化的原因是水的作用，所有岩石都是水成岩;火成论派则认为地质的变化都是火山的作用，所有的岩石都是火成岩。讲水的排斥火，讲火的排斥水，水火之争愈演愈烈。据载有一次两派相约在英国爱丁堡附近的一个山丘下集会，因为对这里地层结构的成因各有不同的看法，遂展开了一场学术大辩论，从争论发展到相互指责、对骂，最后竟然发展到拳打脚踢，演出了近代科学史上别开生面的一场闹剧，可谓水火誓不两立了。
当时德国著名的哲学家黑格尔关注过这场争论，他在1817年出版的《自然哲学》中说：“这两种原理都必须承认为本质的，但它们各自都有片面性”。当时，在地质学界看来是水火不相容的事情，在哲学家看来则相反。随着地质研究的深入，进一步验证了黑格尔的观点是正确的，虽然黑格尔并没有进行过任何这方面的地质考察。他是以一个哲学家的眼光进行思考的结果(王恒富，2010)。
科学(Science)是什么?科学这个术语的最初的直观含义就是分门别类，于是，科学就越分越细，科学就越来越复杂。实际上，把简单变为复杂并不难，难的是从复杂到简单。不应当把哲学和科学割裂开来，科学只是认识真理的一种工具。科学需要哲学，虽然哲学不能对具体科学有所帮助，但是，它提供的思维方式可以使科学少走弯路。哲学是科学的高度概括，概括的越简单越精髓。无论从什么角度，哲学(包括逻辑学)对于科学是绝对有益的。可惜大多数研究科学的人缺了这一课，包括笔者在内。
一个事物存在各种各样的矛盾关系，矛盾的种类很多，有大有小，有轻有重，其中的主要矛盾往往决定了事物的主要特征。一般来说，抓住了主要矛盾，就抓住了事物的牛鼻子，就可以比较清晰地了解事物的本来面目。那么，花岗岩中有哪些矛盾呢?应当很多，如幔源与壳源、富钾与贫钾、富硅与贫硅、富铝与贫铝、富铁与贫铁、富碱与贫碱、富水与贫水、拉斑与钙碱性、高温与低温、高压与低压、熔体与流体、高Sr与低Sr、高Yb与低Yb、I型与S型、富集与亏损、伸展与挤压、加厚与减薄、碰撞前与碰撞后、混合与混染、结晶与熔融，以及不同的REE分布、不同的微量元素分布、正铕异常与负铕异常、LILE与HFSE等等，可以罗列很多。但是，其中哪些是具有全局性意义的呢?经过10年的思考，笔者认为，从地球化学角度，花岗岩几十种微量元素中，大概以Sr和Yb两个元素最重要，抓住这两个元素，花岗岩的许多基本问题大概就可以得到或大部分得到解决了。例如，花岗岩分类的问题、花岗岩形成的压力问题、花岗岩与成矿的关系问题、花岗岩的地球动力学问题等等。
1花岗岩研究的几个关键问题
在花岗岩研究中，人们最想知道的是：它来自哪里?在什么条件下形成?有什么用?前面已经罗列了花岗岩研究中存在的一系列问题，下面简要讨论其中的几个关键问题。
1.1玄武岩的理论是什么
前面说花岗岩是套用了玄武岩的理论，那首先来了解一下玄武岩的理论是什么?
