玄武质岩浆的形成

玄武质岩浆是由地幔橄榄岩部分熔融形成的，这方面的证据既有大量高温高压实验成果，也有地质、岩相及岩石化学资料。前一方面的工作有从SiO2Mg2SiO4简单的二组分体系到Mg2SiO4-CaMgSi2O6-CaAl2O8-SiO2的多组分复杂体系以至天然橄榄岩的高温高压熔融实验成果；后一方面的资料有诸如玄武岩中含地幔岩捕虏体、地幔橄榄岩中见玄武质的囊状熔体、某些亏损的地幔岩捕虏体的岩石化学成分与寄主岩之间存在互补关系等。

导致地幔橄榄岩部分熔融的原因是多方面的，温度的升高、压力降低和挥发组分（尤其是H2O）的加入都可能使位于固相线附近的橄榄岩发生部分熔融。不过在不同的构造背景，诱发部分熔融的主导因素是不同的。例如大洋中脊和大陆裂谷，深切地幔的张性断裂和高温地幔岩的对流上涌导致降压熔融，压力为熔融发生的主导因素；消减带，下插板块的温度快速上升能产生熔融，此时温度上升是主导因素；在俯冲带，受下插板中含水蚀变矿物脱水产生的流体影响，地幔楔可以发生部分熔融，所以这时流体的加入成为主导因素。

对玄武岩物质成分的详细研究已经揭示出玄武岩成分存在的一些具成因意义的差别，如Na2O、K2O、Al2O3、TiO2含量的差别和稀土、微量元素丰度及配分曲线的差别以及岩浆演化趋势的差别等。

造成这些差别的原因是：源区的部分熔融条件、部分熔融程度、源区流体组成及其含量的差异和源区地幔岩成分上的差异（地幔不均一性）等。它们往往与产生岩浆的构造部位密切相关。

1.压力（熔融深度）的影响

在部分熔融条件中，压力对熔体的组成影响最大，这主要是因为源区压力的大小会对橄榄岩中Opx的熔融行为产生影响。图6-3中固相线以下的矿物组合自低压至高压分别为Ol+Opx+Cpx+Sp（尖晶石二辉橄榄岩）、Ol+Opx+Cpx+Sp+Ga（过渡成分）、Ol+Opx+Cpx+Ga（石榴子石二辉橄榄岩）。图中固相线即代表Cpx从固相中消失的界线，液相线为Ol消失的界线，在固液相线之间为熔融区间，其中有Ga、Sp及Opx的消失界线，虚线为引自O’Hara的实验结果，代表熔体中含Ol标准分子的等值线。

在低压条件下（0～5×108Pa），地幔岩的矿物熔融的顺序是Cpx→Opx→Sp→Ol，熔体成分受进入熔体矿物成分的制约，当Cpx进入熔体后，Opx（斜方辉石，富En分子）的熔融表现为分解熔融：

岩石学

从而使熔体中的SiO2含量增加，形成相当于石英拉斑玄武岩组成的岩浆。

在5×108～20×108Pa条件下，矿物熔融的顺序发生了变化，为Cpx（1350℃）→Sp（1500℃）→Opx（1750℃）→Ol，其中Opx要在很高的温度下才能进入熔体，熔融行为由不一致熔融转变为一致熔融。熔融发生后Cpx最早熔尽，因为Na在二辉橄榄岩中几乎全部赋存于Cpx之中，因此熔浆中含Na2O较高。随后不含SiO2的Sp进入熔体，使得熔浆相对贫SiO2。这样所形成的岩浆就具有相当于碱性玄武岩的成分。随着熔融程度的增加，Opx进入熔浆的数量增加，岩浆成分可演化为橄榄拉斑玄武岩的组成。

图6-3 橄榄岩熔融相图

在高压条件下，如在P=40×108Pa时，起始熔融温度为1570℃，Cpx 首先消失，继而Ga熔融消失，可形成相当于橄榄拉斑玄武岩成分的熔体。

如果地幔源区是绝热底辟上升，熔融压力降低，地幔岩源区会越来越远离固相线，而向液相线逼近，熔融程度会不断增加，熔体组成也会不断地发生变化，在不同深度分凝出来的岩浆成分也会不同。

2.部分熔融程度的影响

地幔橄榄岩发生部分熔融过程中，总是易熔组分，如碱质及地幔不相容元素等，优先进入熔体。因此，在低熔岩浆中，这些组分将会表现为明显的富集。而随着熔融程度的增加，难熔组分，如 MgO、FeO等进入熔体，熔浆中的易熔组分被稀释，浓度降低。因此部分熔融程度会对岩浆的组成产生影响。Myseh和Kushiro（1977）所做的橄榄岩在35×108Pa压力下的熔融实验表明：当熔融程度wB＜2%时，熔体组成相当于碧玄岩-碱性橄榄玄武岩；当熔融程度为wB为2%～25%时，液相组成相当于碱性橄榄玄武岩-橄榄拉斑玄武岩；当熔融程度达wB为25%～40%时，液相成分为苦橄质玄武岩；当熔融程度wB＞40%时，液相成分则为科马提岩。

3.挥发组分的影响

H2O、CO2是上地幔岩中的主要挥发组分，可使上地幔的固相线温度，即始熔温度降低。上地幔含饱和水时，起始熔融温度可降至1000℃，顽火辉石的不一致熔融行为可扩展至20×108Pa，这样石英拉斑玄武岩的形成范围就可由干条件的5×108Pa延伸至20×108Pa。

CO2在部分熔融中的作用主要表现为使岩浆中的碱度增加，其作用是可使碱性玄武岩形成的上限深度大大减小。另外，一般认为像金伯利岩、碳酸岩及霞石岩、黄长岩等超基性-过碱性岩浆的形成中，源区含CO2是必要的条件。

4.上地幔成分差异的影响（地幔不均一性）

正如前章所介绍的，阿尔卑斯型超镁铁岩体和玄武岩中地幔岩捕虏体的成分显示，地幔岩除在垂向上存在矿物相变造成的矿物组成差别外，横向上还存在化学组成上的变化，如饱满型、亏损型、交代富集型之间的差别。洋中脊下的地幔一般经历过早期的部分熔融作用，再次部分熔融形成的岩浆多具有低K2O、TiO2及不相容微量元素等，以低钾拉斑玄武岩为特征。板内裂谷下的地幔，多为饱满型或富集型，部分熔融产生的的玄武岩为碱性玄武岩和大陆拉斑玄武岩。而板块内部的热点或地幔柱，多为交代型地幔隆升形成的，与其有关的玄武岩常为碱性玄武岩（大陆），或洋岛碱性玄武岩、洋岛拉斑玄武岩。俯冲带因消减洋壳与仰冲地幔楔之间的相互作用，往往形成高Al的钙碱性玄武岩。