压力对辉长岩矿物反应和部分熔融影响的实验研究

引用本文

沙茜, 周永胜. 2018. 压力对辉长岩矿物反应和部分熔融影响的实验研究. 岩石学报, 34(3): 851-865 复制到剪切板

Sha Q and Zhou YS. 2018. Experimental research of the pressure effect on mineral reaction and partial melting of gabbro. Acta Petrologica Sinica, 34(3): 851-865(in Chinese with English abstract) 复制到剪切板

压力对辉长岩矿物反应和部分熔融影响的实验研究

沙茜^1,2 , 周永胜¹

1. 中国地震局地质研究所, 地震动力学国家重点实验室, 北京 100029;
2. 吉林大学地球科学学院, 长春 130026

2017-05-05 收稿; 2017-12-12 改回.

基金项目: 本文受国家自然科学基金项目（41374184）和地震行业科研专项（201508018）联合资助

第一作者简介: 沙茜, 女, 1983年生, 博士, 讲师, 构造地质学专业, E-mail:sqaxjsqaxj@163.com

通讯作者: 周永胜, 男, 1969年生, 博士, 研究员, 主要从事高温高压岩石力学与流变学研究, E-mail:zhouysh@ies.ac.cn

摘要：本文在高温高压条件下，开展了辉长岩矿物反应与部分熔融实验，利用偏光显微镜与扫描电镜对实验样品微观结构观察，研究实验中的新生矿物与熔体的分布；通过电子探针分析熔体成分特征。实验结果表明，在低压（300MPa）条件下，静压和塑性变形实验样品中，单斜辉石以固体反应方式生成橄榄石，在高压（1300MPa）塑性实验中所有实验样品都没有发现新生矿物颗粒，这与相图中低压条件下斜长石与橄榄石稳定共存，而高压下斜长石-辉石稳定共存相吻合。高压塑性变形条件下，单斜辉石和黑云母首先发生部分熔融，随着温度增高，斜长石逐渐参与熔融，熔体呈薄膜状分布在矿物颗粒边界，熔体成分依赖于参与熔融的矿物成分，表明出现的熔体为非平衡熔融结果。

关键词: 矿物反应部分熔融压力辉长岩高温高压

Experimental research of the pressure effect on mineral reaction and partial melting of gabbro

SHA Qian^1,2, ZHOU YongSheng¹

1. State Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China;
2. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130026, China

Abstract: This paper performed experimental studies on mineral reaction and partial melting under high temperature and high pressure. The distribution of new minerals and partial melting of experimental deformed samples were studied based on microstructures observation under optical microscope and scattered electron microscopy (SEM), the chemical composition of melt was analyzed by using microprobe. The experimental results show that the reaction about solid to solid from clinopyroxene to olivine occurred under low pressure (300MPa) in static and plastic deformed samples, but no any reaction production was found in high pressure (1300MPa) plastic experiments, which was fit with the phase diagram for stable of plagioclase and olivine under lower pressure, plagioclase and clinopyroxene under higher pressure. The melt films were found between most of grain boundaries of minerals under high pressure. The partial melting firstly occurred in clinopyroxene, but plagioclase joined molten process with temperature increasing under high pressure. The chemical composition of melt depended on locations where minerals joined partial molten under high pressure; it means the melting process is non-equilibrium.

Key words: Mineral reaction Partial melting Pressure Gabbro High temperature and high pressure

变质、变形、部分熔融是大陆下地壳普遍存在而且密不可分的地质过程。众多野外和实验研究表明，岩石应变局部化通常伴有变质反应发生，而且变质反应和变形之间存在相互促进作用(Mitra, 1978; Rutter and Brodie, 1988; Austrheim and Boundy, 1994; Wintsch et al., 1995; Stünitz and Tullis, 2001; Keller et al., 2004; de Ronde et al., 2004, 2005; Whitmeyer and Wintsch, 2005; Holyoke and Tullis, 2006a, b, c; Terry and Heidelbach, 2006)。在下地壳塑性变形环境下，变质反应和变形关系比较复杂，有些研究认为局部化分布的变质反应引起应变局部化(Holyoke and Tullis, 2006c)，但也有研究显示变形局部化控制了变质反应的分布(Wintsch et al., 1995; Wintsch and Yi, 2002; Wintsch and Yeh, 2013; Whitmeyer and Wintsch, 2005)，变形引起的位错应变能增加了变质反应速率，促进了变质反应的发生(Stünitz and Tullis, 2001; de Ronde et al., 2004, 2005)。实验研究显示，变质反应引起岩石应变弱化，导致强度降低(Rutter and Brodie, 1988; Wintsch et al., 1995; Stünitz and Tullis, 2001; Keller et al., 2004; de Ronde et al., 2004, 2005; Whitmeyer and Wintsch, 2005; Holyoke and Tullis, 2006c)，但也有部分研究结果显示矿物反应引起应变强化，导致强度增加(Zhou et al., 2017; 周永胜, 2013)。因此，在塑性变形域，变质反应为什么会局部化分布，变形局部化如何形成，变质反应与变形局部化的关系如何，目前依然不甚清楚(Holyoke and Tullis, 2006c)。

部分熔融与变形同样具有相互促进作用。部分熔融条件下长石(Dimanov et al., 1998, 2000)、辉长岩(周永胜等, 2003; Zhou et al., 2012)、橄榄岩(Jin et al., 1994; Hirth and Kohlstedt, 1995a, b; Kohlstedt and Zimmerman, 1996; Kohlstedt, 2002; Kohlstedt and Holtzman, 2009; Zimmerman et al., 1999; Zimmerman and Kohlstedt, 2004; Holtzman et al., 2003a, b)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 and Holtzman, 2009; Zimmerman et al., 1999; Zimmerman and Kohlstedt, 2004; Holtzman et al., 2003a, b)。

上述变形与部分熔融实验普遍没有考虑压力的影响，特别是在气体介质高温流变仪上开展的含部分熔融流变实验(Dimanov et al., 1998, 2000; Zhou et al., 2012; Hirth and Kohlstedt, 1995a, b; Kohlstedt and Zimmerman, 1996; Kohlstedt, 2002; Kohlstedt and Holtzman, 2009; Zimmerman et al., 1999; Zimmerman and Kohlstedt, 2004; Holtzman et al., 2003a, b)，压力通常为300MPa。而压力对变质反应和熔体分布与熔体成分具有显著控制作用。为了探讨压力对变质反应与变形和部分熔融的影响，本文在辉长岩流变实验的基础上(Zhou et al., 2012)，在不同压力条件下，开展了动态和静态条件下辉长岩的矿物反应和部分熔融特征实验，研究压力对辉长岩矿物反应和部分熔融的影响，分析了实验变形样品中的矿物反应分布特征以及矿物反应引起的化学成分变化，讨论了矿物反应熔体与变形的相互影响。

