岩石流变是大陆动力学研究的前沿和热点(嵇少丞等，2008)，而高温流变实验是研究岩石流变最主要的手段之一。多年来，流变实验积累了大量的数据，其中石英、长石、辉石、橄榄石等单相矿物的流变实验研究取得了较好的结果(Kohlstedt et al.，1995；Ji and Xia，2002；周永胜和何昌荣，2003，2004)。Ji(2004) 与Toth et al.， (2009) 根据单相矿物的流变实验数据，给出了利用端元组分拟合计算两相矿物集合体的流变经验公式。这些经验公式虽然可以在一定程度上利用端元组分拟合两相矿物集合体的流变，但并不能完全满足定量确定复杂组分流变参数的需要(周永胜等，2009；Zhou et al.，2012)。而中上地壳长英质岩石的流变比较复杂，表现为在低温条件下岩石处于半脆性，而高温条件下，不可避免地出现角闪石的脱水熔融，因此，实验数据重复性较差，还需要通过大量实验来获取新的流变数据(刘贵和周永胜，2012)。另外在以往的流变实验研究中，主要关注矿物成分对岩石圈流变的影响(周永胜和何昌荣，2004；周永胜等，2009)，对于样品结构的复杂性实验研究比较少(周永胜等，2009)。Ji et al.，(2000) 研究了石英和钙长石分层条带对样品变形的影响，结果表明层状结构样品比均匀混合样品和单相矿物的强度大。对多矿物组分的岩石流变实验表明(周永胜等，2009；周永胜和何昌荣，2009)，在长英质岩石中，如果石英含量超过20%，石英基本控制了样品的整体变形，如果石英含量比较少，而且充填于相对自形的长石之间，则长石控制了样品的变形，样品表现出相当高的强度特征。显然，样品结构对样品强度和变形方式等有显著的影响。

角闪岩的脱水与熔融是大陆中下地壳岩石的重要特征(Wolf and Wyllie，1993a，1994；Zeng et al.，2009)，这种脱水熔融对地壳流变的影响也非常显著。Wolf and Wyllie(1993a)给出在水饱和与无水条件下角闪石脱水熔融的相图，并且研究了温度、时间对脱水熔融的影响(Wolf and Wyllie，1994)。周文戈等(2005) 通过斜长角闪岩脱水熔融实验，得出了随时间和温度的变化斜长角闪岩中的新生矿物和熔体成分的演化趋势。角闪石脱水熔融的熔体被认为是混合岩中的浅色体和高喜马拉雅淡色花岗岩的成因(Wolf and Wyllie，1993a；杨晓松等，2001；Zeng et al.，2009)。花岗岩的熔融实验表明(吴福元，1993；林强和吴福元，1993；林强等，1993)，与粉末样品不同，块状样品的部分熔融样品中存在不平衡熔融和局部熔融体系，熔体成分和分布都体现出非平衡性。辉长岩部分熔融实验中也出现不平衡熔融现象(周永胜等，2003)。部分熔融条件下花岗岩(Paquet et al.，1981；Paquet and Francois，1980；Dell'Angelo et al.，1987； Dell'Angelo and Tullis，1988；Mecklenburgh and Rutter，2003； Rutter et al.，2006；Rutter and Neumann，1995)、长石(Dimanov et al.，1998，2000)、辉长岩(周永胜等，2003；Zhou et al.，2012)、橄榄岩(Jin et al.，1994；金振民等，1997；Hirth and Kohlstedt，1995a，b；Kohlstedt and Zimmerman，1996；Kohlstedt，2002；Kohlstedt et al.，2009；Kohlstedt and Holtzman，2009；Zimmermann et al.，1999；Zimmermann and Kohlstedt，2004；Holtzman et al.，2003)的流变实验表明，熔体对岩石流变的影响不仅与熔体含量有关，而且受熔体的分布控制。如果熔体被封闭于矿物之间，熔体对样品变形的影响有限，只有熔体出现在矿物颗粒边界，形成相互贯通的熔体网络，熔体对流变的影响才显著(周永胜等，2003，2008)；变形能够促进熔体从矿物中分离，形成定向的熔体条带，而且熔体的定向随应变增加而加强(Kohlstedt，2002；Kohlstedt et al.，2009；Kohlstedt and Holtzman，2009；Zimmermann et al.，1999；Zimmermann and Kohlstedt，2004，Holtzman et al.，2003)。

在对周永胜等(2009) 进行的周口店石英闪长岩高温流变实验样品进行微观结构研究时发现，样品结构和角闪石脱水熔融都不同程度地影响了样品的变形。本文主要对这些实验样品进行了显微结构研究，分析角闪石脱水熔融产生的熔体成分，讨论了岩石结构与脱水熔融对地壳减薄和拆离断层发育的影响。

