深熔作用

又稱重熔作用。先形成岩石的熔化作用。由於溫度增高(壓力不變)或壓力下降(溫度不變),岩石產生部分熔融或不完全熔融。熔融沉積直立邊界發生,熔漿可從部分熔融的岩石系統中釋出,或保留在該系統中。如部分熔融的地殼矽鋁質岩石產生的花崗岩質熔漿、部分熔融的地幔橄欖岩而產生的玄武岩質熔漿都是典型的例子。深熔作用還可分為粒間深熔作用、部分深熔作用、分異深熔作用、選擇深熔作用、完全深熔作用等。

基本介紹

• 中文名：深熔作用
• 外文名：anatexis
• 類別：變質作用

概述

深熔作用和重熔作用均譯自於英文單詞anatexis，在Robert L Rates&Julia A．Jackson(1984)主編的《地質學術語詞典》(“Dictionary of Geological Terms”)中，深熔作用被注釋為：原先存在的岩石經歷了粒間的、部分的、不均勻的、差異的或者完全地被熔融。深熔作用通常與高級變質作用相聯繫，是一個區域地質事件的演化過程中，處於地殼中深部的變質岩，由於溫度升高、壓力降低、流體加入或構造作用發生導致其部分乃至全部熔融的地質作用和過程(賀同興，1987；程裕淇、楊崇輝等，2004)。深熔作用主要發生於區域變質作用的峰期附近(Jung et a1．，2000a，b，2001；Johannes，2003)，同區域變質作用一樣，也是區域性的。當然，如果構造作用在深熔作用過程中居主導地位，也可以發生在大型韌性剪下帶中。

深熔作用可以是在封閉體系下進行，熔體來源於發生深熔作用的岩石本身，也可以有深部岩汁(ichor)或外來流體的加入，這也是混合岩研究的早期歷史上發生爭論的兩個觀點。實際上，這是混合岩化作用/深熔作用過程中的兩種客觀現象，可以相伴出現，只是相對於所研究的地質體本身及其尺度而言以一種起主導作用(程裕淇、楊崇輝等，2004)。

深熔作用的種類

存在流體相的熔融和缺乏流體相的熔融。存在流體相的熔融發生在固相線上或固相線附近，熔融涉及的礦物主要是長石和石英，如果是存在於顆粒之間的自由水，這種自由水含量很低，僅能產生少量的熔體(Stevens and Clemens，1993)。飽水熔融通常需要外來含水流體的加入，其儘管可以形成黏度很低的長英質熔體，但與源岩的分離程度低，侵位能力有限，一般不形成大的花崗岩體，但可以產生十分發育的混合岩(Thompson et a1．，1995；Jung et a1．，2000a，b)。相反，水缺乏的熔融發生遠高於固相線之上，主要涉及含水礦物相如角閃石、黑雲母和白雲母的分解，結果，所形成的熔體通常缺水，而且，所形成的熔體量可以達到30%以上(Clemens，1984)，遠遠超過流體相存在情況下形成的熔體。

發生深熔作用的岩石

發生深熔作用的岩石既可以是變質沉積岩和變質火山岩，也可以是早期的變質深成侵入岩(如TFG)(穆克敏等，1989；林強等，1992a，b)，總之，組成中下地殼的所有岩石都可以是深熔作用的對象。深熔作用不僅是形成高級變質區深熔混合岩和深熔片麻岩的主要機制，而且也是地殼中大面積花崗質岩漿形成的主要原因(Kriegsman，2001；賀同興，1987；程裕淇、楊崇輝等，2004)，因此，它在地殼分異過程中起了關鍵性的作用(Clements and Hutton，1998)。是形成深熔混合岩還是形成深成岩體取決於熔體的體積和熔體的運移(Brown，1994a；Brown et a1．，1995；Kriegsman，2001)，熔融程度低，熔體體積小，運移速率低，運移距離短，則形成深熔混合岩或低度深熔岩；熔融程度高，運移距離大，則可以形成深成岩體；如果熔融程度高，但運移距離小或不發生遷移，並且熔體與殘留體還沒有完全分離，則形成深熔片麻岩，它往往與源岩在空間上密切共生。通常認為變質作用是在基本保持固態的情況下岩石中的礦物組成和組構發生改變形成新的岩石的作用和過程，岩漿作用是指基本處於液態的情況下岩漿的運移、演化(分離、混合)和結晶的地質作用，深熔作用則是介於二者之間、承上啟下的一種地質作用(賀同興，1987；程裕淇、楊崇輝等，2004)。三者之間漸變過渡，但又有一定的重疊，聯繫密切，可以發生於同一區域變質地質事件的演化過程中。

