李中州，王夢(mèng)璽，張步乾，王潔

長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安，710054

內(nèi)容提要: 層狀巖體冷凝中—晚期有鐵鈦氧化物結(jié)晶時(shí)，晶粥中粒間熔體的排出方式常以壓實(shí)作用為主，但不同層位壓實(shí)作用的效率往往不同，目前對(duì)控制壓實(shí)作用效率的主要機(jī)制尚不清楚。筆者等以揚(yáng)子北緣出露規(guī)模較大、分異程度較高的新元古代望江山層狀巖體作為研究對(duì)象，利用斜長(zhǎng)石、單斜輝石的晶體粒度分布(CSDs)和空間展布形式(SDPs)分析，探討了巖體中部帶下段(MZa)橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和中部帶上段(MZb)氧化物輝長(zhǎng)巖粒間熔體的排出機(jī)制及其效率。巖體MZa和MZb中斜長(zhǎng)石和單斜輝石的CSD曲線均具有相互平行的特征，SDP圖解具有負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，分別與機(jī)械壓實(shí)的特征和趨勢(shì)一致，表明各巖相帶粒間熔體的排出方式均為機(jī)械壓實(shí)。模擬計(jì)算得到橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖中封閉粒間熔體比例(FTL)分別為：28%～33%，14%～23%和7%～12%，表明從MZa到MZb機(jī)械壓實(shí)逐漸增強(qiáng)。MZa中橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖斜長(zhǎng)石CSD截距最大(2.23～3.78)，特征長(zhǎng)最小(0.29～0.45)且小顆粒斜長(zhǎng)石具有較大長(zhǎng)寬比(5∶1～11∶1)，表明巖漿冷卻速率較快，導(dǎo)致壓實(shí)效率最低，粒間熔體未被有效排出。MZa中輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖斜長(zhǎng)石CSD截距減小(1.31～2.60)，特征長(zhǎng)增大(0.43～0.58)且小顆粒斜長(zhǎng)石長(zhǎng)寬比減小(<5∶1)，說明冷卻速率變慢，導(dǎo)致壓實(shí)效率提高，粒間熔體被有效排出。MZb氧化物輝長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石CSD截距進(jìn)一步減小(0.49～1.60)，特征長(zhǎng)進(jìn)一步增大(0.53～0.69)且小顆粒斜長(zhǎng)石具有低長(zhǎng)寬比(<5∶1)，說明冷卻速率進(jìn)一步降低，同時(shí)相較于橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖堆晶礦物與粒間熔體密度差增大，壓實(shí)效率進(jìn)一步提高，粒間熔體排出程度達(dá)到最高。因此，層狀巖體晶粥中機(jī)械壓實(shí)效率主要受控于堆晶礦物與粒間熔體密度差以及巖漿冷卻速率，當(dāng)冷卻速率較低并有大量鐵鈦氧化物結(jié)晶時(shí)機(jī)械壓實(shí)作用的效率最高。

根據(jù)鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)層狀巖體原位結(jié)晶模型，巖漿房從邊部到中部由致密堆晶巖、晶粥和主體巖漿組成(Campbell, 1978; Kuritani et al., 2007; Namur et al., 2014)，其中致密堆晶巖全部由結(jié)晶礦物組成，不含熔體，而主體巖漿全部由熔體組成，不含結(jié)晶礦物，晶粥介于前兩者之間，由堆晶礦物和粒間熔體共同組成(Wager et al., 1960)。前人研究認(rèn)為晶粥中初始粒間熔體比例高達(dá)50%～70% (Campbell, 1978; Shirley, 1986; Philpotts et al., 1998; Jerram et al., 2003, Donev et al., 2004)，但冷凝成巖后其比例降至7%～60%(Irvine, 1982; Namur and Humphreys, 2018)，相應(yīng)的堆晶巖在礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和化學(xué)成分上也存在較大差異(Irvine, 1982; Tegner et al., 2009; Namur and Charlier, 2012)，表明晶粥中粒間熔體的排出與層狀巖體冷凝時(shí)的一系列物理過程有關(guān)。因此，對(duì)粒間熔體排出機(jī)制的研究有助于理解層狀巖體的巖漿演化過程(Boorman et al., 2004；Holness et al., 2007, 2017; Tegner et al., 2009; Cashman et al., 2017; Yao Zhuosen et al., 2021; Wang Mengxi et al., 2022)。