1 实验样品、实验方法与条件 1.1 实验样品特征与初始成分

实验样品采自四川省攀枝花钒钛磁铁矿底部边缘带的细粒辉长岩，呈细粒粒状结构，块状构造，无明显各向异性。对野外采集的辉长岩样品进行了结构、矿物含量、全岩化学成分和矿物成分分析，主要组成矿物为斜长石(50%)和单斜辉石(40%)、角闪石(4%)、磁铁矿和钛铁矿(4%)、黑云母(1%)、绿泥石(1%)，原岩全岩分析结果见表 1，主要矿物电子探针分析结果见表 2。选择细粒均匀的样品，加工成实验需要的圆柱样品，样品尺寸分为两组：直径3mm、高度6mm的圆柱，作为熔融盐固体压力介质三轴实验样品，直径10mm高度20mm的圆柱，作为Paterson型气体介质三轴高温流变仪实验样品。

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

表 2 实验初始样品主要矿物电子探针分析结果(wt%) Table 2 Electron microprobe date of the minerals in starting samples (wt%)

分析点号	矿物	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	FeO	Fe₂O₃	MnO	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	P₂O₅	Cr₂O₃	Total
hcy-c1	Pl	54.75	0.01	27.70	0.29	0	0.00	0.03	10.94	5.20	0.25	0	0	99.16
hcy-c2	Pl	54.76	0.05	28.30	0.26	0	0.02	0.01	11.25	5.05	0.21	0	0	99.90
hcy-c3	Pl	54.66	0.01	27.63	0.76	0	0.00	0.19	10.85	5.13	0.21	0	0	99.47
hcy-c4	Pl	55.07	0.05	27.67	0.20	0	0.00	0.01	11.11	5.13	0.23	0	0	99.50
hcy-c5	Pl	55.44	0.07	27.84	0.15	0	0.00	0.00	11.06	5.31	0.25	0	0	100.13
hcy-c6	Pl	55.56	0.04	28.18	0.27	0	0.00	0.03	11.12	5.21	0.25	0	0	100.70
hcy-c7	Pl	55.16	0.06	28.11	0.30	0	0.01	0.02	11.02	5.07	0.21	0	0	100.02
hcy-c8	Pl	55.08	0.05	28.08	0.43	0	0.05	0.01	11.19	5.09	0.18	0	0	100.19
hcy-c9	Pl	54.36	0.02	28.20	0.74	0	0.01	0.16	11.45	4.91	0.13	0	0	100.02
hcy-c10	Pl	54.97	0.03	28.41	0.23	0	0.00	0.00	11.48	5.01	0.20	0	0	100.33
hcy-h1	Cpx	50.79	0.88	2.47	5.84	0	0.20	15.45	22.46	0.34	0	0	0.28	98.70
hcy-h2	Cpx	51.24	0.89	2.48	6.05	0	0.20	15.52	22.13	0.39	0.005	0	0.26	99.15
hcy-h3	Cpx	50.80	0.98	2.44	6.89	0	0.21	16.79	20.18	0.34	0.002	0	0.31	98.95
hcy-h4	Cpx	50.53	1.02	2.82	6.24	0	0.19	15.58	21.29	0.38	0.019	0	0.43	98.50
注：Cpx-单斜辉石；Pl-斜长石；Melt-熔体；Ol-橄榄石；后表同

表 2 实验初始样品主要矿物电子探针分析结果(wt%) Table 2 Electron microprobe date of the minerals in starting samples (wt%)

1.2 高温高压实验方法与实验条件

为了研究压力对矿物反应和部分熔融的影响，本研究分别在高压和低压条件下开展了两组实验。

高压(1300MPa)实验在中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室的3GPa熔融盐固体压力介质三轴实验设备完成，实验条件为：压力1300MPa、温度950~1050℃、应变速率1×10^-4~1×10^-5s^-1、差应力为1600MPa；传压介质为氯化钠与氯化钾混合物，实验装样与实验方法参见(Liu et al., 2016; 刘贵等, 2016)。

低压(300MPa)实验在德国地球科学研究中心Paterson型气体介质三轴高温流变仪完成。实验条件为:压力300MPa、温度950~1050℃、应变速率1×10^-4~1×10^-6s^-1、差应力0~35MPa，传压介质为氩气，实验装样与实验方法参见(Zhou et al., 2012)。实验条件和力学数据列于表 3。

表 3 实验条件与力学数据 Table 3 Experimental conditions and mechanical data

1.3 微观结构和成分分析方法

实验样品的微观结构分析是中国地震局地质研究所的SEM扫描电镜以及吉林大学地球科学学院的偏光显微镜下完成。成分分析采用电子探针测试结果，在北京核工业地质研究所(JXA-8100电子探针分析仪)和吉林大学测试中心测试完成。

2 高压条件下的实验结果 2.1 在高压含差应力条件下辉长岩变形微观结构与部分熔融特征

在温度950℃压力1300MPa、差应力1600MPa(h1)条件下，单斜辉石出现穿晶定向裂隙(图 1a)。辉石与斜长石矿物表面干净，边界平直，无明确的塑性变形特征(图 1a)，黑云母与单斜辉石边界有熔体薄膜(图 1d)，是黑云母脱水熔融的产物。

图 1 在高压(1300MPa)含差应力(1600MPa)条件下辉长岩变形微观结构与部分熔融特征 (a、d)实验样品h1，温度950℃；(b、e)实验样品h2，温度1000℃；(c、f)实验样品h3，温度1050℃.Cpx-单斜辉石；Pl-斜长石；Melt-熔体 Fig. 1 Microstructures and melt distribution of deformed gabbro under high pressure (1300MPa) and differential stress (1600MPa) conditions (a, d) experimental sample (h1), temperature 950℃; (b, e) experimental sample (h2), temperature 1000℃; (c, f) experimental sample (h3), temperature 1050℃. Cpx-Clinopyroxene; Pl-plagioclase; Melt-melt

