岩浆混合的证据—MME包体的特征及形成过

    程徐升 杨永飞

    摘 要：本文简要介绍岩浆混合的证据-MME包体的特征及形成过程。

    关键词：岩浆；混合；过程

    1 简介

    我们在花岗岩中常可以见到暗色包体。关于这些暗色包体的成因自20世纪70年代以来一直存在两种观点。一种是残留体说，认为这些包体是地壳岩石发生深融作用产生花岗岩岩浆后残留下来的偏基性的难熔残余。另一种观点则认为，暗色微粒包体是基性岩浆与酸性岩浆混合过程中的产物。Didier和Barbarin在他们的著作中将花岗岩中的暗色包体分为了三种：捕掳体、残留体和镁铁质暗色包体。镁铁质微粒包体又称镁铁质微粒花岗岩类包体或镁铁质岩浆包体，其英文缩写均为MME。

    2 镁铁质包体的主要特征

    （1）成分特征：MME包体颜色从黑色到灰色不等，但均比寄主岩深。成分主要为镁铁质和闪长岩质，与寄主岩相比更加的基性，成分点也比较分散。MME主要矿物的种类在包体和寄主岩中相似，且均为岩浆岩矿物组合。但一般说来，Si、K、Na+K、K/（Na+K），石英和长石在寄主岩中更富，而其它元素以及铁镁矿物在包体中更富。但在酸性的包体-寄主岩对中也可达到成分的平衡，尤其是Mg、Ca、Ti、长石等组分。寄主岩中的黑云母Al、Fe含量较高，而包体的黑云母Si、Mg含量较高。但多数铁镁矿物的Mg#比值在包体和寄主岩中却很接近。斜长石中An的含量在二者中相近。虽然包体为基性或中性成分，但其斜长石却是低钙长石，有时可以具有高钙长石的核。

    （2）结构特征：MME为岩浆结构。典型的结构有微粒-细粒结构，斑状结构及嵌晶结构等。

    （3）构造特征：包体大小变化较大，从几厘米到几十厘米，最大达几米直径，大多数在数厘米到半米之间。最常见的形状为浑圆状、椭球状、卵状，有时也可以见到各种不规则的或拉长的形状，角砾状。

    3 MME包体对岩浆混合的记录

    镁铁质岩浆进入长英质岩浆后，由于温度和温度的差异，二者会发生热的反应和物质的反应。MME包体特征的成分和结构就记录了这些反应。

    （一）热交换

    高温的镁铁质岩浆在进入低温长英质岩浆后，会与长英质岩浆之间发生热扩散。当镁铁质岩浆比例较大，温度较高时，与长英质岩浆之间达到热平衡的时间较长；当包体较小时，温度较低，热扩散的时间则较短。MME包体中的一些结构就记录了岩浆混合过程中的热扩散过程。早期快速结晶的铁镁矿物、斜长石被慢速结晶阶段的嵌晶状石英和钾长石所包裹。这种结构形成镁铁质岩浆经历了两大结晶阶段。第一阶段为快速结晶阶段，较热的镁铁质岩浆与较冷的酸性岩浆遭遇后，快速降温达到与花岗岩浆相同的温度，即达到热平衡。第二阶段为相对慢速结晶的过程，这时MME包体的残余岩浆或经混合作用改造的岩浆，与其寄主花岗岩浆以相同的速度冷却。这时，石英和钾长石也结晶出来，形成较大晶体，甚至形成嵌晶结构，包裹早期结晶的铁镁矿物、斜长石、副矿物。

    （二）物质交换

    由于成分上的差异，相互接触中，镁铁质岩浆与长英质岩浆之间物质交换。这会造成两种岩浆成分上的变化。镁铁质岩浆和长英质岩浆的物质交换方式主要包括机械交换和化学扩散。

    （1）镁铁质岩浆和长英质岩浆的机械交换包括岩浆团和晶体的交换。小的镁铁质岩浆团进入长英质岩浆中后，迅速失热、固结，形成镁铁质包体。

    （2）镁铁质岩浆和长英质岩浆的化学扩散发生在热平衡之后。这是因为化学扩散发生化学扩散比热扩散的速率要小几个数量级。化学扩散会造成包体和寄主岩之间化学平衡。

    在物质交换过程中，这两种交换方式是共同进行的。机械交换可以使包体和寄主岩岩浆之间的接触面积增大，以及使包体外围的寄主岩岩浆不断更新，保持包体和寄主岩浆之间成分上的差异，从而促进化学扩散。

    4 MME包体的形成

    （一）控制因素

    MME包体作为岩浆混合不均匀的产物，形成受控于两种岩浆的的成分、含水量、温度、粘度、结晶度、大小和相应的流变学特征等因素，主要受控于镁铁质岩浆和长英质岩浆的粘度。

    （二）形成位置

    由于岩浆在岩浆房、岩浆通道等的任何一个层位均可进行混合，所以MME包体的也可以在多个层位产生。

    （1）在岩浆房中，包体的形成主要受控于岩浆比例的不同。早期，幔源岩浆刚进入下地壳，引起下地壳熔融，使其产生熔体。这时，由于镁铁质岩浆比例较大，整个岩浆房的岩浆温度较高，粘度较小。两种岩浆之间的对流搅动可以使岩浆混和的较均匀，形成钙碱性长英质岩浆。这时，一种组分中的斑晶会可能被蚀变及被运移到另一种组分中，形成捕掳晶。这造成混合岩浆中存在大量捕掳晶随着地壳的进一步熔融，长英质的岩浆的比例逐渐变大，岩浆房岩浆温度变低，粘度较大，使得两种岩浆之间的物质交换受到限制。通过岩浆之间的对流和搅动，镁铁质岩浆进入长英质岩浆中会淬冷成为MME包体。

    （2）在岩浆通道中，两种岩浆的物理化学性质的差异会导致岩浆之间的搅动但由于时间较短，导致岩浆之间无法充分地进行物质交换，从而产生MME包体。

    （3）在岩浆上升就位过程中，由于粘度不同，岩浆的流动可以导致MME在花岗岩岩体中的局部富集，或形成多成因包体群，与捕掳体、同源包体、残留体及钾长石等伴生。在岩浆停止流动之后，且没有完全固结之前，MME包体会和寄主岩浆发生化学扩散。大量的化学扩散会造成包体和寄主岩之间的同位素的均一，而局部的化学扩散会造成包体具有细粒的边部、斑状过渡带及长英质晕。

    5 总结

    MME具有岩浆岩矿物组合和岩浆结构，是岩浆混合不均匀的产物。MME包体记录了岩浆混合作用中发生一系列热和物质的反应。这些反应主要受控于两种岩浆的物理化学条件。其中热交换主要与包体的大小、温度有关；物质交换与包体的成分、含水量、温度、粘度、结晶度、大小和相应的流变学特征等因素均有关系，主要受控于包体残余岩浆和寄主岩岩浆之间的粘度。

    参考文献：

    [1]莫宣学，肖庆辉，喻学惠，等.2002.花岗岩类岩石中岩浆混合作用的时间与研究方法。花岗岩研究思维与方法：53-70.

    [2]Koyaguchi， T.， 1985. Magma mixing in a conduit. J VOLCANOL GEOTHERM RES 25， 365-369.