粒間熔體從晶粥中排出的機(jī)制主要有成分對(duì)流(Compositional convection; Tait et al., 1984; Toplis et al., 2008)和壓實(shí)作用(Compaction; Tegner et al., 2009; McKenzie, 1984, 2011)。成分對(duì)流作用發(fā)生的前提是粒間熔體和主體巖漿之間存在較大密度差(Tait et al., 1984; Sparks and Huppert, 1984; Tait and Jaupart, 1992; Toplis et al., 2008)，當(dāng)晶粥中熔體密度低于上覆主體巖漿時(shí)會(huì)形成密度的不穩(wěn)定分布導(dǎo)致粒間熔體與主體巖漿的交換(Namur and Charlier, 2012)。壓實(shí)作用主要發(fā)生在粒間熔體和堆晶礦物存在較大密度差的情況下(McKenzie, 1984, 2011; Tegner et al., 2009; Namur and Charlier, 2012; Holness et al., 2017)，在粒間熔體排出過程中可能更加普遍(Holness et al., 2017)。根據(jù)堆晶巖中礦物是否發(fā)生黏性變形，可將壓實(shí)作用分為機(jī)械壓實(shí)(Mechanical compaction)和變形壓實(shí)(Deformational compaction)。機(jī)械壓實(shí)僅使礦物發(fā)生緊密堆積從而將粒間熔體排出，礦物并未產(chǎn)生變形，也不會(huì)形成明顯的巖漿面理(Higgins, 1991)。而當(dāng)壓實(shí)程度大于50%時(shí)，會(huì)引起晶體形態(tài)的變化發(fā)生變形壓實(shí)(Hunter, 1996; Meurer and Boudreau, 1998)，并產(chǎn)生明顯的巖漿面理。當(dāng)粒間熔體的比例較少、壓實(shí)程度更高時(shí)，將發(fā)生壓溶作用，表現(xiàn)為垂直于應(yīng)力方向的礦物溶解—重結(jié)晶(Rutter, 1983; Hunter, 1996; Meurer and Boudreau, 1998; Holness et al., 2017)。不同類型的壓實(shí)作用效率不同，即使同一種壓實(shí)作用，在不同巖體以及同一巖體不同巖相帶中效率也不盡相同。前人研究表明，壓實(shí)效率與壓實(shí)速率和堆晶速率的相對(duì)大小、堆晶礦物和粒間熔體的密度差以及巖漿的冷卻速率等因素有關(guān)(Tegner et al., 2009; Namur and Charlier, 2012)，然而這些因素之間的相互關(guān)系及其如何控制壓實(shí)效率的變化尚不清楚。