在温度1000℃、压力1300MPa、差应力1600MPa(h2)条件下，单斜辉石和斜长石边缘弯曲、突出，体现出膨凸塑性变形特征(图 1b)，在单斜辉石边界有熔体薄膜出现(图 1e)，成分分析显示是辉石部分熔融的产物。

在温度1050℃、压力1300MPa、差应力1600MPa(h3)条件下，单斜辉石边缘和斜长石边缘呈不规则形状，具有典型的膨凸塑性变形特征(图 1c)，在单斜辉石边界普遍发现熔体薄膜(图 1f)。

因此，在压力1300MPa、差应力1600MPa条件下的实验中，温度950℃时，实验样品辉长岩以半脆性变形为主，在1000~1050℃条件下，辉长岩以塑性变形为主。所有实验中，辉长岩都没有出现矿物反应，在温度950℃时，出现黑云母脱水熔融，在1000~1500℃时，单斜辉石边界出现显著的熔体薄膜。

2.2 在差应力与高压条件下辉长岩部分熔融的成分特征 2.2.1 实验前后斜长石与单斜辉石端元组分变化

高压实验后样品主要矿物和熔体的电子探针分析结果列于表 4。根据电子探针分析结果，把斜长石和单斜辉石的氧化物成分换算成标准端元组分矿物(图 2)。实验前原岩中斜长石主要为An 53~60，Ab 41~46(图 2a)，原岩的单斜辉石成分比例为En 39~43，Fs 11~13，Wo 43~49(图 2b)。高压实验样品端元组分如图 2所示，实验后样品中斜长石的成分很集中，在950℃和(h1)、1000℃(h2)和1050℃(h3)条件下，实验后斜长石基本集中在An 83~79，Ab 15~20(图 2a)，实验后单斜辉石成分主要为En 38~49，Fs 10~17，Wo 36~50(图 2b)

表 4 高压实验变形样品中主要矿物和熔体的电子探针分析结果(wt%) Table 4 Electron microprobe date of the minerals and the melt in experimental samples under high pressure (wt%)

