岩石部分熔融过程中熔体连通性的实验研究——以850～1100 ℃,2.0～4.0 GPa条件下斜长角闪岩部分熔融为例

岩石脱水熔融是地壳深熔的主要机制,部分熔融形成的熔体经过分凝、运移、聚集和侵位等过程最终形成岩浆.熔体的连通是熔体聚集和迁移的必要条件,岩石的物理性质,比如弹性、电性等明显受到熔体连通性的制约.因此,研究熔体分布对于理解深部地质作用,合理解释地球物理资料具有特殊的意义,熔体的连通性研究已经备受地质学家的关注.     

地幔熔体连通性的实验研究进展

地质熔体/流体是地球深部物质交换和能量传递的重要载体,其连通性主要用二面角来表征,实验研究地幔熔体的连通性对深刻理解地球深部熔体/流体的聚集、迁移、岩浆演化、早期核幔分异、解释地球物理观测到的低速高导异常等科学问题具有重要意义。本文对地幔熔体连通性的理论基础、静态和动态条件下各种影响因素（温度、压强、成分、挥发分等）对部分熔融体系中硅酸质和碳酸质熔体以及金属熔体连通性影响的实验研究进展以及在地球科学研究中的一些应用进行了简单介绍和回顾,旨在让国内更多学者对这一研究领域有更深入全面的了解。

     

贺兰山北段孔兹岩系脱水熔融实验研究——临界熔体比例的确定及意义

在充分研究贺兰山北段区域地质的基础上,选定该区孔兹岩系中最有代表性的两类岩石:变粒岩类及富铝片麻岩为实验对象,进行天然块状样品的脱水熔融实验研究。根据成分变异的特点,确定岩浆的临界熔体体积比为30%,其不仅影响变质作用p-T-t轨迹的演化路径,而且与原地、半原地及异地型花岗岩的形成有着密不可分的关系。     

贺兰山北段孔兹岩系脱水熔融实验研究——临界熔体比例的确定及意义

 在充分研究贺兰山北段区域地质的基础上,选定该区孔兹岩系中最有代表性的两类岩石:变粒岩类及富铝片麻岩为实验对象,进行天然块状样品的脱水熔融实验研究。根据成分变异的特点,确定岩浆的临界熔体体积比为30%,其不仅影响变质作用p-T-t轨迹的演化路径,而且与原地、半原地及异地型花岗岩的形成有着密不可分的关系。     

高压下斜长角闪岩部分熔融对v_p的影响

高温高压下岩石弹性波速原位测量是研究地壳结构和探讨地震波低速层形成机制的重要手段。前人通过高温高压岩石部分熔融条件下的弹性波速原位测量,证实了高温下岩石中发生的矿物脱水和部分熔融是地震波低速层的重要成因之一。然而,目前的研究多集中在高温高压     

高温高压下斜长角闪岩的Vp:熔体含量和形态的综合影响

在YJ3000t高压装置上,利用超声波脉冲透射-反射法测量恒压0.6GPa,1.0GPa和2.0GPa,室温至1 195℃条件下斜长角闪岩的纵波波速(Vp),统计了实验中间产物中各组分的体积百分含量和熔体形态(二面角),并根据主要矿物含量和弹性参数,利用VRH平均模型计算了高温高压下斜长角闪岩的Vp。结果显示,不同压力下,样品的Vp随温度升高首先缓慢降低,在温度达约850℃～950℃时转而快速下降。实验产物观测显示,随温度升高熔体含量显著增加,二面角不断减小,熔体由封闭囊状演变为连通薄膜,部分熔融是导致岩石Vp快速降低的主要因素。高温高压下Vp计算结果与测量结果有相同的Vp-T变化趋势,其对比研究表明,岩石初始熔融时,熔体尚未连通,此时熔体含量控制着岩石Vp的降低。部分熔融加剧导致熔体逐渐连通,此时不同压力下熔体导致Vp下降有差异,这可能与熔体连通过程中熔体薄膜的形态因子变化有关。     

块状榴辉岩920℃开放体系脱水部分熔融过程及熔体成分研究

选取江苏省东海青龙山含钠云母的石英榴辉岩块状样品,在0.1 GPa、920 ℃恒温加热4 h的条件下,进行了开放体系的脱水部分熔融实验.样品中含有钠云母、蓝闪石和绿辉石退变形成的后成合晶中的角闪石等含水矿物.该榴辉岩的熔融可以划分为3个阶段:含水矿物的脱水暗化、部分熔融和几乎全部熔融阶段.熔融从含水矿物的脱水暗化开始,玻璃质熔体首先出现在含水矿物边界.在不同的局部熔融体系内,熔体成分从基性到酸性,受到局部熔融体系内部物质组成的控制,与全岩化学成分无关.     