前人研究表明層狀巖體中礦物晶體粒度分布(Crystal size distributions, CSDs)和空間展布形式(Spatial distribution patterns, SDPs)可以有效指示巖漿房中的一系列物理過程(Jerram et al., 1996, 2003; Higgins, 2002a; Boorman et al., 2004; Kaufmann et al., 2019; Wang Mengxi and Wang Christina Yan, 2020)。晶體粒度分布曲線以晶體粒度為橫坐標(biāo)，布居密度(單位體積內(nèi)晶體數(shù))的自然對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)(Marsh, 1988)。層狀巖體巖漿房中不同的物理過程具有不同的CSD曲線，通過CSD曲線及其斜率、截距等參數(shù)特征可以識(shí)別巖漿房中的動(dòng)力學(xué)過程，如晶體成核與生長(zhǎng)速率的變化、結(jié)構(gòu)粗化、壓實(shí)作用和成分對(duì)流等(Marsh, 1988；Boorman et al., 2004; Higgins, 2002a; 2006a)。機(jī)械壓實(shí)由于粒間熔體被排出后礦物顆粒之間距離減小而布居密度增大，使初始平直的CSD曲線發(fā)生平行上移，表現(xiàn)為一系列相互平行的CSD曲線(Higgins, 2002a)。變形壓實(shí)中壓溶作用CSD曲線不僅表現(xiàn)為向上平移，而且小顆粒處斜率變緩(Higgins, 2002a)。成分對(duì)流常表現(xiàn)為粒間熔體和上覆主體巖漿之間的成分交換(Tait et al., 1984; Toplis et al., 2008)，會(huì)使粒度大小不同的晶體混合而產(chǎn)生類似巖漿混合的下凹型CSD曲線(Higgins, 1996；Higgins and Roberge, 2007)。晶體空間展布形式(SDPs)常通過樣品中目標(biāo)礦物之外的所有其他礦物含量之和與R值(礦物所有顆粒間最短相鄰距離的觀測(cè)值和預(yù)測(cè)值之比)的相關(guān)關(guān)系來表示，可以用來識(shí)別巖體冷凝過程中機(jī)械壓實(shí)、變形壓實(shí)、過度生長(zhǎng)和分選增強(qiáng)等過程(Jerram et al., 1996, 2003)。因此，層狀巖體中礦物的CSDs和SDPs相結(jié)合可以用來探討晶粥中粒間熔體的排出機(jī)制。

望江山巖體是揚(yáng)子北緣新元古代漢南雜巖帶中規(guī)模較大的層狀巖體(李行等，1995；Zhou Meifu et al., 2002; 凌文黎等，2001；蘇犁，2004)，出露面積約100 km2，與全球典型的Skaergaard層狀巖體規(guī)模相當(dāng)(Nielsen, 2004)。望江山巖體由下部帶、中部帶和上部帶組成，其中下部帶主要由純橄巖、橄長(zhǎng)巖和輝石巖組成，中部帶由橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、橄欖輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖組成，上部帶主要為輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(蘇犁，2004)。巖體中部帶厚度較大(約2000 m)，構(gòu)成該巖體的主體，從底部到頂部斜長(zhǎng)石和單斜輝石具有不同的晶體粒度、長(zhǎng)寬比和定向程度等特征，不同巖相帶在巖石結(jié)構(gòu)和礦物組成方面也表現(xiàn)出較大差異，尤其是不同巖相帶鐵鈦氧化物含量的差異，說明望江山巖體中部帶不同巖石類型具有不同的巖漿演化過程，是研究淺部巖漿房粒間熔體排出機(jī)制及巖漿演化的理想對(duì)象。因此，本文對(duì)望江山巖體中部帶不同巖相帶的斜長(zhǎng)石和單斜輝石進(jìn)行了CSDs和SDPs分析，探討望江山巖體中部帶冷凝過程中粒間熔體的排出機(jī)制及其效率，同時(shí)也對(duì)闡明層狀巖體晶粥的冷凝過程和粒間熔體演化具有一定意義。

圖1 (a) 揚(yáng)子地塊北緣和西緣新元古代漢南—攀西島弧地質(zhì)圖(據(jù)Zhao Guochun and Cawood, 2012修改)；(b) 揚(yáng)子地塊北緣新元古代漢南雜巖帶中鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體分布圖(據(jù)Wang Mengxi and Wang Christina Yan, 2020修改)；(c) 望江山巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)李行等，1995修改); (d) 望江山巖體綜合巖相柱狀圖(據(jù)李行等，1995；蘇犁，2004修改)Fig.1 (a) Schematic geological map showing Neoproterozoic Hannan—Panxi island arc in the northern and western margins of the Yangtze Block ( modified after Zhao Guochun and Cawood, 2012); (b) simplified geological map showing Neoproterozoic mafic—ultramafic intrusions in the Hannan arc in the northern margin of the Yangtze Block (modified after Wang Mengxi and Wang Christina Yan, 2020); (c) plan view of the Wangjiangshan layered intrusion (modified after Li Hang et al., 1995&); (d) an integrated stratigraphic column of the Wangjiangshan intrusion (modified after Li Hang et al., 1995&; Su Li, 2004&)