实验样品为采自北京周口店的石英闪长岩，细粒粒状结构，块状构造。岩石主要矿物组成：长石70%(主要为斜长石，微量钾长石)，角闪石17%，石英约8%，黑云母约4%。岩石为半自形细粒结构，矿物粒径为0.3~0.9mm；斜长石板柱状(周永胜和何昌荣，2001)。表 1给出了实验样品的全岩化学成分分析结果。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 实验样品的全岩化学成分(wt%) Table 1 Buck chemical composition of experimental samples(wt%) 成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O MnO TiO2 Total 全岩分析 62.79 16.35 2.41 2.86 2.03 3.66 4.36 3.47 0.13 0.74 98.8 全岩分析 59.66 16.47 2.88 3.29 2.77 4.76 4.12 3.22 0.10 0.86 98.13

表 1 实验样品的全岩化学成分(wt%) Table 1 Buck chemical composition of experimental samples(wt%)

实验在地震动力学国家重点实验室的固体介质三轴岩石力学实验系统上完成，传压介质为氯化钠。实验围压1050~1100MPa，温度为650~1000℃，应变速率1×10^-4~6.25×10^-6s^-1，差应力200~700MPa。详细的力学数据和流变参数参见周永胜等(2009) 。实验条件与样品变形特征列于表 2。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 石英闪长岩流变实验条件与变形特征 Table 2 Rheological experimental conditions and deformation characteristics of quartz diorite 样品号 温度(℃) 压力(MPa) 差应力(MPa) 应变(%) 应变速率(s-1) 样品变形特征 Gran06 650 1100 2098.8 10.37 1×10-4 晶内裂隙发育 Gran07 850 1100 407.1 7.87 1×10-4 晶内裂隙发育，斜长石机械双晶，波状消光；石英波状消光；少量角闪石脱水熔融 612.6 9.2 2.5×10-5 485.3 11 6.25×10-6 Gran02 900 1050 353.8 12.56 1×10-4 大部分角闪石和黑云母脱水熔融；斜长石机械双晶，波状消光；石英波状消光 285.1 14.65 2.5×10-5 247.6 15.45 6.25×10-6 Gran05 950 1050 248.1 5.24 1×10-4 显微镜下未发现熔体，角闪石和黑云母基本保持原有特征，长石机械双晶，波状消光；石英波状消光 193.3 6.56 2.5×10-5 125.9 7.91 6.25×10-6 Gran10 1000 1100 533 7.7 1×10-4 部分角闪石和黑云母脱水熔融，斜长石机械双晶，伴有扭折现象；石英颗粒锯齿边界，亚颗粒化，形成变形石英条带 367.8 10.5 2.5×10-5 257.3 12.3 6.25×10-6

表 2 石英闪长岩流变实验条件与变形特征 Table 2 Rheological experimental conditions and deformation characteristics of quartz diorite

利用偏光显微镜对实验样品进行了系统的观察和分析。实验原始样品矿物边界清晰，内部比较干净，斜长石发育聚片双晶，无定向排列；暗色矿物(角闪石和黑云母)轮廓清晰。

在温度650℃，围压1100MPa的条件下，样品Gran06中斜长石发生微破裂，局部发育少量机械双晶；石英无明显变形特征，少量具有波状消光；角闪石未发生脱水反应；黑云母塑性变形强烈，表现为局部的S形弯曲。这些变形特征表明，在650℃条件下，石英闪长岩处于脆塑性转化域，斜长石以脆性变形为主，而石英和黑云母以位错滑移为主。

温度升高到850℃，围压在1100MPa的条件下，样品Gran07中斜长石发育机械双晶，斜长石和石英具有波状消光；角闪石未发生脱水反应，但边缘呈现暗化现象；黑云母塑性变形强烈(图 1a)这些特征显示出样品以位错滑移为主的塑性变形。

图 1

Fig. 1

图 1 实验样品变形微观结构照片 Hb-角闪石;Bi-黑云母;Q-石英;Pl-长石;Melt-角闪石边缘熔体.其中黄色箭头表示为未脱水的角闪石，红色箭头表示为部分脱水和全部脱水的角闪石，绿色箭头表示为角闪石脱水熔融形成的熔体边；图(h)中，斜长石大颗粒与最大主应力方向大角度斜交，斜长石出现扭折和机械双晶 Fig. 1 Microscopic pictures of the experimental deformed samples Hb-hornblende; Bi-biotite; Q-quartz; Pl-plagioclase; Melt-melt in rims of hornblende. The yellow arrows display undehydrated hornblende,the red arrows display partial and full dehydrated hornblende,the green arrows display melt rim around dehydrated hornblende. In Fig. 1h,the kinking and twinning in coarse grain of plagioclase,orientation of plagioclase is nearly perpendicular with max principal stress

温度900℃，围压在1050MPa条件下，样品Gran02中斜长石中发育大量的机械双晶，斜长石与石英普遍出现波状消光；角闪石因发生脱水反应而暗化，在角闪石边缘出现黑色或棕色的熔体边。其中，熔体主要出现在角闪石和斜长石的颗粒边界，而角闪石与石英的颗粒边界没有发现熔体(图 1b，c)。这些特征显示出样品以位错滑移为主的塑性变形，角闪石出现了脱水和熔融。

