花岗岩是大陆地壳的重要组成部分,是地球区别于太阳系内其他行星的重要特征之一。研究花岗质岩浆作用对于理解陆壳的形成与稳定以及生命的演化都具有重要意义,也是保障国民经济发展的重要举措。花岗岩整体显示丰富的地球化学多样性。虽然前人已经结合多学科资料评估了部分熔融、结晶分异、围岩混染等多个过程对花岗质岩浆成分的影响,但是关于花岗质岩浆的晶体-熔体分离机制、热液流体在花岗质岩浆演化和成矿稀有金属元素运移过程中的作用、花岗伟晶岩成因等问题仍然存在很大争议。Ba在花岗质岩浆演化过程中具有相容性和流体活动性,其在矿物-熔体-流体相之间存在键合环境差异。因此Ba同位素在上述过程中可能发生显著分馏,具有很大的应用潜力。本论文对三套代表性花岗岩类样品进行了 Ba同位素研究,以期为晶体-熔体分离、岩浆-热液演化过程和伟晶岩脉体内部演化机制提供新的见解。晶粥体状态下的晶体-熔体分离过程目前被认为是造成花岗质岩浆成分变化的最主要机制之一,也是理解硅质火山岩与侵入岩成因联系的关键。然而,前人用以示踪晶体-熔体分离过程的元素地球化学指标在许多花岗岩体中会被滞留的填隙熔体所掩盖。晶粥体中晶体-熔体分离的具体机制也缺乏相应的地球化学指标。针对这些问题,我们测量了华北克拉通东部胶北地体内的回里花岗岩体全岩和主要含Ba矿物样品的Ba同位素组成。其中,演化程度更高的钠长石花岗岩的δ138/134Ba（0.50‰～0.95‰）显著高于钾长石花岗岩（-0.14‰～0.16‰）。微量元素模拟结果表明富K母岩浆形成的晶粥体中钾长石控制的晶体-熔体分离过程可以解释两类花岗岩之间的Ba、Sr含量变化特征。由于钾长石花岗岩代表剩余晶粥体产物,其内部共存的含Ba矿物的Ba同位素数据可以为晶体-熔体分离过程提供关键制约。在我们分析的全部含Ba矿物中,钾长石具有显著更高的Ba含量（387μg/g～1465μg/g）和整体最低的 δ138/134Ba（-0.23‰～0.01‰）,表明其结晶过程将导致富Na和Si的填隙熔体获得更重的Ba同位素组成。共存的黑云母与白云母之间的表观分馏值（Δ138/134Ba黑云母-白云母）的变化范围为-0.98‰～1.01‰,说明共存的含Ba矿物之间并未处于Ba同位素平衡状态。结合微结构证据,共存矿物间的Ba同位素不平衡特征反映了晶体-熔体分离过程中的晶体重新填充和聚集过程。花岗质岩浆-热液演化过程是陆壳浅部的高分异花岗岩成分变化的重要原因,而且是形成多种稀有金属（Sn、W、Nb、Ta、Mo等）矿床的关键步骤。近年来建立的穿地壳岩浆系统模型认为出溶自深部岩浆储库的流体可以参与浅部岩浆-热液演化,同时可以携带流体活动性成矿元素。然而,利用常规地球化学指标很难识别深部岩浆流体对浅部岩浆成分的影响以及对稀有金属元素运移富集的贡献。本研究测量了华南侏罗纪骑田岭A型花岗岩基样品的Ba同位素组成。该岩基三个阶段的花岗岩之间具有明显的年龄差距（变化范围～15Myers）和清晰的接触关系,表明岩基下方应该长期存在一个以晶粥体为主的穿地壳岩浆系统。来自深部晶粥体的熔体形成了第一阶段花岗岩,浅部晶粥体幕式活化形成第二、三阶段高分异花岗岩,且与多个大型锡多金属热液矿床密切相关。第一阶段花岗岩有限的δ138/134Ba变化（-0.24‰～0.37‰）指示系统深部晶粥体内的分离结晶过程不产生显著的Ba同位素分馏。相反,后两个阶段的高分异花岗岩显示变化更大、整体更低的δ138/134Ba（-1.79‰～0.14‰）,但不是浅部晶粥体内钾长石控制的分离结晶过程的结果。后两个阶段花岗岩具有显著更低的Ba含量（＜100μg/g）和岩浆-热液演化特征,表明它们的低δ138/134Ba应该是受岩浆流体改造的结果。进一步的模拟证明,出溶自深部晶粥体的岩浆流体参与该岩浆-热液演化过程可以解释后两个阶段花岗岩的轻Ba同位素组成。由于上升的深部岩浆流体可以有效吸收不同深度富集的Sn和其他流体活动性元素并运移至系统顶部,这些流体可以为锡多金属矿床提供成矿物质。LCT（Li-Cs-Ta）型花岗伟晶岩作为一类具有特殊结构和高分异特征的花岗岩,同样是多种稀有金属（Li、Be、Rb、Cs等）的主要赋矿岩石。然而前人对于以H2O为主的流体组分在花岗伟晶岩脉体内部演化和Li富集机制中的具体作用存在巨大争议。川西甲基卡花岗伟晶岩主要侵入松潘-甘孜造山带东缘的甲基卡片麻岩穹窿幔部的变沉积岩中。花岗伟晶岩脉在空间上围绕马颈子二云母花岗岩成群分带产出,是典型的LCT型花岗伟晶岩。Li矿化主要产于第Ⅲ、Ⅳ花岗伟晶岩带内,整体构成亚洲规模最大的硬岩型锂矿床。本次研究测量了“川西甲基卡锂矿科学钻探工程”所获样品的Ba同位素组成。花岗伟晶岩样品显示了巨大的Ba同位素分馏程度（-2.44‰～0.47‰）。结合变沉积岩围岩数据,该Ba同位素分馏不支持变沉积岩源区通过低比例熔融形成花岗伟晶岩的成因机制。花岗岩和细晶岩样品虽然显示分异程度变化,但是它们的δ138/134Ba变化较小,指示花岗伟晶岩样品之间巨大的Ba同位素分馏应该是脉体内部演化过程的结果。根据花岗伟晶岩脉体近端到远端的矿物组成变化特征,初始水不饱和熔体通过晶体快速生长发生的演化过程也无法解释大部分花岗伟晶岩样品更低的δ138/134Ba。至少对于甲基卡花岗伟晶岩来说,初始超临界流体在花岗伟晶岩较低的形成温度下发生相分离可能是产生如此大的Ba同位素分馏的原因。相分离形成的富H2O贫硅酸盐熔体可以有效地将稀有金属元素运移至脉体远端富集成矿。综上所述,本论文的研究结果表明Ba同位素有助于识别高分异花岗岩以及理解高硅流纹岩与花岗岩之间的成因联系,可以示踪穿地壳岩浆系统内以流体为介质的物质运移过程。流体组分应该在LCT型花岗伟晶岩脉体的内部演化和Li富集过程中发挥了重要作用,这对于寻找大型稀有金属矿床具有重要意义。