深熔作用存在的基本標誌

在高級變質區，深熔作用的表現具有多樣性和複雜性，儘管研究還很難發現所有的深熔作用現象，但事實上，人們對於深熔作用存在的基本標誌早有認識，只不過在有些情況下，由於研究的側重點不同過分強調了這些基本標誌的其他含義而忽視了其深熔作用的內涵而已。

深熔作用存在的巨觀標誌

許多岩石通常是由比較活動的長英質域(淺色體)和富鎂鐵質域(暗色體)組成(Mehnert，1968；Brown，1973)，富鎂鐵質域或者是長英質組分和鎂鐵質組分的混合物(中色體)，或者是薄層的純鎂鐵質域(暗色體)。這三種組分同時出現時，暗色體總是固定不變地將淺色體同中色體分開。其中，淺色體中的礦物粒度明顯變粗，有時可以出現偉晶結構，淺色體的形態或者表現為不規則團塊狀，或者表現為與基質中的片麻理平行的條帶或脈體，條帶的寬度一般為毫米級到厘米級，有時可達到米級的寬度，後者更普遍。

這類岩石就是通常所說的混合岩。儘管有些研究者認為混合岩可以在富含水蒸氣相時，在低於固相線數十度的溫度環境中通過變質分異作用而成，但最為接受的觀點是有或無流體滲透情況下的部分熔融或深熔作用的結果(Brown，1973；Kriegsman，2001；賀同興，1987；程裕淇、楊崇輝等，2004)，因為大部分高級區的變質條件在750—850℃，基本落人“濕花崗岩熔體區”(圖7—2—2中反應6所示)。因此，可以認為混合岩中的淺色體、中色體和暗色體同時出現的現象是高級變質地體中深熔作用存在的主要標誌(Sawyer，1999)。

從構造變形的危度看，混合岩中呈條帶狀產出的淺色體也是層狀構造的一種，是構造變形的一種反映。事實上，在高級變質地體的形成和演化過程中，變質作用、變形作用和深熔作用往往不是彼此孤立的事件，而是相互聯繫的。淺色體的形態通常與同時發生的變形有關，呈不規則團塊產出的淺色體通常產於變形較弱的部位或不發生變形的岩石中，可能是靜態深熔的結果，而呈條帶狀產出的淺色體出現變形較強的部位，一般變形越強，條帶越發育，並伴生有十分複雜的層間揉皺，顯示出動態深熔的特徵。

深熔作用存在的微觀標誌

經深熔作用改造後，岩石的原有結構和組成礦物均會發生變化，從而出現新的岩相學特徵。一些顯微現象或標誌也可以反映深熔作用的發生或熔體的存在：

(1)通常情況下，從中色體經暗色體到淺色體，組成礦物的粒度明顯增加，有些淺色體可以出現從粗粒到偉晶結構的漸變，甚至形成不規則的偉晶岩團塊。

(2)在深熔作用較弱的岩石中，長石和石英等礦物顆粒間出現鋸齒狀邊界，顆粒之間還會有新生的礦物出現(程裕淇、楊崇輝等，2004)，出現微粒交生體(穆克敏等，1989)。這種結構與典型糜棱岩中由於強烈變形和動態重結晶而顯示的鋸齒邊結構不同，原有的礦物顆粒內部無應變組構。

(3)礦物的熔蝕現象，由於不均勻熔融或溶蝕，礦物顆粒呈不規則殘留狀產出，並具有不規則彎曲的港灣狀邊界，類似典型岩漿岩中的熔蝕結構。

(4)深熔初期，輝石、角閃石、黑雲母邊部或局部的暗化並有鐵質析出，解理模糊並消失，這是高溫高壓熔融樣品經常出現的現象；隨著深熔作用的進行，呈殘片產於長石和石英顆粒之間(程裕淇、楊崇輝等，2004)。

(5)斜長石的“糟化”和“暗化”現象，指斜長石轉變為微細粒礦物集合體，在單偏光下類似不透明或半透明礦物，在高倍正交偏光下顯示為微細的非均質粒(片)狀集合體，為絹雲母的類似物或絹雲母與鈉長石和石英的集合體(程裕淇、楊崇輝等，2004)。

(6)條紋長石和反條紋長石分別是深熔作用過程中微斜長石和斜長石出熔作用的產物。

(7)在長英質岩石中，斜長石和微斜長石轉變為毛髮狀矽線石和針狀矽線石的現象反映有熔體的形成(程裕淇、楊崇輝等，2004)。

在過去的研究中，通常通過顯微鏡下一些交代結構的存在強調深部岩汁或外來流體注入的觀點，如蠕英結構、淨邊結構、交代反應結構等，而如今的研究結果表明，在混合岩中，不僅存在熔體的分凝(segregation)，也可能存在熔體的提取和遷移，只是這種熔體提取和遷移的規模不大，還不能形成岩漿而已(Brown，1994b；Kriegsman，2001；Jung eta1．，2000a，b，2001)，因此，上述現象也可以用原地結晶熔體與殘留體之間的逆反應來解釋。