温度950℃，围压在1050MPa条件下，样品Gran05中斜长石波状消光明显，发育机械双晶，有少量的亚颗粒；石英中波状消光，发育有石英亚颗粒；角闪石被拉长，变形强烈，但未发生脱水熔融(图 1d，e)；黑云母发育有扭折带。这些变形特征显示，样品中主要矿物以位错攀移和亚颗粒化变形为主，但角闪石脱水和部分熔融很微弱。

在温度1000℃，围压在1100MPa条件下，样品Gran10中斜长石发育机械双晶，伴有扭折现象(图 1f)，波状消光明显；石英除了波状消光外，出现变形纹，石英颗粒形成锯齿边与亚颗粒化，呈条带状分布(图 1f)。角闪石发生了脱水而暗化，脱水强烈的角闪石整个矿物都变为了黑色(图 1g)；多数角闪石部分熔融，形成浅褐色熔体边，由于变形而出现细长的拖尾；未发生脱水的角闪石基本保持了矿物原有的颜色(图 1g)，但其边缘也发生了部分熔融。多数黑云母也发生了脱水和部分熔融，黑云母变为黑色，边缘有褐色-黑色熔体边，部分黑云母发育有扭折带。这些变形特征显示，斜长石和石英在高温下以位错攀移和动态重结晶作用为主，大部分角闪石与黑云母出现脱水与部分熔融。

高温高压实验表明，在相同围压和应变速率条件下，随着温度增加，样品强度逐渐降低，但是实验温度为1000℃下，样品Gran10的强度反而很高，甚至高于其它850~900℃时样品的强度。在偏光显微镜下观察发现，大部分样品中的斜长石是随机分布的，没有形成定向条带。但在样品Gran10中，斜长石显著定向，并且长轴方向与最大主应力方向(σ₁)大角度相交(接近90°)。样品内部，局部出现大颗粒斜长石长轴与最大主应力斜交，引起斜长石出现强烈的扭折和机械双晶(图 1h)，显示出斜长石分布对样品强度的控制作用。而石英颗粒主要分布于长石粒间，呈填隙结构。样品变形后，斜长石主体变形不显著，而石英除了出现锯齿边外，在与最大主应力近于垂直的方向出现了石英亚颗粒化细粒条带(图 1f)。

斜长石分布对样品强度的控制作用，周永胜等(2009) 也报道过。由于斜长石定向分布，而且长轴方向与最大主应力方向近垂直，不利于岩石变形。因此，即使在高温下，也显示出了比较高的强度。显然，矿物结构对岩石强度具有显著的控制作用。根据本实验结果，在野外普遍存在的非均匀结构对岩石变形有显著影响。

在偏光显微镜下对实验样品薄片观察表明，在高温下，伴随角闪石和黑云母脱水，样品出现部分熔融。熔体主要出现在角闪石(或黑云母)和斜长石所共同限定的区域内，在角闪石(黑云母)与石英所限定的区域内并没有发现熔体；而在斜长石或石英等浅色矿物共同限定的区域内也没有发现熔体的存在。因此，部分熔融是由含水矿物的脱水熔融引起的，而不是由具有低共熔温度的石英和斜长石发生熔融(姜昕等，2007)。

我们选取了4个实验样品中的熔体和周边矿物作为研究对象，对实验样品进行了透射电镜的能谱分析(表 3)和电子探针分析(表 4)。

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 实验样品矿物和熔体的能谱分析结果(wt%) Table 3 Energy spectrum analyses date of minerals and melt in the deformed samples(wt%) 成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O MnO TiO2 Total Hb 43.4 11.14 7.62 11.95 10.0 9.6 1.45 1.28 0.38 1.0 97.82 Hb 49.7 5.50 4.99 8.56 14.75 10.88 0.90 0.86 0.40 1.0 97.54 Hb 44.76 8.56 6.17 10.76 10.94 11.56 1.60 1.07 0.44 2.84 98.70 Bi 35.45 13.36 2.83 15.90 12.17 0.89 0.35 8.06 0.19 3.36 92.56 Bi 35.52 14.90 4.47 14.99 12.29 0.37 0.15 9.10 0.34 3.04 95.17 熔体 58.49 24.86 0 5.80 2.80 3.30 0 4.75 0 0 100.0 Hb 46.6 7.65 0 15.86 10.77 18.66 0 0.45 0 0 99.99 熔体 66.04 18.66 0 7.73 0 2.19 0.10 5.64 0 0.05 100.4 角闪石边缘熔体 37.69 9.06 0 29.08 3.64 16.38 0.10 2.31 0 1.84 100.1 Hb 42.14 8.22 0 27.93 5.54 13.86 0.10 1.39 0 0.89 100.1 注：能谱分析是在北京科技大学JEOL 2010型透射电镜的能谱仪上完成