1 地質(zhì)背景

華南板塊由揚(yáng)子地塊和華夏地塊在中—新元古代拼合而成(圖1a)(Chen Jiangfeng et al., 1991; Zhao Guochun et al., 2012)。揚(yáng)子地塊北緣以秦嶺—大別—蘇魯造山帶為界和華北板塊南緣相接，西緣以松潘—甘孜造山帶為界和青藏高原東部相接(圖1a)。揚(yáng)子地塊由基底雜巖和上覆震旦系—中生界蓋層組成，基底主要由太古宇角閃巖、中元古界變質(zhì)沉積巖、新元古界地層和大量侵入巖組成(高山等，1990；Gao Shan et al., 1999; 凌文黎等，2006；趙鳳清等，2006；徐學(xué)義等，2009；王夢(mèng)璽等，2012；劉偉等，2018；曠紅偉，2019；高峰，2020)，蓋層主要為上震旦統(tǒng)—上侏羅統(tǒng)的碎屑巖、碳酸鹽巖、變火山巖和一些冰川沉積物(Yan Danping et al., 2003)。

揚(yáng)子地塊北緣新元古代漢南雜巖帶中發(fā)育有大量呈北東—南西向展布的鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體(圖1b)，這些巖體侵位于中—新元古代火地埡群和西鄉(xiāng)群，并被震旦系地層不整合覆蓋(凌文黎等，2001，2006；徐學(xué)義等，2009，2010；李婷，2010；敖文昊等，2014；耿元生等，2017)。漢南雜巖帶中鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體主要包括～870 Ma碑壩、～825 Ma望江山、～785 Ma畢機(jī)溝和～746 Ma駱家壩巖體(Zhou Meifu et al., 2002; Zhao Junhong and Zhou Meifu, 2009; Wang Mengxi et al., 2016)。畢機(jī)溝巖體是漢南雜巖帶中出露規(guī)模最大的層狀巖體，面積約500 km2，自下而上可劃分為3個(gè)巖相帶，下部帶主要由橄欖巖和輝石巖組成，中部帶由輝長(zhǎng)巖組成，上部帶主要由石英輝長(zhǎng)巖組成(Zhou Meifu et al., 2002)。碑壩巖體出露面積約150 km2，巖性分異較好，從下到上主要由橄欖輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖組成(Zhao Junhong and Zhou Meifu, 2009)。駱家壩巖體為中細(xì)粒角閃輝長(zhǎng)巖組成的小型鎂鐵質(zhì)巖體(Zhao Junhong and Zhou Meifu, 2009)。