950℃、1.0～3.5GPa下斜长角闪岩脱水熔融——压力和时间对结构的影响

利用YJ-3000t和JL-3600t多顶砧压力机,以哀牢山造山带南部红河县大白能—乐育剖面上的天然块状斜长角闪岩为初始样品,在950℃、1.0～3.5GPa、恒温20～300h条件下进行了两个系列的斜长角闪岩块状样品脱水部分熔融实验:(1)保持温度T=950℃,加热时间t=100h不变,改变压力(1.0～3.5GPa)的实验;(2)保持温度T=950℃,压力p=3.0GPa不变,改变加热时间(20～300h)的实验。结果表明,1.0～3.5GPa、950℃、恒温100h的条件下,随压力升高,斜长角闪岩中依次生成了单斜辉石+石榴石+熔体的矿物组合(1.0～1.5GPa)和单斜辉石+石榴石+熔体+硬玉+SiO2矿物+蓝晶石(2.0～3.5GPa)的矿物组合。3.0GPa、950℃条件下,随加热时间增加,实验产物中依次生成了单斜辉石+石榴石+熔体+硬玉+SiO2矿物+蓝晶石的矿物组合(20～100h)和单斜辉石+石榴石+熔体的矿物组合(150～300h)。斜长角闪岩的原岩结构决定了实验产物中新生矿物和熔体的分布。依据实验产物的矿物组合和新生矿物的分布特征,讨论了950℃、1.0～3.5GPa、恒温(20～300h)条件下,斜长角闪岩部分熔融过程的结构变化、变质反应以及石榴石冠状体的成因。     

胶北荆山群富铝片麻岩的脱水熔融实验研究

通过对胶北荆山群富铝片麻岩块状样品的脱水熔融实验研究表明，半开放体系下富铝岩石熔融作用的发生首先表现为含水矿物黑云母的暗化脱水，并诱发其他矿物熔融，各矿物组分参与熔融的顺序为：Bi→Kf→Pl→Gt→Cord→Sil→Q。研究发现石榴石这种原认为比较难熔的矿物，当其被大量黑云母包围时极易熔融，而黑云母脱水并生成一种强腐蚀性流体物质，是导致矿物及岩石发生熔融的主要原因。熔体的成分既依附于其周边的矿物相，但又有所差异，具有多相混熔的特点。实验过程中某些新生结晶矿物的出现表明熔融变质反应的发生可能未必需要很长的时间，也未必是在宏观平衡状态下。     

动态熔融过程中辉长岩主要矿物的熔融序列及其熔融动力学研究

本文以高温高压动态熔融条件下的实验辉长岩样品为研究对象,系统研究了主要矿物的熔融序列和熔融现象,并从熔融动力学的角度对其进行了解释。通过对熔融条件和熔融机制的复杂性和作用机理进行的深入分析,澄清和得出了以下几点重要认识：（1）在具体的熔融环境条件下,斜方辉石可以比单斜辉石先熔;（2）熔融阶段、熔融速率不同,矿物的熔融机制也不同,从而导致熔融现象,熔融产物不同;（3）化学因素、或者说元素交代作用．在地质条件下的熔融过程中可能起着重要作用,这和纯物理学上强调的物理熔融有很大不同;（4）一种熔融现象或熔融序列．可能是受多种熔融奈件制约的,要进行综合分析对比,才能确定其具体的熔融性质,从而为理解和认识具体的地质过程服务。     

差应力与岩石熔融性状关系的实验研究

为考察不同应力状态下岩石应变与岩石熔融作用的关系,利用英国Instron公司生产的电液伺服实验系统,配以围压和加温系统设计了动、静态不同条件下细粒闪长岩的对比熔融实验,力图找到差应力与岩石熔融程度及其熔体成分的关系。通过岩石动、静态熔融实验结果的对比得出：差应力的存在能够导致细粒闪长岩的熔融,随着差应力（应变速率）的增加,熔体的量增加,熔体成分向富Si、Al方向转变。     