表 3 实验样品矿物和熔体的能谱分析结果(wt%) Table 3 Energy spectrum analyses date of minerals and melt in the deformed samples(wt%)

表 4

Table 4

表 4(Table 4)

表 4 实验样品矿物和熔体的探针分析数据(wt%) Table 4 Electron microprobe analyses date of the minerals and the melt of the deformed samples(wt%) 编号 成分 SiO2 TiO2 Cr2O3 Al2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O Total 0 Hb 44.67 1.73 0.00 8.40 16.35 0.46 11.41 11.19 1.91 1.12 97.2 1 Hb 44.22 1.67 0.03 8.64 17.74 0.50 10.57 11.08 1.81 1.21 97.5 2 Pl 61.49 0.00 0.00 23.45 0.16 0.01 0.01 5.44 8.22 0.42 99.2 3 Hb 44.32 1.72 0.00 8.77 17.96 0.47 10.67 11.06 1.80 1.20 98.0 4 Kf 64.08 0.00 0.03 17.82 0.09 0.00 0.04 0.10 1.00 15.16 98.3 5 Kf 62.65 0.09 0.00 17.88 0.12 0.00 0.00 0.06 1.20 14.33 96.3 6 Kf 63.95 0.05 0.00 17.52 0.08 0.00 0.01 0.02 0.87 15.01 97.5 7 Bi 37.82 3.23 0.01 14.10 19.86 0.32 11.62 0.01 0.13 9.90 97.0 8 Bi 37.53 3.04 0.00 14.22 19.33 0.32 11.43 0.02 0.16 9.59 95.6 9 Bi 37.23 2.46 0.01 14.20 19.00 0.32 12.12 0.00 0.18 9.85 95.4 10 Pl 59.10 0.04 0.00 23.54 0.35 0.01 0.08 6.56 6.94 1.23 97.9 11 Pl 62.45 0.00 0.00 22.79 0.10 0.01 0.02 4.86 8.63 0.22 99.1 12 熔体 50.81 0.39 0.03 3.40 24.09 0.58 19.00 1.85 0.08 0.08 100.3 13 熔体 50.88 0.38 0.01 3.30 23.67 0.58 18.94 1.84 0.12 0.06 99.8 14 熔体 51.05 0.38 0.02 3.90 22.37 0.68 20.45 1.77 0.08 0.03 100.7 15 熔体 40.54 2.69 0.00 12.64 16.83 0.35 11.86 9.51 2.22 1.12 97.8 16 熔体 43.56 3.65 0.02 9.31 28.63 0.37 9.29 1.85 1.45 1.28 99.4 17 熔体 50.06 0.54 0.00 3.32 18.54 0.58 15.02 10.38 0.17 0.06 98.7 18 熔体 51.84 0.30 0.01 3.74 20.78 0.61 21.47 1.84 0.15 0.07 100.8 19 熔体 40.90 1.94 0.01 12.60 17.05 0.35 11.54 8.66 2.33 0.97 96.3 20 熔体 51.38 0.33 0.02 2.11 18.33 0.57 13.54 12.57 0.21 0.11 99.2 21 熔体 51.91 0.57 0.00 2.92 23.49 0.66 20.13 1.50 0.12 0.16 101.4 22 熔体 39.18 2.59 0.05 14.25 17.06 0.26 10.64 0.33 0.57 9.06 94.0 23 熔体 54.53 0.47 0.01 5.12 18.63 0.50 14.58 1.84 0.85 1.25 97.8 24 熔体 53.40 0.46 0.00 5.67 19.08 0.47 15.74 1.92 0.56 1.07 98.4 25 Kf 62.50 0.11 0.00 17.81 0.07 0.00 0.00 0.07 1.10 14.58 96.3 26 Pl 60.49 0.01 0.01 22.71 0.25 0.02 0.03 5.38 8.03 0.62 97.6 27 Hb 44.11 1.71 0.00 8.61 17.90 0.50 10.69 11.15 1.75 1.19 97.6 28 Bi 37.12 