望江山巖體是漢南雜巖帶中出露規(guī)模僅次于畢機(jī)溝的第二大層狀巖體，長(zhǎng)約17 km、寬約7 km，侵位于新元古代西鄉(xiāng)群(圖1c)(李行等，1995；凌文黎等，2001；Zhao Junhong and Zhou Meifu, 2009)。根據(jù)礦物組合的變化，前人將望江山巖體從下到上依次劃分為：基底帶(MGZ)、下部超鎂鐵巖帶(LZ)、中部輝長(zhǎng)巖帶(MZ)、上部輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖帶(UZ)(圖1d)(蘇犁, 2004)?；讕橐惶准?xì)粒輝長(zhǎng)巖，普遍出現(xiàn)西鄉(xiāng)群基性火山巖和碎屑巖的角礫和團(tuán)塊。下部帶厚度約300～400 m，從下到上可分為3段：下段(LZa)主要由輝石巖和橄欖輝石巖組成，中段(LZb)主要由含長(zhǎng)橄欖巖、橄欖巖組成，上段(LZc)主要由橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖組成，其中橄欖輝石巖和橄長(zhǎng)巖中賦存有厚度不一的銅鎳(鉑)礦化層。中部帶為望江山巖體的主體，總厚度近2000 m，主要由橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、橄欖輝長(zhǎng)巖、蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖、氧化物輝長(zhǎng)巖組成，根據(jù)巖性變化可將其劃分為五個(gè)韻律層，各韻律層從底部到頂部巖性由細(xì)粒橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、細(xì)粒橄欖輝長(zhǎng)巖漸變?yōu)橹小至］x長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖或中—粗粒氧化物輝長(zhǎng)巖(李行等，1995；蘇犁，2004)。上部帶主要由輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和含石英閃長(zhǎng)巖組成，含少量角閃輝長(zhǎng)巖，厚度約100 m，具有較清晰的韻律層狀構(gòu)造，與下伏中—粗粒氧化物輝長(zhǎng)巖呈漸變過渡關(guān)系。

根據(jù)釩鈦磁鐵礦含礦性的不同將望江山巖體中部帶從下到上依次劃分為：①不含礦輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖相帶(MZa)，主要由兩個(gè)從底部橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖或橄欖輝長(zhǎng)巖向上漸變?yōu)檩x長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖的韻律層組成；②含礦氧化物輝長(zhǎng)巖相帶(MZb)，主要由3個(gè)從底部橄欖輝長(zhǎng)巖向上漸變?yōu)檠趸镙x長(zhǎng)巖的韻律層組成(圖1d)。本研究在巖體中心相不同巖相帶進(jìn)行了系統(tǒng)采樣，選取MZa中第二韻律層的3個(gè)橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖樣品、4個(gè)輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖樣品和MZb中第一韻律層的5個(gè)氧化物輝長(zhǎng)巖樣品進(jìn)行CSDs和SDPs分析。

2 巖相學(xué)特征

2.1 橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖

橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖具有中堆晶結(jié)構(gòu)(圖2a)，主要由堆晶相斜長(zhǎng)石(45%～50%)、斜方輝石(10%～15%)和橄欖石(3%～10%)、粒間相普通角閃石(10%～15%)、黑云母(1%～3%)、鈦鐵礦(1%～2%)、磁鐵礦(<1%)以及同時(shí)呈堆晶相和粒間相產(chǎn)出的單斜輝石(15%～20%)組成。橄欖石(0.1～1.0 mm)呈粒狀，常包含在結(jié)晶較晚的斜長(zhǎng)石、輝石和角閃石中形成包橄結(jié)構(gòu)。斜長(zhǎng)石(0.1～2.0 mm，最大2.7×0.7 mm)呈自形—半自形長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)寬比一般為2∶1到6∶1，最大可達(dá)11∶1，環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育(圖2a)，主要為具有核(An63～68)—邊(An39～56)結(jié)構(gòu)的正環(huán)帶(王巖，2019)。斜方輝石(0.1～1.5 mm)和少數(shù)單斜輝石(0.1～1.5 mm)呈自形—半自形短柱狀，發(fā)育有角閃石反應(yīng)邊，局部單斜輝石中包裹斜長(zhǎng)石。粒間相單斜輝石(0.2～2.0 mm)、角閃石(0.2～2.0 mm)、黑云母(0.2～1.5 mm)和鐵鈦氧化物(0.1～1.0 mm)呈不規(guī)則他形粒狀，充填于堆晶礦物之間，其晶體形態(tài)主要受堆晶礦物間隙形狀影響，局部較大的普通角閃石或單斜輝石將堆晶相斜長(zhǎng)石或橄欖石完全包裹。