Experimental Study of Partial Melting of Mantle Peridotite--A Discussion about the Genesis of Silica-rich Fluids (Melts)

Experiments on partial melting of mantle lherzolite have been realized at 0.6 and 1.0 GPa and the chemical compositional variations of melts during different melting stages have been first discussed. The results show that the trends of variations in SiO2, CaO, Al2O3, Na2O and TiO2 are different at different melting stages. The melts produced at lower pressure are richer in SiO2 than those at higher pressure. The mantle-derived silica-rich fluids (silicate melts) are polygenetic, but the basic and intermediate-acid silicate melts in mantle peridotite xenoliths from the same host rocks, which have equivalent contents of volatile and alkali components and different contents of other components, should result from in-situ (low-degree) partial melting of mantle peridotite under different conditions (e.g. at different depths, with introduction of C-O-H fluids or in the presence of metasomatic minerals). The intermediate-acid melts may be the result of partial melting (at lower pressure) Opx + Sp + K-Na-rich fluid±(Amphi)±(Phlog)= Ol+melt.But the intermediate-acid magmas cannot be produced from the partial melting of normal mantle peridotite unless the crustal materials are introduced to some extent.     

Experimental Study of Partial Melting of Mantle Peridotite -A Discussion about the Genesis of Sih'ca-rich Fluids (Melts)

Experiments on partial melting of mantle lherzolite have been realized at 0.6 and 1.0 GPa and the chemical compositional variations of melts during different melting stages have been first discussed. The results show that the trends of variations in SiO2, CaO, Al2O3, Na2O and TiO2 are different at different melting stages. The melts produced at lower pressure are richer in SiO2 than those at higher pressure. The mantle-derived silica-rich fluids (silicate melts) are polygenetic, but the basic and intermediate-acid silicate melts in mantle peridotite xenoliths from the same host rocks, which have equivalent contents of volatile and alkali components and different contents of other components, should result from in-situ (low-degree) partial melting of mantle peridotite under different conditions (e.g. at different depths, with introduction of C-O-H fluids or in the presence of metasomatic minerals). The intermediate-acid melts may be the result of partial melting (at lower pressure) Opx + Sp + K-Na-rich f     

大麻坪地区二辉橄榄岩部分熔融实验研究

本文以采自大麻坪地区汉诺坝玄武岩中的二辉橄榄岩包体为初始实验物料,在压力1.0～3.0 GPa、温度1350～1550℃条件下进行了部分熔融实验,对实验产物进行了岩相学研究和电子探针成分分析。二辉橄榄岩在1350℃开始熔融,在实验的温度压力范围内,熔融程度为10%～30%。随熔融程度的升高,部分熔融后残余岩石倾向于向富镁、低铁、低钙、低硅的趋势演化,而部分熔融产生的熔体则倾向于富镁、富铁、低铝、低硅的趋势演化。在岩石化学图解上本次实验中二辉橄榄岩部分熔融产生的熔体化学组成与汉诺坝地区拉斑玄武岩的组成相近。随熔融程度升高,熔体具有从苦橄质→玄武质演化的趋势。     

Experimental Investigation on Low-Degree Dehydration Partial Melting of Biotite Gneiss and Phengite-Bearing Eclogite at 2 GPa

The ultrahigh-pressure(UHP) eclogite and gneiss from the Dabie(大别)-Sulu(苏鲁) orogen experienced variable degrees of partial melting during exhumation.We report here dehydration partial melting experiments of biotite gneiss and phengite-bearing eclogite at 2 GPa and 800-950 ℃.Our results show that the partial melting of gneiss is associated with the breakdown of biotite into almandine-rich garnet starting at 900 ℃.About 10% granitic melt can be produced at 950 ℃.In contrast,the partial melting of phengite-bea...     

0.1GPa块状榴辉岩脱水部分熔融:局部熔融体系和温度的影响

选取了湖北英山东冲河含有含水矿物黑云母和角闪石的退变质榴辉岩块状样品, 在0.1 GPa的恒压下, 分别进行了750、800、850、900℃四个温阶、恒温加热4 h的开放体系的脱水部分熔融实验.熔融从含水矿物的脱水暗化开始, 850℃时出现玻璃质熔体.镜下观察显示, 熔体主要分布在后成合晶边界、熔融程度最高的样品顶端、石英颗粒边界及裂隙内部这3个局部熔融体系内.受局部体系内部物质组成的控制, 同一温阶、不同体系内的熔体成分变化很大, 呈基性、中性和酸性.随着温度的升高, 同一体系内的熔体成分均向酸性方向演化.该实验结果表明, 恒压下局部熔融体系内物质组成的不同和温度的变化是影响熔体成分的2个重要因素, 这为理解榴辉岩块状样品的脱水部分熔融行为及与其他基性变质岩类的熔融行为进行对比提供了实验依据.      