2.00 0.04 14.62 19.21 0.31 11.60 0.07 0.21 9.67 94.9 29 Bi 37.07 3.17 0.00 14.24 20.44 0.31 11.16 0.00 0.28 9.65 96.3 30 Cpx 55.55 0.41 0.01 5.38 14.22 0.55 13.20 7.21 0.98 1.05 98.6 31 熔体 70.88 0.38 0.00 11.55 2.67 0.06 0.52 1.10 1.82 3.34 92.3 32 熔体 68.44 0.39 0.00 14.81 2.83 0.06 0.49 1.89 2.25 3.41 94.6 33 Hb 43.96 1.67 0.03 8.86 18.03 0.49 10.60 11.19 1.87 1.15 97.9 34 Kf 62.60 0.07 0.03 17.53 0.10 0.00 0.01 0.10 1.25 14.30 96.0 35 Kf 63.92 0.02 0.00 17.66 0.11 0.00 0.00 0.06 1.47 14.31 97.6 36 Pl 59.18 0.03 0.01 23.60 0.15 0.00 0.00 6.52 7.62 0.17 97.3 37 Bi 37.07 2.51 0.04 14.46 19.34 0.32 11.65 0.05 0.23 9.43 95.1 38 Bi 36.92 2.09 0.01 14.85 19.12 0.37 11.56 0.00 0.29 9.49 94.7 39 Bi 36.43 2.71 0.00 14.41 19.52 0.33 11.44 0.01 0.23 9.47 94.6 40 Hb 40.55 2.07 0.03 10.10 20.70 0.35 12.15 10.41 2.16 1.05 99.5 41 Hb 47.96 0.45 0.00 6.92 13.46 0.49 13.48 15.53 0.82 0.03 99.1 42 Pl 61.84 0.02 0.03 23.00 0.14 0.00 0.00 5.28 8.56 0.22 99.1 43 熔体 55.32 1.19 0.02 17.08 8.50 0.19 2.37 4.71 3.63 3.27 96.3 44 熔体 56.52 1.04 0.00 17.43 7.57 0.22 2.15 4.17 3.35 3.55 96.0 45 熔体 56.96 0.98 0.02 17.79 7.72 0.17 2.21 4.18 1.33 3.21 94.6 46 熔体 60.00 0.56 0.00 17.04 5.62 0.12 1.61 3.01 3.67 4.52 96.1 47 熔体 66.25 0.76 0.00 13.73 4.21 0.08 0.51 1.29 2.78 5.75 95.4 48 Bi 37.23 3.20 0.01 14.53 19.96 0.29 11.15 0.00 0.21 9.53 96.1 49 Bi 37.19 2.99 0.00 14.18 20.85 0.33 11.45 0.00 0.27 9.44 96.7 50 Hb 45.14 1.84 0.00 8.65 17.26 0.38 11.34 11.07 1.82 1.27 98.8 51 Pl 60.57 0.00 0.01 23.45 0.43 0.00 0.04 6.22 6.91 1.15 98.8 52 Pl 58.10 0.09 0.03 24.63 0.21 0.01 0.00 7.54 6.94 0.26 97.8 53 Kf 63.06 0.02 0.02 17.77 0.15 0.03 0.00 0.11 1.84 13.52 96.5 54 Kf 63.66 0.02 0.02 17.98 0.07 0.00 0.01 0.08 1.28 14.32 97.4 55 熔体 64.02 0.19 0.03 16.71 3.53 0.12 0.77 1.63 3.35 3.92 94.3 56 熔体 62.44 0.24 0.01 19.49 1.84 0.03 0.43 3.11 6.60 3.21 97.4 57 熔体 64.64 0.05 0.00 15.40 4.14 0.06 0.45 2.52 3.92 3.71 94.9 58 熔体 63.90 0.11 0.01 15.48 3.95 0.06 0.37 4.03 2.96 2.88 93.7 59 熔体 45.47 0.43 0.00 21.29 9.76 0.08 7.47 3.52 3.68 4.88 96.6 60 熔体 65.55 0.61 0.00 15.58 3.81 0.10 0.67 1.25 2.81 5.10 95.5 注：探针分析在中国科学院地质与地球物理研究所JEOL JXA-8100型电子探针仪上完成，加速电压为15kV，电子束斑直径为5μm