圖2 揚(yáng)子地塊北緣望江山巖體中部帶不同巖石類型巖相學(xué)特征Fig. 2 Photomicrographs of samples from the MZ of the Wangjiangshan intrusion in the northern margin of the Yangtze Block(a) 橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖中自形斜長(zhǎng)石為堆晶相礦物，并發(fā)育有環(huán)帶結(jié)構(gòu)，單斜輝石自形程度較差，作為粒間相填充于斜長(zhǎng)石顆粒之間，正交偏光，樣品WJS-21；(b) 輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石為主要堆晶相，具有較弱的定向排列，環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育，他形單斜輝石為粒間相礦物，正交偏光，樣品WJS-30；(c) 氧化物輝長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石和單斜輝石為堆晶礦物，其中偶見斜長(zhǎng)石顯示不一致消光，他形鐵鈦氧化物為粒間相礦物，正交偏光，樣品WJS-24；(d) 氧化物輝長(zhǎng)巖中蠕蟲狀的鈦鐵礦與輝石構(gòu)成替代交生體，背散射圖像，樣品WJS-24(Pl—斜長(zhǎng)石；Cpx—單斜輝石；Opx—斜方輝石；Ol—橄欖石；Fe—Ti oxide—鐵鈦氧化物 ；Ilm—鈦鐵礦；Mag—磁鐵礦)(a) Cumulus plagioclase (Pl) laths are euhedral in shape with compositional zoning, and anhedral clinopyroxene (Cpx) grains occur as interstitial phase to cumulus plagioclase (Pl) in olivine gabbronorite. Cross-polarizer and transmitted light, sample WJS-21; (b) Cumulus plagioclase (Pl) grains show a weak alignment with compositional zoning, and clinopyroxene (Cpx) grains occur as interstitial phase in gabbronorite. Cross-polarizer and transmitted light, sample WJS-30; (c) Plagioclase (Pl) grains with undulose extinction occur as cumulus, with interstitial Fe—Ti oxides in oxide gabbro. Cross-polarizer and transmitted light, sample WJS-24; (d) The replacive symplectites are composed of orthopyroxene (Opx) and vermicule ilmenite (Ilm) in oxide gabbro. BSE image, sample WJS-24

2.2 輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖

輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖為補(bǔ)堆晶結(jié)構(gòu)(圖2b)，主要由堆晶相斜長(zhǎng)石(55%～65%)和斜方輝石(15%～20%)，粒間相普通角閃石(1%～5%)、鈦鐵礦(2%～4%)、磁鐵礦(1%～2%)和磷灰石(1%～5%)組成，單斜輝石同時(shí)以堆晶相和粒間相產(chǎn)出(20%～25%)。斜長(zhǎng)石呈自形—半自形長(zhǎng)柱狀，粒度以0.2～2.0 mm為主，粒度最大可達(dá)1.0×6.0 mm，長(zhǎng)寬比為2∶1到4∶1，少數(shù)最大可達(dá)8∶1，低于橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖中相應(yīng)比值，環(huán)帶結(jié)構(gòu)較發(fā)育(圖2b)，主要為核(An65～71)—邊(An55～57)結(jié)構(gòu)的正環(huán)帶和核(An54～59)—邊(An60～72)結(jié)構(gòu)的反環(huán)帶(王巖，2019)，個(gè)別樣品斜長(zhǎng)石顯示定向排列(圖2b)，局部偶見彎曲變形，顯示不一致消光。斜方輝石(0.2～1.5 mm)和單斜輝石(0.2～1.5 mm)呈自形—半自形短柱狀，發(fā)育有角閃石反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)，局部單斜輝石包含有自形斜長(zhǎng)石。粒間相鐵鈦氧化物(0.1～1.0 mm)、普通角閃石(0.2～2.0 mm)、磷灰石(0.1～0.5 mm)和單斜輝石(0.2～2.0 mm)呈他形粒狀充填于堆晶礦物之間，含量低于橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖中粒間相礦物。