(1)玄武岩来自哪里?玄武岩来自地幔，是地幔部分熔融形成的。这是众所周知的，无需进一步说明。
(2)玄武岩的核心问题是什么?是岩浆分离结晶的理论[5-9](Bowen，1928;Carmichaeletal.，1974;Wilson，1989;BestandChristiansen，2001;都城秋穗和久城育夫，1984)。地幔部分熔融的玄武岩应当是具有原始岩浆特点的，可是，人们所见到的玄武岩几乎很少是原始岩浆成分的，暗示岩浆一定发生了变化或演化。例如MORB，MORB几乎很少是原始岩浆的，更有甚者，OIB几乎统统是经过演化的，世界上几乎见不到OIB的原始岩浆[6-11](Carmichaeletal.，1974;Wilson，1989;BestandChristiansen，2001;Pearceetal.，1984;张旗和周国庆，2001)。因此，岩浆演化即是玄武岩最重要、最核心的理论，包括岩浆分离结晶的理论、岩浆混合、岩浆混染、交代的理论等等[6-8，12-14](WagerandBrown，1968;Carmichaeletal.，1974;Coxetal.，1979;Wilson，1989;CoffinandEldholm，1994;BestandChristiansen，2001)。
(3)玄武岩理论来自哪里?主要来自对大火成岩省的研究，例如，上个世纪50~60年代对格陵兰Skaergaard和南非Bushiveld等大型层状侵入体的组成、成分、层序及其变化的研究[6-7，12](WagerandBrown，1968;Carmichaeletal.，1974;Wilson，1989)。玄武岩结晶分离的理论并非来自对玄武岩岩浆本身，而是来自对堆晶岩层序变化规律的研究总结出来的[1，6](WagerandBrown，1968;张旗等，2008)。
(4)玄武岩的地球动力学意义是什么?是构造环境。这是Pearce等学者在上个世纪70～80年代确立的[10，15-20](PearceandCann，1973;Glassley，1974;PearceandNorry，1979;Capedrietal.，1980;Wood，1980;Mullen，1983;Pearceetal.，1984)。因为，全球玄武岩主要来自板块扩张脊、岛弧和板内这三个大的构造背景。玄武岩的研究很大一部分是围绕这个题目来进行的，并且按照将今论古的原则将其推进到中生代、古生代、元古宙甚至太古宙[1-2]。
如果我们承认上面的见解是合适的，那么，花岗岩套用玄武岩的理论有什么基础呢?几乎没有。(1)玄武岩来自地幔，花岗岩来自地壳，玄武岩与花岗岩从根本上就不同。(2)玄武岩是岩浆，玄武岩有岩浆房;花岗岩是岩浆，花岗岩也有岩浆房，这没有问题。问题是二者的粘性不同，玄武岩贫硅，粘性低，在岩浆房内可以发生分离结晶作用，形成一系列的堆晶岩及残余岩浆(演化的岩浆)。花岗岩富硅，粘性高，在岩浆房内几乎不可能发生分离结晶作用。玄武岩有原始岩浆，花岗岩有吗?玄武岩有堆晶岩，花岗岩有吗?玄武岩有与堆晶岩匹配的残余岩浆，花岗岩的残余岩浆是什么，在哪里?(3)玄武岩的地球动力学意义是构造环境;花岗岩主要来自大陆，大陆已经属于板内环境了，那么，大陆花岗岩的地球动力学意义又是什么呢?[1-2]
1.2花岗岩形成过程中“水”重要还是“热”重要
(1)花岗岩形成过程中“水”的作用
水在花岗岩形成过程中起什么作用?起多大作用?Arndt(2013)指出[21]，水是形成大量花岗质熔体的必要条件。CampbellandTaylor(1983)[22]则强调，“NoWater，NoGranite(无水即无花岗岩)”，把水对花岗岩的作用提高到无以复加的地步，是合适还是不合适呢?