表 4 实验样品矿物和熔体的探针分析数据(wt%) Table 4 Electron microprobe analyses date of the minerals and the melt of the deformed samples(wt%)

通过电子探针分析成分的同时，可以观察熔体特征，及从熔体中结晶出的雏晶。熔体主要分布于暗化的角闪石与斜长石的接触部位(图 2a，b，c，e)；雏晶和熔体共存，以簇状集合体分布于熔体中或暗化的角闪石边缘，单个雏晶呈针状、毛刺状或椭圆状(图 2b，d，f)。

图 2

Fig. 2

图 2 实验变形样品的电子探针分析照片 Hb-角闪石;Bi-黑云母;Kf-钾长石;Pl-斜长石;Cpx-单斜辉石;Melt-熔体.其中针状矿物是辉石的雏晶 Fig. 2 Pictures of electronic probe analyses of the experimental deformed samples Hb-hornblende;Bi-biotite;Kf-K-feldspar;Pl-plagiocalse;Cpx-clinophyroxene. Needle minerals are clinophyroxene

电子探针分析结果表明，熔体成分分布非常不均匀。对主要矿物与熔体成分对比分析(图 3)显示，接近角闪石边缘的熔体(红色空心三角)和黑云母边缘的熔体(黑色空心正方形)，SiO₂含量约39%~55%，比全岩成分的SiO₂低，但熔体的FeO、MgO的含量接近或高于角闪石和云母中的含量(图 3c，d)，而Al₂O₃、Na₂O、K₂O的含量偏低(图 3a，b，e)，熔体成分主要来自于角闪石和黑云母。斜长石边缘的熔体(蓝色空心五边形)，SiO₂含量约60%~72%，大部分比全岩成分的SiO₂高，熔体中出现了FeO(图 3d)，而CaO、Na₂O的含量比斜长石含量偏低(图 3b，f)，熔体成分主要来自于斜长石，但熔体中有FeO的加入。而处于角闪石和斜长石颗粒之间的熔体(紫色空心五角星)，SiO₂含量约53%~58%，熔体的FeO、CaO、Na₂O的含量间于斜长石与角闪石成分之间，说明熔体由角闪石和斜长石共同熔融形成。熔体中K₂O含量普遍偏低，表明钾长石很少参与熔融。

图 3

Fig. 3

图 3 石英闪长岩部分熔融形成的熔体及熔体边缘矿物化学成分 1-斜长石；2-角闪石；3-黑云母；4-钾长石；5-单斜辉石；6-黑云母边缘的熔体；7-斜长石边缘的熔体；8-斜长石和角闪石颗粒之间的熔体；9-角闪石边缘的熔体；10-原岩 Fig. 3 Chemical composition of melt and minerals in partial molten experimental deformed quartz diorite 1-plagioclase;2-hornblende;3-biotite;4-K-feldspar;5-clinophyroxene;6-melt in rims of biotite;7-melt in rims of plagiocalse;8-melt between boundaries of plagiocalse and hornblende;9-melt in rims of hornblende;10-buck chemical composition of starting experimental samples

熔体局部出现细小的单斜辉石雏晶(图 2c，d)，单斜辉石呈细小针状，而且与熔体共存，这表明单斜辉石是富FeO熔体结晶作用形成的。在斜长角闪岩部分熔融实验中发现，角闪石脱水退变成单斜辉石(周文戈等，2009)，而不是脱水熔融，这不同于本研究中给出的角闪石脱水熔融与熔体结晶形成单斜辉石的机制。

熔体成分特征强烈依赖于参与熔融熔体的矿物，表明脱水熔融是非平衡熔融。熔体在成分和分布上都体现出非均匀非平衡特征。熔体这种分布特征对样品的局部化变形和韧性剪切带的形成具有重要影响。

样品Gran02在900℃时，大部分角闪石都发生了脱水熔融；样品Gran05在950℃时，角闪石没有发生脱水熔融，在偏光显微镜下没有发现熔体，在探针分析中仅在局部发现微量熔体；样品Gran10在1000℃时，部分角闪石发生了脱水熔融，但保留较为完整的角闪石。由此可见，温度并非脱水熔融的唯一决定性因素。

熔体的化学成分分析中熔体的成分总和一般都低于100%，郑海飞等(2003) 认为导致熔体成分总和较低的原因是水等挥发性组分更易于在熔体中集中。样品实验前在150℃条件下烘干，所以排除了样品中含有吸附水的可能性。因此可以推测，暗色矿物(如角闪石、黑云母)中结构水的脱离是实验体系中水的主要来源。

对比实验样品900℃(Gran02样品)和950℃(Gran05样品)条件下样品的熔融程度，样品Gran02在显微镜下能观察到角闪石强烈脱水现象，而Gran05样品的温度条件比Gran02样品温度条件高，在显微镜下却未发现角闪石有脱水现象。分析实验过程，认为这种差异源自对样品的封闭程度，Gran02样品镍箔包裹不严密，处于开放的环境中，角闪石中的结构水散失到外界环境中，角闪石脱水非常显著；而Gran05样品包裹严密，处于封闭的环境中，没有水分的散失，角闪石脱水熔融不显著。

从上述失水熔融的过程可以看出，开放体系的熔融作用并不是封闭体系受矿物相消失顺序所制约的低限共结熔融，而是以含水矿物脱水分解熔融为先导的非低限熔融。林强等(1993) 认为由于熔融过程中水不断地离开体系，必然会造成含水矿物率先脱水分解熔融。

角闪石的脱水熔融反应与体系的含水程度密切相关，其相图如图 4(Wolf and Wyllie，1993a，1994)。本文实验的温度、压力范围用粗线条方框给出，本实验样品的含水条件处于饱和水和干样品之间，实验熔融条件与相图完全吻合。

图 4

Fig. 4

图 4 角闪石脱水熔融相图(据Wolf and Wyllie，1993a，1994) 图中方框是本实验的温压条件.Hbl-角闪石；Pyx-单斜辉石；Gt-石榴石；Melt-熔体 Fig. 4 Facies map of dehydration-melting of hornblende(after Wolf and Wyllie,1993a, 1994) The solid square is the temperature and pressure conditions in this study. Hbl-hornblende; Pyx-clinophyroxene;Gt-garnet