辉长岩的高压部分熔融实验研究

利用天然含水辉长岩在１．５～３．０ＧＰａ,９００℃～１４４０℃条件下进行了高温高压部分熔融实验,系统地分析了辉长岩部分熔融后实验产物的岩石学、矿物学、地球化学特征。获得了１）辉长岩的高压熔融曲线,２）辉长岩在不同压力下熔融时,残留相矿物组合及期间矿物相转变与熔融液相成分（相当于安山岩浆）特征。认识了辉长岩与榴辉岩相间的相变关系;辉长岩－榴辉岩－安山岩之间的内在联系以及高温榴辉岩的可能成因。     

差应力对闪长岩部分熔融熔体分布和成分的影响

探讨差应力对熔体分布和成分演化的关系,利用细粒闪长岩进行高温高压条件下的岩石变形,主要包括静态熔融实验和有差应力参与的动态熔融2种类型。实验首先统计了熔体含量、确定了实验重要参数,然后分别描述了动、静态熔融实验后闪长岩的显微特征;并且通过对动、静态熔融实验结果熔体分布情况的对比,结合熔体成分电子探针数据进行分析。结果表明:在细粒闪长岩的部分熔融中,熔体在差应力的作用下沿一定的方向展布,并从差应力大的地方向差应力小的地方运移,差应力的作用使得高含水矿物(角闪石)先于熔点低的斜长石发生熔融,说明差应力促进了岩石的熔融,使得熔体成分向Si、Al等方向转化,即从基性向酸性转化。     

Contact Partial Melting of Granitic Country Rock, Melt Segregation, and Re-injection as Dikes into Ferrar Dolerite Sills, McMurdo Dry Valleys, Antarctica

Numerous, interconnected, granitic dikes (<30 cm in widthand hundeds of meters in length) cut Ferrar dolerite sills ofthe McMurdo Dry Valleys, Antarctica. The source of the graniticdikes is partial melting of granitic country rock, which tookplace in the crust at a depth of about 2–3 km adjacentto contacts with dolerite sills. Sustained flow of doleriticmagma through the sill generated a partial melting front thatpropagated into the granitic country rock. Granitic partialmelts segregated and collected at the contact in a melt-rich,nearly crystal-free reservoir adjacent to the initial doleritechilled margin. This dolerite chilled margin was subsequentlyfractured open in the fashion of a trapdoor by the graniticmelt, evacuating the reservoir to form an extensive complexof granitic dikes within the dolerite sills. At the time ofdike injection the dolerite was nearly solidified. Unusuallycomplete exposures allow the full physical and chemical processesof partial melting, segregation, and dike formation to be examinedin great detail. The compositions of the granitic dikes andthe textures of partially melted granitic wall rock suggestthat partial melting was characterized by disequilibrium mineraldissolution of dominantly quartz and alkali feldspar ratherthan by equilibrium melting. It is also unlikely that meltingoccurred under water-saturated conditions. The protolith granitecontains only 7 vol.% biotite and estimated contact temperaturesof 900–950°C suggest that melting was possible ina dry system. Granite partial melting, under closed conditions,extended tens of meters away from the dolerite sill, yet meltsegregation occurred only over less than one-half a meter fromthe dolerite chilled margin where the degree of partial meltingwas of the order of 50 vol.%. This segregation distance is consistentwith calculated length scales expected in a compaction-drivenprocess. We suggest that the driving force for compaction wasdifferential stress generated by a combination of volume expansionas a result of granite partial melting, contraction during doleritesolidification, and relaxation of the overpressure driving doleriteemplacement. On a purely chemical basis, the extent of meltsegregation necessary under fractional and batch melting tomatch the Rb concentrations between melt and parent rock isa maximum of 48 and 83 vol.% melt, respectively. KEY WORDS: Antarctica; dike injection; disequilibrium; granite partial melting; silicic melt segregation