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混合巖研究的歷史是怎樣的?

19世紀末20世紀初,隨著北歐和北美前寒武紀地盾區的填圖研究,揭示了大量中、高級變質沈積巖與花崗巖之間復雜的轉化關系。由此引發了對區域變質作用——花崗質巖漿作用的研究和爭論,並逐漸形成了對高級區域變質作用、花崗巖和花崗質巖漿的形成、過程和轉化機制的最基本認識。

在以花崗深成巖為主的地區,根據野外地質產狀,很容易建立花崗巖侵入體與這種轉化的成因聯系。Sederholm(1907)首先提出術語混合巖來描述這些改造的巖石。他認為這些轉變不是單壹的原因,而是許多遺傳過程的組合,因此他將混合巖定義為:“兩種不同原因的成分的混合物...壹個組件與另壹個組件相互幹擾...這些片麻巖花崗巖往往表現為初熔的‘網狀結構’和‘不連通脈’,由大量不同程度溶解的古老巖石碎塊組成,像角礫巖花崗巖壹樣,部分條帶狀花崗巖還保存著。Sederholm(1907)將混合巖形成的所有復雜過程稱為再造,包括部分熔融和溶解,以及重要的成因過程,如巖漿註入和相關的巖脈和角礫巖。同時,Sederholm認為在這種情況下,需要壹個術語來解釋巖石的部分熔融和花崗巖的形成過程。他將巖石從初始熔融到完全熔融的過程定義為深熔作用,特指巖石的熔融或重熔。

在以中、高級變質片麻巖為主的地區,巖石中有許多花崗巖斑塊、細脈或巖脈,但很少有花崗質深成侵入體。Holmquist(1916)認為這些花崗質斑塊和礦脈是由富含雲母的寄主片麻巖部分熔融滲出形成的,強調其內部成因。缺乏花崗質深成巖表明部分熔融的熱源和區域變質的熱源壹樣,應該位於地殼更深處。因此,超變質作用壹詞的提出是為了表明部分熔融需要高於正常變質程度。變質深熔作用已成為解釋混合巖成因的最重要因素之壹。

隨後,混合巖成因的研究受到花崗巖成因爭論的極大影響。博文(1915,1928)表明,花崗質巖漿是玄武質巖漿極度分離結晶的產物,不存在“原始”的花崗質巖漿。野外地質學家立即註意到,大陸地殼中花崗巖的實際數量遠遠多於這種機制形成的數量。同時,全巖的化學分析似乎表明,典型的地殼巖石成分隨深度逐漸向花崗巖成分轉變。根據花崗巖不是原始巖漿的結論,以及大陸地殼中塊狀花崗巖的存在和地殼深部花崗巖成分增多的趨勢,誕生了“花崗巖化”和固體條件下混合巖交代作用的概念。Read(1931)、Wegmann(1935)等人提出了混合巖石由高化學活性、高滲透率、富含K、Na、Si形成的再生巖石汁理論。

此外,Michel-levi(1893)和Sederholm(1934)根據花崗巖侵入體附近常見的巖漿註入現象,提出混合巖是酸性巖漿註入片麻巖或片巖。

Dietrich和Mehmert(1960)提出了部分熔融的變質巖發生變質和分異的變質分異理論,根據新舊混合巖化學成分總量與原巖相等的規律,將淺色熔體與深色殘余礦物分離開來。

在經歷了半個多世紀關於混合巖起源的爭論後,現有的混合巖起源理論在65438-0960年哥本哈根國際地質大會上進行了討論。得出混合巖的成因特征為:1,宏觀上混合巖是壹種復式巖石,由壹次地球化學活動部分和非活動部分組成;2.混合巖是壹種復合的非均質巖石,由先存的巖石物質和後來侵入的或原位的花崗巖物質組成。特征1表明混合巖各組分化學活性的差異;特征二強調混合巖中的花崗質物質具有“外來”和“原生”兩種性質。

隨後,Mehnert(1968)對混合巖進行了詳細的場關系和巖相學研究,確定了“混合巖中淺色熔體和深色殘渣之和等於原巖成分時可以進行定量估算”,“中性共生中的花崗巖化(混合巖的形成)壹般不添加堿金屬”,以及混合巖各部分的整體成分。確立了原地混合巖的成分特征和成因標誌,結合熔融實驗系統闡述了深熔交代作用形成花崗質巖漿的巖石學過程,提出了混合巖和花崗巖的深熔作用理論。

Winkler(1976)以實驗巖石學為基礎,對常見沈積巖(粘土和頁巖、巖屑砂巖)和長英質巖石(中酸性片麻巖/片巖)進行了壹系列深熔實驗。進壹步揭示了深熔熔體的過程和性質。實驗結果表明:①共生和含應時長石的雲母片巖的深部熔融,必將產生大量的花崗質、花崗閃長巖漿和少量的英雲閃長巖/二長花崗巖漿;②在壹定壓力下,片麻巖的深熔量取決於深熔溫度、原巖成分和巖石系統的含水量;③深熔溫度越高,熔化溫度越高。低溫熔體常形成“原位”混合巖,高溫熔體可完全上升至中上地殼形成“異地花崗巖”;④如果變質作用最高溫度時有水存在,地殼內的區域性深熔和混合巖的形成是不可避免的。

目前,許多研究證明深熔作用是混合巖形成的壹個基本過程。在中高變質區及其下地殼,深熔作用廣泛發生,產生大量的花崗質巖漿。但在部分熔融之前(實線以下)就發生了變質和分異,應該屬於變質作用。交代作用也不是混合巖形成的主要因素,但含水流體進入接近固相線溫度(中高溫)的巖石,可以促進部分熔融和混合巖的形成。

現代混合巖的含義與Holmquist的超變質作用和Sederholm的深熔作用的概念非常壹致,不再包括固相線下的巖漿註入、交代花崗巖化和變質分異作用的概念。術語“混合巖”的現代用法是深熔作用的同義詞。

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