角闪石脱水熔融的反应为：角闪石+斜长石+石英+水→石榴石+单斜辉石+榍石+熔体；角闪石+斜长石+石英→石榴石+单斜辉石+熔体；

黑云母的脱水熔融反应为：黑云母+钠长石+石英 →斜方辉石+石榴石+钾长石+熔体。

本文实验的熔体中发现了单斜辉石，但没有发现斜方辉石，这意味着在实验中角闪石的脱水熔融占主导，而黑云母的脱水熔融对熔体的贡献比较小；熔体中没有出现石榴石可能与实验压力有关，本实验压力在1050~1100MPa，正处于石榴石相变线边界。

角闪石的脱水熔融是中下地壳内重要的地质过程，其熔融产物被认为是高喜马拉雅淡色花岗岩和混合岩中浅色体的成因(Wolf and Wyllie，1993a；杨晓松等，2001；Zeng et al.，2009)，而熔融的残留体被认为是基性的榴辉岩(Wolf and Wyllie，1993b；Zeng et al.，2009)。在本实验中，熔体的成分受参与熔融的矿物控制。斜长石参与熔融，形成高硅铝、低铁镁的熔体(SiO₂范围61%~71%)；而角闪石或黑云母与斜长石参与熔融时，形成低硅铝、高铁镁的熔体(SiO₂范围35%~44%)。这意味着非平衡非均匀熔融条件下的部分熔融，熔体可以直接形成富硅铝的花岗质岩石与基性的岩石。这也许可以解释混合岩中的浅色体与暗色体的成因。

在地壳减薄过程中，伴随拆离断层的形成，地壳厚度减小，压力降低，可以促进含水体系岩石发生降压引起的角闪石脱水熔融(Wolf and Wyllie，1994)，降低了中下地壳粘度和流变强度，促进拆离断层深部流变，而且沿拆离断层形成混合岩，甚至出现花岗质岩石。

从以往的岩石脱水熔融实验和角闪石的脱水熔融实验的实验过程，我们发现，在样品的装样过程中，样品都是直接接触石墨炉，这样就使得样品在实验过程中处于开放的实验环境中。而在石英闪长岩的实验过程中，我们试图用镍箔将样品包裹严密，使样品尽量处于封闭的环境中。但是900℃的Gran02样品，角闪石出现了脱水熔融，而950℃的Gran05样品角闪石没有发生脱水反应。Gran02样品在实验过程中，镍箔包裹不严密没有将样品完全封闭，样品处于开放的环境当中。显然，处于开放的环境中的角闪石更容易发生脱水反应。在大陆岩石圈的环境中，只有在断层带中才具备这样的条件。

上述实验过程可外推到天然的变形环境，在伸展作用控制的拆离剪切带的附近，基本属于开放的环境，因而是以含水矿物脱水分解为先导的非低限熔融。由于熔融过程中不断地有水分离开体系，必然会造成含水矿物率先脱水分解熔融。这也就意味着大陆伸展环境是地壳岩石发生失水熔融作用的可能构造环境。

在中下地壳，伴随着温压条件的变化，岩石变形与熔融程度之间具有一定的相关性，显然，熔体发挥着重要的作用，随着熔体比例的增大，岩石内部变形将更加剧烈。金振民等(1997) 认为熔体的存在强化了矿物颗粒边界的滑移和动态重结晶作用。随着岩石熔融程度的增大，岩石的力学行为将发生较大的变化，在未熔融时岩石表现为单一介质，而当熔体从基质中分离出来时，则称为两相介质，其有效粘度值明显降低。

地壳上部5~10km深处的岩石一般表现为脆性，而10~15km深处一般认为是岩石脆-韧性转换区。在受到熔体和异常热的影响时，脆-韧性转换带可以变得很浅(何文渊等，1998)。当熔体局部分布时，亦会促进岩石的局部化变形，即在中上地壳的拆离断层带内，熔体的存在会促进韧性剪切带成核与发展。

华北岩石圈减薄的浅部构造响应为地壳拆离，表现为广泛分布于华北克拉通不同部位的低角度拆离断层带，变质核杂岩和断陷盆地。研究揭示出华北地区晚中生代岩石圈减薄期间发育的拆离断层主要切过中上地壳层次，但变质核杂岩主拆离断层带往往切过中部地壳(Liu et al.，2005)。刘俊来等(2009) 等通过对晚中生代岩石圈减薄期间地壳的伸展、拆离与减薄在不同地区的宏观、微观构造及地壳流变学等方面的研究提出了区域性的伸展作用是岩石圈减薄的主要动力学因素。大陆中地壳广泛分布着各种条带状非均匀岩石，其结构对中地壳拆离断层的形成与中地壳的减薄具有重要影响。岩石圈减薄会导致岩石圈热结构的改变，进而促使岩石圈力学与流变学结构发生变化，并直接体现在地壳不同层次岩石流变性的变化上。中地壳原有的组构控制着拆离断层的发育，而岩石圈的流变强度也受原有组构的控制。

