混合岩研究的历史

19世纪末20世纪初,随着北欧和北美前寒武纪地盾区的填图研究,揭示了大量中、高级变质沉积岩与花岗岩之间复杂的转化关系。由此引发了对区域变质作用——花岗质岩浆作用的研究和争论,并逐渐形成了对高级区域变质作用、花岗岩和花岗质岩浆的形成、过程和转化机制的最基本认识。

在以花岗深成岩为主的地区,根据野外地质产状,很容易建立花岗岩侵入体与这种转化的成因联系。Sederholm(1907)首先提出术语混合岩来描述这些改造的岩石。他认为这些转变不是单一的原因,而是许多遗传过程的组合,因此他将混合岩定义为:“两种不同原因的成分的混合物...一个组件与另一个组件相互干扰...这些片麻岩花岗岩往往表现为初熔的‘网状结构’和‘不连通脉’,由大量不同程度溶解的古老岩石碎块组成,像角砾岩花岗岩一样,部分条带状花岗岩还保存着。Sederholm(1907)将混合岩形成的所有复杂过程称为再造,包括部分熔融和溶解,以及重要的成因过程,如岩浆注入和相关的岩脉和角砾岩。同时,Sederholm认为在这种情况下,需要一个术语来解释岩石的部分熔融和花岗岩的形成过程。他将岩石从初始熔融到完全熔融的过程定义为深熔作用,特指岩石的熔融或重熔。

在以中、高级变质片麻岩为主的地区,岩石中有许多花岗岩斑块、细脉或岩脉,但很少有花岗质深成侵入体。Holmquist(1916)认为这些花岗质斑块和矿脉是由富含云母的寄主片麻岩部分熔融渗出形成的,强调其内部成因。缺乏花岗质深成岩表明部分熔融的热源和区域变质的热源一样,应该位于地壳更深处。因此,超变质作用一词的提出是为了表明部分熔融需要高于正常变质程度。变质深熔作用已成为解释混合岩成因的最重要因素之一。

随后,混合岩成因的研究受到花岗岩成因争论的极大影响。博文(1915,1928)表明,花岗质岩浆是玄武质岩浆极度分离结晶的产物,不存在“原始”的花岗质岩浆。野外地质学家立即注意到,大陆地壳中花岗岩的实际数量远远多于这种机制形成的数量。同时,全岩的化学分析似乎表明,典型的地壳岩石成分随深度逐渐向花岗岩成分转变。根据花岗岩不是原始岩浆的结论,以及大陆地壳中块状花岗岩的存在和地壳深部花岗岩成分增多的趋势,诞生了“花岗岩化”和固体条件下混合岩交代作用的概念。Read(1931)、Wegmann(1935)等人提出了混合岩石由高化学活性、高渗透率、富含K、Na、Si形成的再生岩石汁理论。

此外,Michel-levi(1893)和Sederholm(1934)根据花岗岩侵入体附近常见的岩浆注入现象,提出混合岩是酸性岩浆注入片麻岩或片岩。

Dietrich和Mehmert(1960)提出了部分熔融的变质岩发生变质和分异的变质分异理论,根据新旧混合岩化学成分总量与原岩相等的规律,将浅色熔体与深色残余矿物分离开来。

在经历了半个多世纪关于混合岩起源的争论后,现有的混合岩起源理论在65438-0960年哥本哈根国际地质大会上进行了讨论。得出混合岩的成因特征为:1,宏观上混合岩是一种复式岩石,由一次地球化学活动部分和非活动部分组成;2.混合岩是一种复合的非均质岩石,由先存的岩石物质和后来侵入的或原位的花岗岩物质组成。特征1表明混合岩各组分化学活性的差异;特征二强调混合岩中的花岗质物质具有“外来”和“原生”两种性质。

随后,Mehnert(1968)对混合岩进行了详细的场关系和岩相学研究,确定了“混合岩中浅色熔体和深色残渣之和等于原岩成分时可以进行定量估算”,“中性共生中的花岗岩化(混合岩的形成)一般不添加碱金属”,以及混合岩各部分的整体成分。确立了原地混合岩的成分特征和成因标志,结合熔融实验系统阐述了深熔交代作用形成花岗质岩浆的岩石学过程,提出了混合岩和花岗岩的深熔作用理论。

Winkler(1976)以实验岩石学为基础,对常见沉积岩(粘土和页岩、岩屑砂岩)和长英质岩石(中酸性片麻岩/片岩)进行了一系列深熔实验。进一步揭示了深熔熔体的过程和性质。实验结果表明:①共生和含应时长石的云母片岩的深部熔融,必将产生大量的花岗质、花岗闪长岩浆和少量的英云闪长岩/二长花岗岩浆;②在一定压力下,片麻岩的深熔量取决于深熔温度、原岩成分和岩石系统的含水量;③深熔温度越高,熔化温度越高。低温熔体常形成“原位”混合岩,高温熔体可完全上升至中上地壳形成“异地花岗岩”;④如果变质作用最高温度时有水存在,地壳内的区域性深熔和混合岩的形成是不可避免的。

目前,许多研究证明深熔作用是混合岩形成的一个基本过程。在中高变质区及其下地壳,深熔作用广泛发生,产生大量的花岗质岩浆。但在部分熔融之前(实线以下)就发生了变质和分异,应该属于变质作用。交代作用也不是混合岩形成的主要因素,但含水流体进入接近固相线温度(中高温)的岩石,可以促进部分熔融和混合岩的形成。

现代混合岩的含义与Holmquist的超变质作用和Sederholm的深熔作用的概念非常一致,不再包括固相线下的岩浆注入、交代花岗岩化和变质分异作用的概念。术语“混合岩”的现代用法是深熔作用的同义词。