分析点号	矿物	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	FeO	Fe₂O₃	MnO	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	P₂O₅	Cr₂O₃	Total
h1-h1	Cpx	51.85	0.78	2.68	5.79	0	0.13	15.89	22.31	0.35	0.003	0	0.44	100.22
h1-h2	Cpx	50.77	0.60	2.49	6.32	0	0.17	16.02	20.73	0.35	0.05	0	0.34	97.84
h1-h3	Cpx	51.73	0.74	2.43	5.76	0	0.15	15.68	21.87	0.35	0.02	0	0.28	99.00
h1-h4	Cpx	51.27	0.66	2.33	5.75	0	0.18	15.74	22.53	0.35	0.005	0	0.38	99.18
h1-h5	Cpx	50.35	0.76	2.29	5.82	0	0.13	15.29	22.29	0.31	0.023	0	0.19	97.46
h1-h6	Cpx	51.11	0.65	2.34	5.67	0	0.18	15.55	22.09	0.35	0	0	0.34	98.29
h1-h7	Cpx	51.77	0.65	2.48	5.91	0	0.20	15.97	22.19	0.32	0.006	0	0.34	99.83
h1-h8	Cpx	50.74	1.02	3.04	6.01	0	0.20	15.34	21.52	0.41	0	0	0.41	98.69
h1-melt1	Melt	37.34	0.05	15.09	6.43	0	0.06	19.11	0.13	1.13	7.47	0	0.07	86.87
h1-melt2	Melt	39.26	0.01	18.89	7.81	0	0.06	18.88	0.36	0.96	8.36	0	0.01	94.59
h1-melt3	Melt	35.51	0.02	16.07	7.43	0	0.12	14.38	3.10	1.02	6.12	0	0.06	83.83
h1-melt4	Melt	41.08	0	16.81	6.42	0	0.01	20.95	0.20	1.04	8.43	0	0	94.93
h1-melt5	Melt	42.48	0.06	14.87	5.45	0	0.02	24.08	0.19	0.72	8.87	0	0.14	96.87
h1-melt6	Melt	39.33	0.26	21.87	11.29	0	0.17	10.01	10.56	2.30	1.48	0	0.90	98.16
h2-c1	Pl	47.61	0.02	33.50	0.54	0	0	0.06	16.02	2.22	0.10	0	0.13	100.19
h2-c2	Pl	46.72	0.03	34.52	0.52	0	0	0.005	17.41	1.73	0.06	0	0.03	101.02
h2-c3	Pl	43.09	0	31.00	3.69	0	0.06	2.36	16.22	2.08	0.83	0	0	99.31
h2-c4	Pl	45.77	0.06	33.34	1.25	0	0	0.51	17.55	2.025	0.29	0	0.02	100.82
h2-c5	Pl	47.62	0.04	33.82	0.45	0	0.03	0.01	16.60	2.11	0.11	0	0.03	100.81
h2-c6	Pl	47.52	0.08	33.39	0.27	0	0.02	0.04	16.30	2.27	0.06	0	0.03	99.97
h2-c7	Pl	47.22	0.03	32.91	0.38	0	0	0.004	16.46	2.43	0.09	0	0.04	99.57
h2-h1	Cpx	50.36	1.00	2.90	7.82	0	0.24	14.88	21.00	0.70	0.05	0	0.47	99.41
h2-h2	Cpx	51.32	0.97	2.68	5.79	0	0.20	15.48	22.23	0.40	0.02	0	0.41	99.51
h2-h3	Cpx	51.18	1.00	2.89	5.95	0	0.24	15.28	21.61	0.38	0.02	0	0.48	99.04
h2-h4	Cpx	51.65	0.91	2.93	5.96	0	0.21	15.34	22.23	0.43	0.02	0	0.43	100.12
h2-h5	Cpx	52.56	0.92	2.18	8.19	0	0.17	18.37	17.08	0.33	0.03	0	0.38	100.22
h2-h6	Cpx	51.28	1.08	3.09	6.07	0	0.17	15.32	21.73	0.40	0.02	0	0.50	99.65
h2-h7	Cpx	51.98	0.66	2.48	6.59	0	0.22	16.68	20.68	0.32	0.01	0	0.41	100.03
h2-melt1	Melt	37.03	0.10	14.61	6.72	0	0.01	20.01	0.20	0.28	10.62	0	0.06	89.65
h2-melt2	Melt	35.49	0	16.54	7.34	0	0.03	19.09	0.49	0.39	10.01	0	0.05	89.42
h2-melt3	Melt	39.01	0.03	32.02	2.36	0	0.08	0.22	18.67	3.32	1.79	0	0	97.50
h2-melt4	Melt	39.55	0.08	24.93	8.07	0	0.18	5.86	16.52	2.79	0.76	0	0.003	98.73
h2-melt5	Melt	46.52	0.05	23.80	5.67	0	0.09	8.42	9.97	3.42	0.70	0	0.02	98.66
h2-melt6	Melt	45.59	0.03	31.76	0.46	0	0	0.10	16.10	2.06	1.01	0	0.006	97.12
h2-melt7	Melt	49.44	0.24	4.72	4.99	0	0.15	18.51	16.83	0.50	2.46	0	0.003	101.46
h2-melt8	Melt	40.22	0.02	0.06	17.94	0	0.21	38.98	0.42	0.06	0.03	0	0.20	98.03
h2-melt9	Melt	38.94	0.06	14.23	5.69	0	0.01	20.21	1.23	0.61	9.64	0	0.08	98.01
h2-melt10	Melt	40.99	0	18.71	5.49	0	0	21.84	0	1.55	8.48	0	0	97.06
h2-melt11	Melt	34.89	0.11	0.03	18.31	0	0.04	39.01	0.21	0.08	0	0.11	0	92.79
h2-melt12	Melt	43.01	0.18	14.54	4.57	0	0	24.87	0	1.09	8.81	0.03	0	97.10
h3-c1	Pl	46.86	0.02	33.59	0.39	0	0.12	0.04	17.01	2.15	0.07	0	0.06	100.31
h3-c2	Pl	46.20	0	33.19	0.39	0	0.01	0.05	16.78	2.10	0.10	0	0.03	98.85
h3-c3	Pl	46.88	0.02	33.12	0.37	0	0.04	0.01	16.64	2.32	0.10	0	0	99.49
h3-c4	Pl	46.63	0.05	32.27	0.34	0	0	0.02	16.42	2.35	0.11	0	0.04	98.22
h3-c5	Pl	46.54	0	32.70	0.35	0	0.02	0.03	16.32	2.40	0.3	0	0.02	98.67
h3-c6	Pl	46.48	0.08	33.26	0.35	0	0.01	0.03	16.66	1.93	0.11	0	0.05	98.96
h3-h1	Cpx	50.09	0.92	2.74	5.78	0	0.15	15.15	22.33	0.39	0	0	0.49	98.03
h3-h2	Cpx	50.57	1.14	3.11	5.99	0	0.21	15.04	22.30	0.29	0	0	0.38	99.03
h3-h3	Cpx	50.56	1.14	3.09	6.01	0	0.21	15.01	22.55	0.37	0	0	0.46	99.40
h3-h4	Cpx	50.69	1.03	2.85	5.78	0	0.14	15.24	22.03	0.44	0.002	0	0.40	98.60
h3-h5	Cpx	50.43	1.04	2.46	5.81	0	0.21	15.22	22.13	0.32	0.27	0	0.40	98.29
h3-h6	Cpx	50.38	0.94	2.57	5.98	0	0.15	14.96	22.19	0.32	0.04	0	0.40	97.93
h3-h7	Cpx	49.97	0.92	2.46	5.74	0	0.18	15.00	22.22	0.38	0	0	0.37	97.24
h3-h8	Cpx	49.88	1.10	2.87	5.71	0	0.21	14.77	22.05	0.37	0.02	0	0.51	97.49
h3-h9	Cpx	49.03	0.93	2.59	6.28	0	0.14	17.01	20.37	0.39	0.03	0	0.42	97.18
h3-melt1	Melt	38.06	0	24.98	7.58	0	0.22	8.46	14.07	1.25	0.56	0	0	95.17
h3-melt2	Melt	41.70	0.07	25.41	5.46	0	0.07	7.77	12.73	1.97	0.41	0	0	95.58
h3-melt3	Melt	43.21	0	29.24	2.45	0	0	3.54	15.90	1.54	0.35	0	0.006	96.22
h3-melt4	Melt	37.88	0	28.48	4.54	0	0.20	1.08	21.65	0.26	0.23	0	0.003	94.32
h3-melt5	Melt	39.50	0.06	28.41	4.61	0	0.23	2.66	20.53	0.58	0.24	0	0.012	96.83
h3-melt6	Melt	49.44	0.93	2.94	6.11	0	18.88	14.86	0.17	0.39	0	0.04	0	93.76
h3-melt7	Melt	49.18	0.91	1.88	3.82	0	22.55	14.8	0	0.8	0.06	0.12	0	94.12
h3-melt8	Melt	38.40	1.22	12.53	7.11	0	0.16	19.3	0	0.28	9.97	0	0	88.97
h3-melt9	Melt	38.11	0.14	19.89	9.10	0	0.07	13.77	0	0.18	9.67	0	0	90.93

表 4 高压实验变形样品中主要矿物和熔体的电子探针分析结果(wt%) Table 4 Electron microprobe date of the minerals and the melt in experimental samples under high pressure (wt%)

图 2 高压实验前后斜长石和单斜辉石端元组分成分对比图 Pl (starting sample)-原岩中的斜长石；Pl (h)-实验样品中的斜长石；Cpx (starting sample)-原岩中的单斜辉石；Cpx (h)-实验样品中的单斜辉石 Fig. 2 End member composition of plagioclase and clinopyroxene in starting and deformed samples of gabbro under high pressure condition Pl (starting sample)-plagioclase in starting samples; Pl (h)-plagioclase in deformed sample; Cpx (starting sample)-clinopyroxene in starting samples; Cpx (h)-clinopyroxene in deformed samples

对比实验前后样品中斜长石成分发现，在压力1300MPa，温度分别为950℃(h1)、1000℃(h2)、1050℃(h3)的条件下，3个样品的斜长石的An值比原岩都有一定幅度提高，Ab值降低。单斜辉石的En、Fs和Wo值变化不大，并且接近原岩的数值。