Dell'Angelo and Tullis(1996) 认为多相矿物组成的岩石的流变律与实验条件下多相矿物的变形机制有关，微观结构对于岩石流变性质的影响是复杂多样的：当集合体中弱相形成了连续成层时，岩石的强度会降低。若强相具有好的晶粒，可以阻碍基质中细粒颗粒的位错滑移，从而增强整个岩石的强度。当集合体中各相的体积分数一定时，强相晶粒纵横比的增加可提高系统强度。Ji et al.,(2000) 对一系列钙长石-石英互层的岩石进行了变形实验，证明在挤压垂直层理情况下，层状岩石的流变强度要比纯弱相岩石或均匀混岩石大很多。即使在平行层理剪切情况下，层状岩石的流变强度也比纯弱相岩石的高许多，该研究揭示了层状岩石流变学的重要性。在未变形或弱变形多矿物组成的岩石中，各造岩矿物近乎均匀分布，应力在各矿物之间的分配主要取决于它们的体积分数，体积分数≥65%的矿物构成应力支撑构架，其他含量少的矿物“充填”于这一构架中“间隙”(Ji and Xia，2002；Ji et al.，2004)。嵇少丞等(2008) 提出应变弱化即岩石的强度随应变增加而降低，从而应变更趋于向大应变的地方(例如，剪切带的中心部位)集中，造成应变局部化。例如，华北克拉通岩石圈减薄，势必受应变弱化和应变局部化的控制，减薄在时间和空间上不可能是均匀的，应变主要集中于各种级别的剪切带。

本研究中的高温高压实验岩石样品，其斜长石的体积分数大于65%，斜长石构成了应力的支撑构架，承担了较大的应变，而其他的矿物经受相对较小的应变。随机分布的斜长石，对岩石强度的影响不大，而定向分布的斜长石对岩石强度有明显的影响，其他实验条件不变的情况下，岩石强度不是随温度升高而降低，反而是增加。本研究的结果与Ji et al.， (2000)的结果具有相似性。

我们可以根据组构对变形影响的实验结果推测拆离韧性剪切带中岩石强度的变化。在伸展作用过程中，由于拆离作用发生，地壳温度升高使得晶体的变形机制发生转变，而围压降低以及伸展环境的存在，会导致岩石变形组构的转变。如果岩石中矿物组构的方向与所受到的最大主应力的方向一致或呈小角度相交时，岩石强度随着温度增加而明显降低，有利于拆离断层发育。但是矿物中的组构与所受到的最大主应力的方向呈大角度相交时，矿物晶粒的纵横比的增加，以及晶粒阻碍基质中细颗粒的位错滑移，从而增强整个岩石的强度，不利于拆离断层发育。因此岩石结构的变化，控制着岩石强度的变化，进而会直接影响到拆离断层的规模、产状等，这对华北克拉通减薄机制也是一种补充。

通过对温度650~1000℃，压力在1050~1100MPa条件下进行的石英闪长岩流变实验样品微观结构、熔体分布与成分分析，得出以下认识：

(1) 在低温条件下(650℃)，岩石处于脆塑性转化域，长石以脆性变形为主，而石英和黑云母以位错滑移为主。随着温度的升高(850~900℃)，岩石以位错蠕变为主，角闪石出现了脱水熔融。在高温阶段(950~1000℃)岩石以位错攀移和动态重结晶作用为主，大部分的角闪石和黑云母出现不同程度的脱水与部分熔融。

(2) 石英闪长岩在高温下，伴随角闪石和黑云母脱水，样品出现部分熔融，熔体在空间上和成分上存在差异，空间分布上，熔体主要出现在角闪石和黑云母矿物颗粒的边缘以及角闪石和斜长石共同限定的区域内；熔体的成分分布存在不均匀性，接近角闪石边缘的熔体和黑云母边缘的熔体，其特征为低硅铝、高铁镁的熔体(SiO₂范围39%~55%)；斜长石边缘的熔体，形成高硅铝、低铁镁的熔体(SiO₂范围61%~72%)。处于角闪石和斜长石颗粒中间的熔体，其成分间于斜长石与角闪石成分之间，说明熔体成分受参与熔融的矿物成分控制。实验中出现的非平衡非均匀部分熔融可以解释混合岩中的浅色体与暗色体的成因，富硅熔体可以形成富硅铝的花岗质岩石，而贫硅富铁镁的熔体可以形成基性岩。

(3) 角闪石的脱水熔融程度依赖于样品的封闭条件，处于封闭环境的样品，角闪石不易脱水熔融，而处于开放环境时，角闪石脱水熔融显著。拆离断层带及其附近具备这样的开放环境，有利于角闪石发生脱水熔融。

(4) 随机分布的斜长石对岩石强度影响并不明显，但斜长石的长轴方向与最大主应力方向呈大角度相交(近90°)会显著强化岩石的强度。这意味着岩石组构与主应力方向大角度相交或呈垂直方向时，不利于岩石变形和拆离断层的形成，反之均匀岩石或岩石组构与最大主应力方向小角度相交，有利于岩石的变形，容易发育拆离断层。