上述標誌主要產於深熔作用較弱的岩石——深熔混合岩中，當熔體大規模聚集時，可以形成深熔片麻岩(深熔花崗岩)體。

深熔片麻岩與深熔混合岩

深熔片麻岩和深熔混合岩是高級變質區經歷了深熔作用的重要標誌性產物，對它們的研究對討論高級變質地體的形成和演化有著十分重要的意義，同時，它們也是研究部分熔融組合的物理化學性質、討論岩漿形成的天然實驗室。

深熔片麻岩

1．深熔片麻岩的含義

深熔片麻岩是深熔作用的較高級產物，主要指在高級變質地質體的形成過程中由於深熔作用形成的具有一定規模、岩漿岩特徵占優勢地位的地質體，與其源岩密切共生，基本上屬於原地或半原地花崗岩。

深熔片麻岩在基本含義上並不完全與混合花崗岩相對應，混合花崗岩似乎還有更廣泛的含義，如原地型混合花崗岩、穹窿型混合花崗岩、邊緣性混合花崗岩(賀同興，1987)。作者在此用深熔片麻岩一詞主要定義那些與高級變質地體同時形成、源於高級變質地體、產於高級變質地體中的原地花崗岩或原地型混合花崗岩。

深熔片麻岩的形成過程實際上就是岩漿原地或半原地的結晶過程。同深熔混合岩一樣，這一過程也涉及岩漿形成過程中的熔體分凝、提取、聚集、運移和結晶過程中的分離結晶作用、殘留熔體與殘留體和圍岩的相互作用。

深熔片麻岩作為一種特殊類型的變質岩漿岩，它與高級變質區大量發育的變質深成侵入岩在特徵上又有明顯的區別，由於所形成的岩漿未經長距離的運移，其結晶的產物具有極不均勻的岩相學和地球化學特徵，如果高級變質區岩石類型複雜，有可能形成多種成

2．深熔片麻岩的基本特徵

儘管大量的文獻都提到深熔片麻岩(原地花崗岩、原地混合花崗岩)的存在，但這些深熔片麻岩有哪些特徵，如何確定多年來一直存在著爭論。在混合岩和混合花崗岩的早期研究中所確定的大量混合花崗岩如今被重新認定為變質深成侵入岩也說明了這一點。

近年來，已有大量的文獻對原地花崗岩從野外地質特徵和地球化學特徵等方面進行了討論，並且，多數文獻集中在與富鋁片麻岩密切共生的石榴花崗岩成因研究方面。作者綜合國內外在這一方面的研究資料並根據近年來對內蒙古大青山一烏拉山地區高級變質雜岩的研究成果，提出深熔片麻岩應具有以下幾個方面的基本特徵：

(1)深熔片麻岩與其源岩的密切共生是其存在的典型標誌之一。所謂源岩，是在礦物組成和地球化學特徵等方面與深熔片麻岩有一定成因聯繫的變質岩或深熔混合岩。如石榴花崗岩與孔茲岩系的富鋁片麻岩在空間上密切共生。需要說明的，在此所指的源岩並不是說形成深熔片麻岩的岩漿一定要來源於這些岩石．而是指潛在的源岩．真正的源區岩石可能已變為殘留體。

(2)深熔片麻岩可以呈層狀產出，也可以呈穹形的形式產出，有時也可以呈脈狀形式產出。後期變形改造較弱之處，深熔片麻岩或者以塊狀構造為特徵，或者可以表現出一定的流動構造(面狀流動構造和線狀流動構造)，二者有時可以同時出現一個片麻岩體中。

(3)深熔片麻岩與源岩之間可以是漸變過渡的，也可以是截然的界線；而與其他類型的變質岩則界線截然，界線附近甚至有該類變質岩捕虜體。

(4)深熔片麻岩體中含有大小不一、形態各異、類型不同的殘留體，其中包括源岩中難熔的岩石、易熔岩石中難熔礦物相和難熔礦物相集合體，它們或者呈不規則團塊產出，或者呈殘影狀、霧迷狀產出，如石榴花崗岩中既含有磁鐵石英岩、麻粒岩殘留體之類的異源殘留體，也含有富石榴子石殘留體、富黑雲母殘留體之類的同源殘留體，及散布的石榴子石殘留礦物相和矽線石礦物相，同時，也有大小不同的變質岩源岩殘片。