2.3 氧化物輝長(zhǎng)巖

氧化物輝長(zhǎng)巖為補(bǔ)堆晶結(jié)構(gòu)(圖2c)，主要由堆晶相斜長(zhǎng)石(50%～65%)和斜方輝石(5%～10%)，粒間相普通角閃石(5%～10%)、磁鐵礦(8%～10%)、鈦鐵礦(2%～5%)以及同時(shí)以堆晶相和粒間相產(chǎn)出的單斜輝石(20%～25%)組成。斜長(zhǎng)石呈自形—半自形長(zhǎng)柱狀，粒度以0.2～4.0 mm為主，最大可達(dá)1.0×7.5 mm，長(zhǎng)寬比集中于2∶1到6∶1，少數(shù)可達(dá)11∶1，斜長(zhǎng)石成分均一(An54～58)，環(huán)帶結(jié)構(gòu)不發(fā)育(王巖，2019)，局部偶見定向排列和彎曲變形，并顯示不一致消光，面理不發(fā)育(圖2c)。斜方輝石(0.2～2.0 mm)和單斜輝石(0.2～2.0 mm)呈自形—半自形短柱狀，內(nèi)部發(fā)育有出溶的針狀鐵鈦氧化物，個(gè)別發(fā)育有角閃石反應(yīng)邊(圖2c)。鐵鈦氧化物(0.1～1.5 mm)呈自形—半自形粒狀，小顆粒晶體常被粒間相單斜輝石包裹。粒間相單斜輝石(0.2～1.5 mm)、普通角閃石(0.2～2.0 mm)、磁鐵礦和鈦鐵礦(0.2～1.0 mm)以他形粒狀充填于堆晶礦物顆粒之間，其中鐵鈦氧化物將斜長(zhǎng)石、輝石熔蝕為港灣狀或渾圓狀；局部出現(xiàn)由斜方輝石和磁鐵礦組成的替代交生體(圖2d)，其中輝石體積約占60%～70%，蠕蟲狀磁鐵礦約占30%～40%，寬度一般為1～50 μm。替代交生體根礦物為不規(guī)則粒狀鐵鈦氧化物，被替代礦物為斜長(zhǎng)石。

3 分析方法

由于望江山巖體中部帶在野外露頭并未出現(xiàn)明顯的巖漿流面和流線，巖相觀察也未見明顯的礦物定向排列，因此我們對(duì)該帶12個(gè)新鮮巖石樣品磨制常規(guī)薄片時(shí)切片方向?yàn)殡S機(jī)選取。利用超景深光學(xué)顯微鏡拍攝薄片不同位置的單偏光和正交偏光顯微照片，然后通過電腦自動(dòng)拼接得到整個(gè)薄片的照片。在繪圖軟件中對(duì)所得照片進(jìn)行礦物顆粒輪廓的描繪，為了準(zhǔn)確識(shí)別礦物邊界，需要對(duì)顯微照片中相互接觸的同種礦物顆粒邊界在顯微鏡下旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)進(jìn)行區(qū)分，保證每個(gè)顆粒的邊界都是準(zhǔn)確的。本次研究能夠識(shí)別的最小礦物顆粒為0.03 mm。

將得到的斜長(zhǎng)石和單斜輝石灰度圖利用ImageJ軟件分別進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)顆粒的大小、圓度和長(zhǎng)寬比等參數(shù)。晶體三維形態(tài)用三軸比，即短軸∶中軸∶長(zhǎng)軸(S∶I∶L)表示，晶體實(shí)際的S/I值一般為薄片中晶體切面長(zhǎng)/寬比(L/W)的眾數(shù)(Higgins, 1994)，I/L值一般采用薄片中晶體切面長(zhǎng)/寬(L/W)的偏度統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行估算(Higgins, 1994; Garrido et al., 2001)。而對(duì)于自形程度較高的斜長(zhǎng)石和單斜輝石，最準(zhǔn)確的三軸比應(yīng)當(dāng)保證顆粒在二維薄片中的含量和利用CSDs計(jì)算出的三維體積含量非常接近(Higgins, 2002a, b)。本次研究樣品中，斜長(zhǎng)石、單斜輝石均呈自形—半自形，通過對(duì)比薄片中礦物含量與CSD的體積含量，確定斜長(zhǎng)石三軸比(S∶I∶L)為1∶2.7∶3.0，單斜輝石三軸比(S∶I∶L)為1∶2.0∶2.4。最后，利用CSDCorrections1.6軟件(Higgins, 2002a, b)進(jìn)行礦物定量化結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算，并根據(jù)所得參數(shù)進(jìn)行CSDs和SDPs分析。