2.2.2 实验前后矿物与熔体的化学成分特征

在电子探针分析时，对原岩矿物和每个实验样品中的熔体与其周围矿物都进行了详细分析，分析结果列于表 4。通过对比斜长石和单斜辉石在实验前后主要氧化物的变化规律(图 3、图 4、图 5)得出，实验变形样品中斜长石SiO₂含量明显降低，Al₂O₃、CaO含量增加，Na₂O降低，而单斜辉石在实验前后成分变化不大。与斜长石和单斜辉石相比，实验中出现的熔体成分变化非常显著，其中最主要特征是SiO₂含量明显低于原岩中的斜长石和单斜辉石，部分熔体中的SiO₂含量在35%~43%，达到了超基性岩的SiO₂含量。

图 3 在950℃时高压实验样品(h1)主要矿物与熔体成分变化特征 Pl (starting samples)-原岩中的斜长石；Cpx (starting samples)-原岩中的辉石；Pl (h1)-样品h1中的斜长石；Cpx (h1)-样品h1中的辉石；Melt-样品h1中的熔体 Fig. 3 Chemical composition of major minerals and melt in deformed samples (h1) under 950℃ Pl (starting sample)-plagioclase in starting samples; Cpx (starting samples)-clinopyroxene in starting samples; Pl (h1)-plagioclase in deformed sample (h1); Cpx (h1)-clinopyroxene in deformed sample (h1); Melt-melt in deformed sample (h1)

图 4 在1000℃时高压实验样品(h2)主要矿物与熔体成分变化特征 Pl (starting samples)-原岩中的斜长石；Cpx (starting samples)-原岩中的辉石；Pl (h2)-样品h2中的斜长石；Cpx (h2)-样品h2中的辉石；Melt-样品h2中的熔体 Fig. 4 Chemical composition of major minerals and melt in deformed samples (h2) under 1000℃ Pl (starting sample)-plagioclase in starting samples; Cpx (starting samples)-clinopyroxene in starting samples; Pl (h2)-plagioclase in deformed sample (h2); Cpx (h2)-clinopyroxene in deformed sample (h2); Melt-melt in deformed sample (h2)

图 5 高压实验前后样品h3中主要矿物与熔体成分变化特征 Pl (starting samples)-原岩中的斜长石；Cpx (starting samples)-原岩中的辉石；Pl (h1)-样品h1中的斜长石；Pl (h3)-样品h3中的斜长石；Cpx (h3)-样品h3中的；Melt-样品h3中的熔体 Fig. 5 Chemical composition of major minerals and melt in deformed samples (h3) under 1050℃ Pl (starting sample)-plagioclase in starting samples; Cpx (starting samples)-clinopyroxene in starting samples; Pl (h3)-plagioclase in deformed sample (h3); Cpx (h3)-clinopyroxene in deformed sample (h3); Melt-melt in deformed sample (h3)

在950℃条件下，在h1样品中(图 3)，熔体FeO和MgO成分平均值与周边单斜辉石的FeO、MgO含量接近，不含CaO或含量极低，Al₂O₃的含量显著低于熔体周边的斜长石，熔体中出现比较高的K₂O，而斜长石和单斜辉石中基本不含K₂O，这表明在温度950℃(h1)、围压1300MPa的实验条件下，黑云母首先开始发生脱水部分熔融，单斜辉石也参与了部分熔融，但熔融程度较低，熔体含量较少，熔体的成分主要来自单斜辉石与黑云母，而斜长石没有发生部分熔融或者发生了非常微弱的熔融，这与显微结构分析中的结果是一致的。

在1000℃条件下，样品(h2)中大部分熔体FeO、MgO的含量较集中并且均接近于周围单斜辉石的含量，如图 4，部分熔体不含CaO，但少量熔体的CaO的含量接近周围单斜辉石的含量，少量熔体不含Al₂O₃，大部分熔体的Al₂O₃含量都接近于或是略低于周围斜长石Al₂O₃的含量，部分熔体中出现比较高的K₂O。这些成分特征表明在温度1000℃(h2)、围压1300MPa的实验条件下，熔体成分主要来自于单斜辉石，但斜长石也参与部分熔融，局部出现黑云母脱水熔融。

在1050℃条件下，样品(h3)中熔体FeO和MgO含量变化幅度比较大，如图 5，其平均值与周边辉石的FeO和MgO含量接近，熔体中的CaO含量分为两部分，一部分与周边辉石CaO含量接近，另外一部分与周边斜长石CaO含量接近，且大部分熔体的Al₂O₃的含量低于或接近于周围斜长石的含量。熔体中出现比较高的K₂O。这些成分特征表明在温度1050℃(h3)、围压1300MPa的实验条件下，单斜辉石和斜长石都参与了部分熔融，熔体的成分来源于单斜辉石和斜长石，并且斜长石参与熔融的程度增加了，局部出现黑云母脱水熔融。

3 低压条件下的实验结果 3.1 低压条件下的矿物反应和部分熔融的微观结构

在温度975℃、压力300MPa和静态条件下，样品W1中，矿物整体无定向排列(图 6a, b)，单斜辉石部分颗粒边界模糊，斜长石边界清晰平直，双晶发育。在单斜辉石周围以及单斜辉石与斜长石之间有新生粒状橄榄石。随着实验时间增加，如图 6c, d所示，样品W2中的单斜辉石反应生成橄榄石现象更显著。

图 6 低压条件下(300MPa)辉长岩的变形与矿物反应微观结构特征 Fig. 6 Microstructure of deformation and mineral reaction of gabbro under low pressure condition (300MPa)

在温度1050℃、压力300MPa的含水塑性流变实验中(G9)，如图 6g, h所示，裂隙发育，除了部分斜长石边界平直，其余的斜长石及单斜辉石边界模糊，且单斜辉石矿物边界几乎都呈浑圆状，大量新生矿物橄榄石围绕分布在单斜辉石边界周围。

在温度1150℃、压力300MPa的无水塑性流变实验中(D4)，如图 6e, f所示，矿物定向强烈，辉石及斜长石矿物颗粒边界均比较模糊，部分单斜辉石边界发生反应，有细粒新生矿物橄榄石生成。