(5)深熔片麻岩體中的成分和結構構造特徵在較大的尺度上極不均勻，表現為殘留體分布的不均勻，岩性變化較大，結構構造不均勻，但在較小的尺度上可以表現出相對均勻的特徵，在平面和剖面上，具有相同岩性、相同結構構造的深熔片麻岩多呈補丁狀形態產出；同時，這些深熔片麻岩的常量元素、微量元素和稀土元素特徵變化也較大。

(6)深熔片麻岩通常情況下由殘晶相和結晶相兩類礦物組成，結晶相礦物主要由於深熔作用產生的熔漿結晶而成，殘晶相礦物主要為岩漿產生之前變質作用形成、後又被熔漿溶蝕交代的礦物，具有溶蝕結構，並且，其礦物學及內部的結構構造特徵與其源岩中的同類礦物相同。如內蒙古大青山一烏拉山地區高級變質岩中的石榴花崗岩中，殘晶相礦物為石榴子石、矽線石、鉀長石和紅棕色黑雲母(圖片66)，形狀不規則，顆粒邊界呈鋸齒狀，石榴子石具篩狀變晶結構；結晶相礦物為石榴子石、微斜長石、斜長石、石英和褐色黑雲母，多為自形一半自形晶。

(7)在地球化學特徵上，深熔片麻岩與其源岩在常量元素、微量元素和稀土元素等方面有一定的繼承性，但也有一定的變化，其中稀土元素變化顯著。

3．深熔片麻岩的分類和定名原則

深熔片麻岩基本具備了岩漿岩的特徵，可按國際地科聯頒布的岩漿岩國際命名方案命名，對於一些含有特殊結構構造的深熔片麻岩，如細小的暗色殘留體呈殘影狀、霧迷狀產出時，可作為前綴加在岩石名稱前面，如霧迷狀石榴花崗閃長岩。如遭受了後期變質變形的改造，可使用變質深成岩漿岩的命名方案。

深熔混合岩

1．深熔混合岩的定義

混合岩是Sederholm(1907)提出的，原意是指“一類外表很不均勻的岩石，它們是由具有片理(或層狀構造)的變質岩基體和順層或沿裂隙分布的花崗質岩脈相混雜而成的岩石”。多年來，儘管對混合岩的成因有許多爭議，但將由長英質域和鎂鐵質域組成的外表很不均勻的複合型岩石定義為混合岩似乎沒有異議。

2．深熔混合岩的構造要素(基本組成)及含義

(1)深熔混合岩中基本組成(構造要素)的劃分及概念：對於混合岩外貌的不均勻性所反映的基本組成，多年的研究結果出現了3種不同的劃分和定義：

淺色體、中色體和暗色體混合岩中最淺色的部分即淺色體(meucosome)，通常由長石和石英組成，可能含有少量的暗色礦物；混合岩中顏色處於淺色體和暗色體之間的部分為中色體(mesosome)；暗色體(melansome)則是混合岩中顏色最深的部分，主要由暗色礦物組成，暗色體通常處於兩個淺色體之間，但如果有中色體存在，則通常處於中色體與淺色體之間。

古成體和新成體古成體(paleosome)指混合岩中代表混合岩原岩(或母岩)的部分；而新成體(neosome)則指混合岩中新形成的部分(脈體和殘留體)。

基體和脈體基體指混合岩中變質岩的部分；脈體指加入其中的花崗質或長英質部分。

(2)深熔混合岩中基本組成(構造要素)的基本含義：對於中色體，有三種不同的觀點，第一種觀點用“古成體”代替描述性術語“中色體”，認為這一構造要素代表早期的片麻岩，這一原岩的一部分轉變成殘留體(暗色體)和熔體(淺色體)，未發生轉變的那部分就是中色體(古成體)(Mehnert，1968；Mehnert&BOsch，1982)；第二種觀點強調中色體並不一定就是古成體，但中色體代表一種未熔融的原岩，而真正的古成體可以認為是另外一種成分不同並已經熔融了的原岩，其經歷了部分熔融後，形成了淺色體和暗色體(Johannes and Gupata，1982Johannes，1983，1985，1988)；第三種觀點認為熔體可以在原岩到中色體內形成，然後匯聚在淺色體占據的位(Holmquist，1921；Winkler and Von Platen，1961)，自20世紀90年代以來，許多著名的變質岩石學家如Sttiwe and PoweH(1989)，Powell and Downes(1990)，Fitzsimons(1996)，Greenfield eta1．(1998)，Kriegsman and Hensen(1998)，Berger and Kalt(1999)都普遍認為熔體是從中色體中分凝出來的，這等於說明中色體是殘留體，也支持了最後一種觀點。