水存在于所有岩浆和地幔岩石中，并且在大部分陆壳岩浆产生中扮演了重要角色[23](续海金和马昌前，2003)。邵同宾等(2011)指出[24]，水的加入不仅可以有效地降低岩石的固相线(熔点)和熔体的粘度，而且会减弱硅酸盐矿物的Si-O键，引起水致弱化作用。研究表明，在花岗岩实验中只要加进2%的水，即可明显改变花岗岩的黏性，使黏性降低一半。而根据Baker(1998)[25]的研究，在800℃条件下往铝质花岗岩熔体中加入2%的水即可使其黏性下降6个数量级。但是，笔者认为，许多实验设定的在饱和水或水含量>2%~5%的情况下得到的实验结果，与真实的下地壳情况相去甚远，是需要慎重对待的[26-27](张旗，2014a，b)。
大陆下地壳总体上是贫水的，主要以自由水和结构水两种状态存在[28](张超等，2012)。大陆下地壳的自由水在分布范围和数量上非常有限的[29](Wannamaker，2000)。对于下地壳部分熔融而言，微量自由水的影响是可以忽略不计的[30](ClemensandVielzeuf，1987)。角闪石是基性下地壳中最重要的含水矿物，存在广泛的压力和温度区间(p<2.6GPa，t<1000℃，VielzeufandSchmidt，2001)，伴随角闪石脱水的变质基性岩在缺乏流体相条件下的熔融是下地壳最重要的熔融方式之一。被用来进行脱水熔融实验的角闪岩样品(或者蚀变玄武岩)无论其原岩是碱性玄武岩还是拉斑玄武岩，实际矿物组合中角闪石的含量为45%~76%。假设角闪石含水为2%，由角闪石实际含量计算得到的全岩水含量在0.9%~1.5%之间[28](张超等，2012)。杨晓松等(2001)[31]指出，在地壳深部存在大量自由水的可能性很小，因此岩石脱水熔融(dehydrationmelting)或称为缺水熔融(vapor-absentmelting)可能是地壳深熔的主要机制[32](张旗，2015)。
相关期刊推荐：《甘肃地质》是由甘肃省地矿局、甘肃省地质学会共同主办的国内外公开发行的综合性地球科学学术刊物。主要报道地质科学及其相关领域的基础性、前瞻性和创新性研究成果，介绍地质大调查过程中重大课题的阶段成果。设有：综合评述、基础地质、矿产地质、能源地质、岩石矿物、地球化学、环境地质、农业地质、项目动态、简讯、邻区地质、技术方法等栏目。
矿床学教科书估计的花岗岩(浆)平均含水量是3%，岩石学教科书估计的是2%，有人估计可能还要高(2%~6%，Holtzetal.，2001)，当压力达到500MPa时，水在岩浆中的溶解度就超过10%;而当压力为1000MPa时，水在花岗质岩浆中的溶解度可以达到20%(华仁民和王登红[33]，2012及其所附的参考文献)。而笔者估计一般不超过1%(张旗，2015)。笔者认为，花岗岩中的水是很少的，这不足1%的还不是游离水(自由水)，而是以结构水的形式存在。水一旦进入晶格，即不可能在降温过程中被“溶解”出来[32](张旗，2015)。许多火山喷发物含有大量的水汽，在现代火山区或熄灭不久的火山区还有大规模的水热活动。这并不表明岩浆含水是丰富的，因为，上述火山喷发带来的水大部分是外生水，只有少量是来源于深部的[34](沈照理和许绍悼，1985)。刘勇胜和高山[35](1998)指出，地壳岩石深熔主要发生在缺流体相条件下[36-38](RutterandWyllie，1988;Thompsonetal.，1995;Harrisetal.，1995)，这可能是大多数花岗质岩浆产生的主要原因[32](张旗，2015)。
(2)花岗岩形成过程中热的作用
上述研究表明，花岗岩形成第一需要的不是水而是热。通常把一次花岗岩侵入过程说成是一次热事件，就是对这个作用的最好的表述。地壳随深度增加，按正常的地热增温率计算，地壳厚度即使达到50～60km，也不足以达到使花岗岩达到部分熔融的温度(700℃~900℃)。因此，下地壳熔融需要有来自地幔的热的供给才行[1-2](张旗等，2008;张旗和李承东，2012)。地幔的热可能有两个来源：一个是板块俯冲使地幔楔发生部分熔融形成的玄武岩上升至岛弧或陆缘弧底部，加热下地壳使之达到可以部分熔融的程度。另一个是来自地幔深部的热以软流圈地幔上涌或底辟的形式加热下地壳底部导致部分熔融形成花岗岩。