3.2 低压条件下矿物与熔体成分变化特征

把原岩的斜长石、辉石和低压条件下的斜长石、辉石及熔体和新生矿物的成分特征进行对比，如表 5、图 7所示。和原岩相比，实验后斜长石SiO₂、Na₂O的含量降低了，K₂O、CaO含量增加，FeO、MgO含量基本不变，辉石SiO₂、MgO、FeO含量增加，Al₂O₃、CaO降低，Na₂O、K₂O含量基本不变。熔体的分布比较分散，熔体SiO₂含量约为40%~60%，接近于实验后辉石和斜长石的含量，Al₂O₃的含量介于辉石与斜长石之间，MgO、FeO的含量低于或接近于辉石的含量，CaO的含量普遍低于斜长石和单斜辉石的含量，但高于斜方辉石的含量，Na₂O、K₂O接近斜长石的成分，说明熔体的成分来自于辉石和斜长石。新生矿物橄榄石的SiO₂含量约为33%~35%，低于全岩52%，FeO、MgO的平均含量高于或者接近于辉石的含量，基本不含其他氧化物，且在无差应力条件实验中形成的橄榄石成分相互接近，而在含差应力实验条件下形成的橄榄石成分彼此差别较大，说明差应力对新生矿物橄榄石的形成有一定的影响。

表 5 低压实验样品中主要矿物和熔体的电子探针分析结果(wt%) Table 5 Electron microprobe date of the minerals and the melt in experimental samples under low pressure (wt%)

分析点号	矿物	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	FeO	Fe₂O₃	MnO	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	P₂O₅	Cr₂O₃	Total
w1-c1	Pl	53.50	0	27.13	0.64	0	0	0.13	11.66	4.75	0.05	0	0	97.97
w1-c2	Pl	51.47	0	28.47	0.24	0	0	0.02	11.64	5.15	0.09	0	0	97.17
w1-c3	Pl	53.98	0	29.00	0.27	0.27	0	0.01	11.11	5.17	0.21	0	0	99.81
w1-c4	Pl	53.79	0	28.56	0.30	0.30	0	0.01	10.93	5.20	0.26	0	0	99.13
w1-c5	Pl	53.63	0	28.76	0.24	0.24	0	0.04	11.17	5.15	0.21	0	0	99.21
w1-c6	Pl	54.21	0	28.95	0.24	0.24	0	0.03	10.95	5.26	0.30	0	0.04	100.05
w2-c1	Pl	50.31	0	30.11	0.99	0	0	0.05	13.18	4.07	0.05	0	0	98.85
w2-c2	Pl	46.96	0	32.93	0.76	0	0	0.06	16.18	2.33	0.00	0	0	99.23
w2-c3	Pl	50.53	0	30.60	0.74	0	0	0.05	13.49	3.78	0.03	0	0.02	99.29
w2-c4	Pl	48.24	0	32.29	0.58	0	0	0.05	15.31	2.95	0.02	0	0.003	99.44
w2-c5	Pl	50.91	0	30.52	0.36	0	0	0.04	13.35	3.95	0.02	0	0.04	99.24
w1-h1	Cpx	51.08	0	1.71	8.55	0	0	13.97	21.57	0.38	0	0	0	98.04
w1-h2	Cpx	51.23	0	1.88	8.65	0	0	14.02	21.67	0.35	0	0	0.009	98.65
w1-h3	Cpx	50.95	0	1.84	8.34	0	0	14.12	21.64	0.33	0.02	0	0	98.12
w1-h4	Cpx	50.99	0	1.77	8.34	0	0	14.23	21.88	0.33	0	0	0.02	98.19
w1-h5	Cpx	50.46	0	1.59	7.92	0	0	14.21	21.79	0.28	0	0	0.009	96.95
w2-h1	Cpx	52.11	0	0.98	19.52	0	0	22.16	1.25	0.03	0.01	0	0.04	97.15
w2-h2	Cpx	51.73	0	1.00	18.92	0	0	21.72	2.23	0.06	0	0	0.03	96.56
w2-h3	Cpx	52.57	0	1.00	18.83	0	0	22.16	2.23	0.04	0	0	0.03	97.58
w2-h4	Cpx	51.81	0	0.99	19.25	0	0	22.43	2.05	0.03	0	0	0	97.33
w2-h5	Cpx	52.08	0	0.98	19.46	0	0	22.63	1.74	0.05	0.01	0	0	97.85
w1-melt1	Melt	58.57	0	16.99	1.12	0	0	0.11	1.52	1.86	1.32	0.36	0	82.09
w1-melt2	Melt	55.24	0	3.39	16.98	0	0	13.26	15.78	0.83	0.02	0.23	0	107.05
w1-melt3	Melt	49.06	0	5.84	14.34	0	0	9.76	17.74	1.13	0	0.26	0	99.80
w1-melt4	Melt	52.88	0	25.7	3.58	0	0	0.26	8.44	6.06	0.05	0.11	0	97.90
w1-melt5	Melt	53.66	0	11.77	7.15	0	0	2.66	4.9	2.33	0.42	0.37	0	83.82
w1-g1	Ol	34.82	0	0.19	38.51	0	0	24.94	0.67	0.07	0	0.07	0	100.01
w1-g2	Ol	35.14	0	0.027	37.84	0	0	24.22	0.28	0	0	0	0	98.33
w1-g3	Ol	34.27	0	0.017	37.509	0	0	23.81	0.277	0	0.056	0	0	96.764
w2-g1	Ol	33.37	0	0.28	38.32	0	0	25.4	0.22	0	0	0	0	98.48
G9-c1	Pl	48.11	0	29.12	1.87	0	0	0.23	0.07	3.31	0.04	0.04	0	96.74
G9-c2	Pl	53.68	0	27.11	0.27	0	0	0.03	0	5.73	0.15	0	0	97.50
G9-c3	Pl	51.69	0	28.81	0.22	0	0	0.03	0	4.89	0.15	0.06	0	97.88
D4-c1	Pl	51.28	0	25.59	2.45	0	0	0.2	0	5.26	0.15	0.18	0	97.47
G9-h1	Cpx	43.77	0	4.00	17.31	0	0	17.63	0.55	0.45	0	0.05	0	98.62
G9-h2	Cpx	50.28	0	1.82	8.9	0	0	14.42	0.33	0.43	0	0	0	98.10
G9-h3	Cpx	51.71	0	1.03	19.6	0	0	23.39	0.57	0.08	0	0.03	0	97.93
D4-h1	Cpx	42.27	0	9.30	10.9	0	0	10.76	0.1	0.67	0	0.09	0	97.47
G9-melt1	Melt	40.04	0	10.67	15.48	0	0	10.14	0.43	2.91	0.1	1.06	0	95.11
G9-melt2	Melt	58.9	0	14.87	1.54	0	0	0.12	0.07	1.29	0.91	0.90	0	81.38
D4-melt1	Melt	48.27	0	22.05	10.08	0	0	1.48	0.16	5.28	0.13	0.15	0	97.33
D4-melt2	Melt	51.06	0	21.45	4.15	0	0	0.16	0.09	6.62	0.38	0.90	0	93.92
G9-g1	Ol	37.05	0	0.09	24.66	0	0	36.70	0.51	0.09	0	0	0	99.50
D4-g1	Ol	31.32	0	1.91	50.37	0	0	10.11	0.6	1.32	0	0.46	0	100.51
D4-g2	Ol	29.39	0	0.37	60.28	0	0	2.9	1.02	1.33	0	1.08	0	98.82

