部分熔融的存在及其变形特征

2025-03-21 16:10:41

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回答1：

在中-高压力的构造环境中，一旦变质温度升高到约630℃，在岩石中适合成分出现部分熔融（Sawyer，1999）。一般情况下，部分熔融作用首先影响泥质岩石、半泥质岩石、长石砂岩和花岗质岩石，但是如果温度足够高的情况下，铁镁质岩石也将开始熔融。部分熔融的出现使下部地壳高级变质岩从单相（固相）体系变为双相（熔体＋固体）体系，整体黏度（bulk viscosity）随着熔体组分增加而降低（Sawyer，1999）。部分熔融的开始引起应变速率增加（Dell'Angelo et al.，1988；Hollister and Crawford，1986）、热转换率增加（Raia and Spera，1997），引起地壳分异（Lambert and Heiter，1968）。最近研究已经解释熔融与应变局部化之间反馈机制（feedback mechanism）（Brown and Solar，1998；Kisters et al.，1998）。所以，为了研究下部地壳的流变机制和变形行为，识别岩石是否发生熔融是非常重要的。

（一）部分熔融岩石体系特征

随着变质温度升高，构成熔融反应的矿物组合变为不稳定，发生熔融。熔融首先发生在反应矿物相互接触的三连点或边界上，最初熔体形成小的孤立的囊状体或管道（图2-2-1a）。如果温度继续增加，熔融程度增加，固体部分减少，囊状的熔体扩大，最终形成相互连接的熔体网络（图2-2-1b）（Sawyer，1999）。一旦像这样网络形成，熔体在部分熔融的岩石中呈透入性分布。

图2-2-1 熔体在岩石中分布的几何形态

（据Sawyer，1999）

由于熔融使得原岩单相系统变为新的双相系统（熔体＋固体）。在岩石发生熔融过程中，原岩中不参加熔融反应的难熔矿物和熔体反应后形成的固体矿物，统称为残留物。如果熔体和固体分离，熔体部分称为浅色体（leucosome），残留部分称为暗色体（melanosome）。所以，如果这两个部分以它们原始比例保留，质量平衡，原岩＝新的岩石＝浅色体＋暗色体（Ashworth，1985）。

在部分熔融程度较低的岩石中（＜5%），岩石体系是以固相为主，熔体在固体格架中运移，应变的承载方式主要以LBF（Load-Bearing Frame-work）形式进行，即应变主要由非熔融体的固体来承担（曾令森，2004）。在部分熔融程度较高的区域（＞10%），浅色体相互连接而成网结状构造，应变的承载方式主要以IWL（Interconnected Weak Layers）形式进行，即熔融体表现为弱相而承载大部分的应变。这表明在高级变质岩深熔作用形成过程中，熔体的出现强烈地制约着应变分解作用。

熔体部分是否迁移不仅依靠把它挤出的驱动力，而且还依靠容纳熔体聚集、扩散的空间。如果部分熔融岩石受到静态水压应力作用，熔体部分不能离开固体基质；但在差应力情况下，由于变形作用使得熔体与固体介质发生分离（Maaloe，1992；Stevenson.1989；Sawyer，1984）。

（二）浅色熔体形态和空间分布

当部分熔融程度相对较低的情况下（只有百分之几），在野外露头上识别部分熔融的影响是很困难的，但是在显微镜下能够观察到部分熔融反应的结构和构造。在熔融开始的地方，反应矿物变成浑圆，岩石通常形成糖状结构，矿物颗粒的粒度变粗。但是，随着熔融组分增加，在差应力作用下熔体发生运移和聚集，形成了形态不一、规模不同的浅色熔融脉体或深熔片麻岩。浅色熔体的空间分布主要受岩石中剪切叶理、石香肠构造、剪切条带和拉伸线理等构造要素控制，沿着这些构造形迹易于形成扩展空间，熔体沿着这些空间聚集。

1.浅色熔体形态

在野外最为常见是熔体沿着剪切叶理分布，随着熔融程度增加和变形作用增强，浅色熔体从初始熔融的团块状、透镜状，最终形成平行剪切叶理的密集条带（图片1～3）。例如，在内蒙古大青山高级变质区中，细粒榴云片麻岩在部分熔融的初期阶段，首先沿片麻理出现浅色的长英质组成的形态不规则的边界很模糊的姜块状、云朵状团块，呈零星孤立状分布（图片1）。随着部分熔融作用增强，长英质团块逐渐增多，相互连成不规则的长透镜状浅色脉体（图片2），沿着片麻理呈断续分布，此时石榴子石和黑云母矿物出现聚集，有的在长英脉体内部，有的在边部，颗粒明显增大。再进一步熔融，浅色长英质体体积变大，相互连接成大小不等的细小脉体，沿剪切叶理分布，形成了密集的部分熔融条带状构造（图片3）。如果岩石中剪切叶理不发育，浅色熔体沿着应变椭球体拉伸长轴分布聚集，形成浅色杆状集合体，构成了熔融流动线理，形成了L构造岩（图片4）。

如果浅色熔体发生迁移，经常向低压空间迁移聚集，如同构造石香肠两端结点或其边部（图片5）构成石香肠体周围浅色边，有时沿着脆性裂隙贯入围岩中形成浅色脉体。此外，熔体也沿着顺层叶理贯入，形成平行顺层叶理的浅色脉体，或集中在褶皱的转折端（图片6）。在熔融程度较高时，熔体沿着原岩岩性层分布，形成了规模较大的似层状的深熔片麻岩。

2.浅色熔体与原岩构造关系

如果剪切叶理或剪切条带等扩展构造是在熔融层内形成，熔体从残留物中迁移不远，导致在浅色体周围被基性暗色边环绕，形成对称分布的暗色边。若扩展空间在熔融层与难熔层之间接触界面上形成，导致浅色体只有一边发育有暗色边。扩展空间在没有发生熔融层内形成，将从一定距离熔融层中吸引熔体，导致浅色体没有暗色边，残留体留在熔融层内，作为没有浅色体伴生的暗色团块。在大多数深熔地质体中，暗色层或团块是普遍发育，它们指明熔融作用发生的部位。当熔体不能从变形基质快速迁移，熔体压力增大，发生破裂，熔体沿着裂隙形成似脉状的浅色体，没有基性暗色边，并切割早期熔融构造。

当熔体形成后被移出，深熔作用之前的构造（如层理）在残留物中能够保留，在麻粒岩相地体中的低级部分熔融片麻岩中经常可以看见早期变形组构的残留。相反，如果熔体迁移的速度比增加的速度慢，部分熔融之前的构造和结构被破坏，形成高级混合岩。

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