除此之外，没有其他热的来源。教科书有一种见解，认为玄武岩岩浆上升到地壳中部(或内部)也可使地壳发生部分熔融形成花岗岩，这是不可能的。因为玄武岩带来的热不可能保持很长的时间，野外天然实验室也没有这样的实例[1-2，32](张旗等，2008;张旗和李承东，2012;张旗，2015)。花岗岩熔融的源区只可能在下地壳底部，不可能在地壳内部。这个结论也说明，所谓的碰撞花岗岩也是不可能的，碰撞是刚性地块相互之间的作用，主要发生在地壳浅部，而花岗岩的热来源于地幔深部。浅部地壳碰撞引发的作用不可能传递到地壳深部，更不可能波及到地幔深部。此外，碰撞导致的地壳摩擦产生的热非常局限，时间非常短暂，也不可能导致地壳熔融生成花岗岩。因此，碰撞产生花岗岩不过是一种臆想。有人还认为，地壳减薄导致地幔抬升可能导致下地壳底部被加热，这也是不可能的。因为下地壳底部是岩石圈地幔，相当于软流圈地幔来说是冷的、刚性的、轻的。只有软流圈地幔上涌，穿过岩石圈地幔，直接与地壳接触才能使下地壳发生部分熔融。因此，地壳表层或浅部或内部发生的任何构造、变动，均与花岗岩的形成无关。一切岩浆活动，包括基性的和酸性的岩浆活动，完全是地幔内部事件的结果，与地壳的活动无关。
看来，Campbell的那句话应当修改一下，改成：Nohot，NoGranite[22]。有没有花岗岩，取决于有没有足够的热，而且这个热只可能来自地幔，水是无关紧要的，花岗岩熔融基本上是在缺水的条件下实现的。实验室可以任意加水，野外有野外的规律，在天然实验室条件下任意加水是完全不可能的。
由于花岗岩形成需要足够的持续的热的供给，故花岗岩熔融最可能的部位在下地壳底部，这里最贴近地幔。地壳内部即使有幔源岩浆贯入，也不可能产生花岗岩[32，39](张旗，2015;张旗和焦守涛，2020)。所以，教科书的这个说法是没有依据的。
地幔的热有两个来源：一个是板块俯冲导致地幔发生部分熔融带来的热，通常发生在板块的汇聚边缘;另一个则来自地幔深部，类似地幔热点模式，发生在大陆内部。在板块内部，软流圈地幔上涌是随机的，就像热点的分布是随机的一样，目前人们还无法了解下地幔的热是怎么产生和热从哪里上升的机制。
1.3花岗岩形成的源区问题
花岗岩是下地壳部分熔融形成的，花岗岩基本上不可能是地幔部分熔融形成的。地幔部分熔融一般形成玄武岩类。最近的大数据研究表明，玄武岩与安山岩的分界线可能不是早先确定的SiO2=52%，而应当是SiO2=55%[40](张旗等，2019)。地幔在什么情况下可以形成富硅的岩浆?大抵有两种：(1)地幔加水的情况下可以形成富硅的岩浆，如安山岩，高镁安山岩(包括赞岐岩、玻安岩)等;(2)玄武岩分离结晶形成安山玄武岩和安山岩。因此，不排除有部分基性岩的SiO2含量可以超过56%。野外出露的这些岩石，大多与玄武岩类(辉长岩类)伴生，虽然其SiO2含量超过了56%，依然属于幔源岩浆而非壳源岩浆，不是本文考虑的范围。本文只讨论壳源岩浆。
地壳非常复杂，地壳可以简单的区分为陆壳和洋壳。洋壳处于洋盆内，洋壳的组成主要是玄武质的，岛弧基底一般也是玄武岩成分的变质岩。因此，洋壳部分熔融形成的花岗岩显然具有明显的地幔同位素印记，而这并不表明花岗岩就是幔源的。陆壳处于大陆，成分五花八门，什么情况都可能出现。陆壳有多复杂，你拿一份地质图(1∶20万或1∶50万均可)看看就明白了，一份地质图，有不同时代的地质体，不同成分的岩石，不同的构造背景等。地质图有多复杂，下地壳底部就可能有多复杂，不同的只是统统是变质岩而已，各种岩石均相对缺水而已。在极端的情况下，陆壳下地壳的一端是典型的沉积岩如泥岩、砂岩、碳酸盐岩等，另一端是基性—超基性岩，有的实际上就是合并入陆壳的洋壳。因此，大陆下地壳部分熔融形成的花岗岩就可能具有各种各样的成分，从Nd、Hf同位素上看，既有典型陆源的，也有典型幔源的。一个有一定规模的花岗岩来源于一个单一源区的可能性几乎没有。其实，所谓的幔源，并非直接来自于地幔，而是地幔部分熔融形成的岩浆直接贴近到地壳底部，成为地壳组成的一员。由这样的地壳部分熔融形成的花岗岩当然具有幔源的特征。此外，岛弧环境下形成的杂砂岩，也是典型幔源的。——论文作者：张旗1，2，焦守涛3，4，刘惠云1，2