表 5 低压实验样品中主要矿物和熔体的电子探针分析结果(wt%) Table 5 Electron microprobe date of the minerals and the melt in experimental samples under low pressure (wt%)

图 7 低压条件下实验前后矿物和熔体成分特征对比 Pl (starting samples)-原岩中的斜长石；Cpx (starting samples)-原岩中的单斜辉石；Pl (static pressures)-静压实验样品中的斜长石；Cpx (static pressures)-静压实验样品中的单斜辉石；Melt (static pressures)-静压实验样品中的熔体；Ol (static pressures)-静压实验样品中的橄榄石；Pl (under differential stress)-差应力条件下样品中的斜长石；Cpx (under differential stress)-差应力条件下样品中的单斜辉石；Melt (under differential stress)-差应力条件下样品中的熔体；Ol (under differential stress)-差应力条件下样品中的橄榄石 Fig. 7 Chemical composition of main minerals and melt under low pressures conditions Pl (starting sample)-plagioclase in starting samples; Cpx (starting samples)-clinopyroxene in starting samples; Pl (static pressures)-plagioclase under static pressure experiment; Cpx (static pressures)-clinopyroxene under static pressure experiment; Melt (static pressures)-melt under static pressure experiment; Ol (static pressures)-olivines under static pressures experiment; Pl (under differential stress)-plagioclase under differential stress experiment. Cpx (under differential stress)-clinopyroxene under differential stress experiment; Melt (under differential stress)-melt under differential stress experiment; Ol (under differential stress)-olivines under differential stress experiment

4 讨论 4.1 高压实验和低压实验微观结构对比

在低压条件下，静压和塑性变形两个系列实验均有单斜辉石向橄榄石转变的矿物反应发生(图 8a)，单斜辉石(点1, 11)周围反应生成了小颗粒的新生橄榄石(点2, 3, 8, 9, 10)，在磁铁矿(点7, 8)与单斜辉石边界也出现了新生的橄榄石。

图 8 高压实验和低压实验微观结构对比 (a)低压条件下实验样品中出现的矿物反应；(b)高压条件下实验样品中的熔体薄膜. Mag-磁铁矿.点1、5、11-单斜辉石；点2、3、8、9、10-橄榄石；点6、7-磁铁矿 Fig. 8 Microstructure of experimental samples under high pressure and low pressure (a) the mineral reaction under low pressure; (b) the melt film in high pressure. Mag-magnetite. point 1, 5, 11-clinopyroxene; point 2, 3, 8, 9, 10-olivine; point 6, 7-magnetite

在高压塑性实验中并没有发现矿物反应与新生橄榄石颗粒出现，这说明压力对辉石-橄榄石反应具有显著控制作用。在高压和塑性变形的条件下，在950℃时，辉长岩的部分熔融主要发生在单斜辉石和黑云母之间，熔体的主要成分只来自于黑云母脱水熔融与单斜辉石熔融，但随着温度的升高，样品的熔融程度增高，在1000℃时，在熔体中可以监测到斜长石部分熔融的产物，但此时熔体的成分主要来自于单斜辉石，只有少部分来自于斜长石，到了1050℃，单斜辉石与斜长石的熔融程度不断增大，斜长石对熔体主要成分的贡献比例也在不断的增加。

4.2 高压实验和低压实验化学成分对比

图 9给出了低压和高压条件下两组实验样品中主要矿物与熔体的化学成分对比特征。高压实验样品中矿物和熔体的SiO₂含量相对集中，而低压实验样品中矿物和熔体的SiO₂含量明确分为贫硅(小于40%)和富硅(高于50%)两组；高压实验中矿物和熔体的Na₂O与FeO含量低于低压实验样品，但高压实验样品中的矿物和熔体的K₂O含量高于低压实验样品。而两组实验中的Al₂O₃、CaO、MgO变化不明显。

图 9 高压和低压条件下实验样品主要矿物与熔体成分对比特征 Pl (high pressure)-高压实验斜长石；Cpx (high pressure)-高压实验单斜辉石；Melt (high pressure)-高压实验熔体；Pl (low pressure)-低压实验斜长石；Cpx (low pressure)-低压实验单斜辉石；Melt (low pressure)-低压实验熔体；Ol (low pressure)-低压实验橄榄石 Fig. 9 Chemical composition of major minerals and melt in samples after high pressure, low and static experiments Pl (high pressure)-plagioclase in high pressure experiment; Cpx (high pressure)-clinopyroxene in high pressure experiment; Melt (high pressure)-melt in high pressure experiment; Pl (low pressure)-plagioclase in low pressure experiment; Cpx (low pressure)-clinopyroxene in low pressure experiment; Melt (low pressure)-melt in low pressure experiment; Ol (low pressure)-olivine in low pressure experiment

上述成分变化与低压和高压条件下，实验样品中的产物不同有关。在低压实验中，新生矿物橄榄石与熔体的成分呈现互补关系，橄榄石中Al₂O₃、CaO、Na₂O、K₂O的含量较低，但是熔体中这四种元素含量相对较高，橄榄石FeO、MgO的含量较高，而熔体中这两种元素含量则较低。在高压条件下，没有出现矿物反应，局部出现的熔体成分依赖于熔体产生部位和参与熔融的产物，即非平衡熔融导致熔体成分受参与熔融的矿物成分控制。

