超高压变质折返过程中的部分熔融

    脱昱

    摘要：超高压变质岩在折返过程中普遍存在部分熔融作用，由于部分熔融作用产生的熔体富硅铝而贫铁镁，所以其在野外主要表现为较围岩颜色浅的不同尺度的浅色脉体。通过研究发现，含水矿物或名义上的无水矿物的脱水熔融是超高压变质岩部分熔融的主要机制。超高压变质岩的部分熔融可以改变岩石的流变学性质，进而影响岩石的强度，对深俯冲陆壳的折返作用具有显著影响，识别超高压变质岩石折返过程中的部分熔融现象对大陆深俯冲过程中发生的壳幔相互作用和陆壳物质再循环具有重要意义。

    关键词：超高压变质；大陆深俯冲与折返；部分熔融；浅色脉体；相平衡计算；实验岩石学脱水熔融

    1 大陆深俯冲和超高压變质

    超高压变质作用是指温压条件达到石英一柯石英转变线（通常为600-700℃和2.6-2.7GPa，相当于80-90km的深度）以上的一种极高静岩压力的榴辉岩相变质作用。超高压变质岩通常只包括经历超高压变质作用的表壳岩和相关的镁铁质、超镁铁质岩，而不包括在上地幔稳定存在的地幔岩。变质表壳岩石中柯石英的发现在全球引发了超高压变质和大陆深俯冲研究的热潮。随后，新的超高压指示矿物和特殊出溶结构不断发现，俯冲深度不断被刷新。

    2 超高压变质折返过程中的部分熔融现象

    虽然在大陆俯冲过程中缺少同碰撞岩浆活动，但世界上很多超高压变质带都有部分熔融作用的存在，如：大别一苏鲁造山带、哈萨克斯坦造山带和挪威西片麻岩地区。超高压变质岩中的部分熔融作用主要表现为宏观的不同尺度的脉体。由于在地壳岩石中，部分熔融产生的熔体相对于原岩更富硅、铝而贫铁镁，所以其通常形成较围岩岩石浅的浅色脉体，其矿物组合主要包括石英、长石和云母等。不同于洋壳，大陆俯冲带岩石圈地幔楔具有高粘滞度、低温度和低水活度等特点，所以在陆壳俯冲过程中超高压岩石很难发生部分熔融作用，又由于大部分超高压岩石峰期变质温度较低，不足以导致超高压岩石发生部分熔融，所以超高压岩石在峰期也没有明显的部分熔融作用发生。近些年来年代学的研究显示，浅色脉体形成的时代一般都晚于其围岩的峰期变质年龄，主要发生在超高压岩石折返初期。

    3 部分熔融机制

    部分熔融发生的条件主要有：升温、减压和流体的加入。通过相平衡计算研究表明在超高压岩石俯冲的进变质和峰期变质过程中，由于压力很高，所以需要很高的温度（约800℃）才能使岩石发生部分熔融作用，因为俯冲的陆壳一般地温梯度较小，所以很难在相应深度达到如此之高的温度，所以在俯冲和峰期变质过程中部分熔融作用较少。

    在对基性榴辉岩进行部分熔融实验时，随着压力的升高，实验产生的原始熔体的成分在l.OGPa时为英云闪长质，1.5 GPa时为英云闪长一奥长花岗质，2.1-2.7GPa时为石英二长质，当压力升高到3.2GPa时产生典型花岗质岩浆。实验岩石学表明，在流体缺失时，基性岩的部分熔融主要受角闪石脱水熔融反应控制，在不同压力下角闪石脱水熔融反应为：

    Pl+ Amp±Qz=Opx+ Cpx +Ilm+ melt.

    （P< lOkbar）

    Pl+ Amp±Qz=Gt+ Cpx +Ilm+ melt

    （P< 10-20kbar）

    Amp±Qz=Gt+Cpx+ Ru+ melt

    （P> 20kbar）

    对天然浅色脉体的研究发现，在俯冲折返过程中含水矿物或名义上无水矿物在减压后的脱水熔融是部分熔融发生的主要机制。由于脱水熔融的矿物和熔融的温压条件不同，形成的浅色体具有不同的矿物组合和地球化学特征。其中多硅白云母的脱水熔融多形成的长英质熔体富Si、高K并且富含Rb和Ba，其形成的浅色脉体中主要为钾长石、斜长石，石英及少量的黑云母、白云母、角闪石、石榴石等，是富钾浅色脉体的主要成因；黝帘石部分熔融形成的熔体具有高Sr、LREE、Pb的特征，其形成的浅色脉体中的矿物主要为：斜长石、石英及少量的黑云母、白云母、角闪石等，另可含少量的副矿物；绿辉石部分熔融产生的熔体具有高Na/K和高Ca的特征，其形成的浅色脉体中的长石主要为钠长石；角闪石的部分熔融由于发生在斜长石的稳定域，因而它所产生的熔体具有低Ca和Sr的特征，并且会出现明显的Eu负异常。

    4 部分熔融的意义

    超高压变质岩石在折返过程中普遍存在部分熔融作用，部分熔融作用可以显著改变岩石的流变学性质，进而影响岩石的强度，在俯冲晚期的部分熔融作用可以使其折返，而在折返早期的部分熔融作用则可以促进板片的抬升。当俯冲地壳拆离进入俯冲隧道后，部分熔融作用会极大地促进折返。因此对超高压变质岩石折返过程中发生的部分熔融现象的识别和探讨，对揭示陆壳俯冲过程中的元素迁移、构造演化、陆壳折返机制及壳幔相互作用具有重要意义。