4.3 压力对矿物反应和部分熔融的影响

根据之前实验结果的描述可知，在低压下单斜辉石反应生成新生矿物橄榄石，而斜长石与橄榄石可以稳定共存。在高压条件下，并没有明显的橄榄石生成，说明斜长石-单斜辉石可以稳定共存。显然，压力对橄榄石的生成具有显著影响。如图 10所示，在玄武岩体系的相图中，低压条件下斜长石-橄榄石组合为稳定相，高压条件下斜长石-辉石-石榴石位稳定相，两个系列的实验结果与相图反应的结果很吻合，再次证实和再现了这种矿物稳定关系。与压力对矿物反应影响不同，微观结构和成分分析表明，压力对部分熔融的形态、分布和成分影响不明显。温度对于非平衡部分熔融的影响更为显著，随着温度增加，单斜辉石和斜长石的熔融程度与随之增加，显著影响熔体成分特征。

图 10 玄武岩体系矿物稳定相图(相图据Kushiro and Yoder, 1966修改) 图中黑色圆点代表高压实验；黑色方块代表低压实验；An-钙长石；Fo-镁橄榄石；Cpx-单斜辉石；Opx-斜方辉石；Sp-尖晶石；Gar-石榴子石 Fig. 10 Facies map of stable mineral in basalt system (modified after Kushiro and Yoder, 1966) black dots and diamonds respectively represent experiments under high and low pressures in this study; An-anorthite; Fo-forsterite; Cpx-clinopyroxene; Opx-orthopyroxene; Sp-spinel; Gar-garnet

4.4 变形对矿物反应的影响

实验和野外变形样品研究表明，变形能够影响变质反应的反应动力学(Brodie and Rutter, 1985)，体现在以下几方面(Holyoke and Tullis, 2006c)：(1)变形普遍产生细粒化(碎裂或动态重结晶作用)，增加了矿物表面积，促进了新矿物相成核与反应接触面(Berger and Stünitz, 1996; Handy and Stünitz, 2002; Yonkee et al., 2003)；(2)晶体塑性变形引起矿物位错密度增加，促进了晶体内部成核(Stünitz, 1998)和矿物溶解(Wintsch and Dunning, 1985)；(3)差应力作用增加了局部的正应力，导致局部出现矿物反应边界向高应力方向迁移(Vaughan et al., 1984; Brodie, 1995)；(4)差应力作用增加了平均应力，导致局部出现矿物反应边界向高压力方向迁移，并且增加了反应速率(de Ronde et al., 2005)；(5)晶体塑性变形引起局部剪切生热，导致矿物反应边界向高温方向迁移，并且增加了反应速率(Boullier and Gueguen, 1975; Poirier, 1980; White et al., 1980)。

本研究中，在300MPa压力条件下，在静态实验中，矿物没有定向，新生橄榄石随机分布，橄榄石颗粒边界平直，橄榄石成分相对均匀。而在塑性流变实验中，不仅矿物强烈定向，而且新生橄榄石也出现定向分布，橄榄石颗粒边界浑圆，橄榄石成分变化比较大。显然，由于塑性变形作用的影响，橄榄石的分布、形态和成分都有一定差别，变形促进了橄榄石定向，限制了橄榄石自由生长，加剧了橄榄石与母岩之间的成分扩散。

4.5 熔体对下地壳流变的影响

部分熔融如何影响岩石流变性质主要取决于熔体的空间分布特征，熔体只有以完全湿润颗粒边界(二面角为0°)或者沿三个颗粒边界形成内部连通的三维网络结构(0° < 二面角 < 60°)时，部分熔融才会表现出明显的影响，例如：促进岩石流变；引起电导率和波速异常等(周永胜等, 2003; 周永胜, 2013)。在低压和静压条件下，熔体的迁移主要靠熔体相-固相的密度差作为驱动力，很难形成连通的网络或者只能在局部形成连通的网络。而在高压和差应力条件下，矿物发生变形，熔体在矿物边界分布，形成熔体薄膜，此时熔体迁移的驱动力就变成了差应力和化学扩散的共同作用，这使其形成内部连通的三维网络状分布的时间大大缩短(周永胜等, 2003; 周永胜, 2013)。也就是说，高压条件下，部分熔融更快更明显的表现出对岩石物理力学的影响，这对下地壳及上地幔的研究具有重要的意义。如果熔体基本呈三角形状分布于颗粒之间，熔体的弱化作用可以用Cooper and Kohlstedt (1986)模型定量表示。在该模型中，只有熔体含量超过5%的时候，熔体才能对流变起到显著弱化作用。如果熔体呈薄膜状分布与颗粒边界，熔体薄膜对流变影响非常显著，熔体的弱化作用可以用Kelemen et al. (1997)模型、Paterson (2001)模型和Takei and Holtzman(2009a, b)模型定量表达。在该模型中，只要熔体含量达到1%~2%的时候，熔体对流变就有显著的弱化作用(周永胜, 2013; Zhou et al., 2012, 2017)。

4.6 矿物反应对下地壳流变的影响

实验研究显示，变质反应引起岩石应变弱化，导致强度降低(Rutter and Brodie, 1988; Wintsch et al., 1995; Stünitz and Tullis, 2001; Keller et al., 2004; de Ronde et al., 2004, 2005; Whitmeyer and Wintsch, 2005; Holyoke and Tullis, 2006c)。例如，在剪切应变条件下，橄榄石-斜长石反应生成辉石与尖晶石时，引起流变的弱化作用(de Kloe et al., 2000; de Ronde et al., 2004, 2005)。与此相反，含微量水的辉长岩流变实验中，辉石边缘出现了反应生成的新颗粒橄榄石。由于橄榄石流变强度高于辉石的流变强度，这种矿物反应导致流变强度增加(Zhou et al., 2012)。本研究中，在低压条件下出现显著的单斜辉石向橄榄石转变，根据以前的实验结果推测，这种矿物反应对下地壳流变强度具有强化作用。

5 结论

在低压条件下，单斜辉石反应生成新生矿物橄榄石，斜长石、单斜辉石与橄榄石可以稳定共存，变形促进了橄榄石定向，限制了橄榄石自由生长；高压条件下，没有发现矿物反应，斜长石-单斜辉石可以稳定共存。高压条件下，单斜辉石和黑云母首先发生部分熔融，随着温度增高，斜长石再参与熔融；熔体成分依赖于熔体产生部位，即非平衡熔融导致熔体成分受参与熔融的矿物成分控制。熔体存在显著弱化了大陆下地壳的流变强度，而在低压条件下通过矿物反应生成的橄榄石可能对下地壳流变强度具有强化作用。

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岩石学报 2018, Vol. 34 Issue (3): 851-865	PDF