定量化結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有CSD曲線的截距、斜率、特征長(zhǎng)，礦物的最大粒度(Lmax)，定向程度(AF值)，長(zhǎng)寬比(AR值)和空間展布形式的R值等。截距為CSD曲線與縱軸的交點(diǎn)，為晶體最終成核密度的自然對(duì)數(shù)，代表著成核速率，而斜率為晶體生長(zhǎng)速率和生長(zhǎng)時(shí)間乘積的負(fù)倒數(shù)，代表粒度為零的晶體到粒度無限大的所有晶體的平均粒度，可以代表生長(zhǎng)速率(Marsh, 1988, 1998)。特征長(zhǎng)為CSD曲線斜率的負(fù)倒數(shù)，和斜率具有相同的指示意義。AF值可以反映出晶體的定向程度，AF值越大則定向程度越好(Meurer and Boudreau, 1998)，AR值為晶體的長(zhǎng)寬比。SDPs中R值可以定量描述二維空間晶體的空間分布形式，為分析區(qū)域內(nèi)所有晶體間相鄰最短距離的平均值與分析晶體間最短距離的隨機(jī)分布預(yù)測(cè)值的比值，受相鄰晶體最短距離和晶體密度影響。

4 分析結(jié)果

4.1

CSDs4.1.1橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖

斜長(zhǎng)石具有直線型CSD曲線，曲線斜率變化范圍為-2.23～-3.46，截距為2.23～3.78。樣品WJS-20和WJS-21中斜長(zhǎng)石斜率與截距變化較小，在CSD曲線上表現(xiàn)出豎直向上平移的特征，WJS-13具有最小的截距和最大的斜率，與前兩個(gè)樣品相比，在粒度為1 mm處具有逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的變化特征，但截距最大的WJS-21樣品斜率并非最小，不同于結(jié)構(gòu)粗化的曲線特征(圖3a)。單斜輝石也具有直線型CSD曲線，曲線斜率變化范圍為-2.54～-3.33，截距為1.68～2.76(表2)，斜率與截距的相關(guān)性并不明顯，CSD曲線上總體表現(xiàn)出向上平移的特征(圖3a)。

4.1.2輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖

斜長(zhǎng)石具有直線型CSD曲線，樣品WJS-23和WJS-36分別在粒度為0.89 mm和0.56 mm處具有較弱的上凸特征，斜率總體變化范圍為-1.65～-2.42，截距為1.31～2.60(表1)，在CSD曲線上表現(xiàn)出斜率變化不大、截距逐漸增大的向上平移的特征(圖3b)。單斜輝石具有直線型CSD曲線，樣品WJS-23和WJS-30分別在粒度為0.51 mm和0.24 mm處具有明顯上凸特征。CSD曲線斜率變化范圍較小(-2.40～-4.38)，而截距變化較大(1.49～3.97)(表2)，在CSD曲線上表現(xiàn)為向上平移的特征(圖3b)。

圖3 揚(yáng)子地塊北緣望江山巖體中部帶橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石和單斜輝石CSD曲線Fig. 3 Compilation of the CSD curves of plagioclase and clinopyroxene of the olivine gabbronorite unit, gabbronorite unit and oxide gabbro unit in the MZ of the Wangjiangshan intrusion in the northern margin of the Yangtze Block

4.1.3氧化物輝長(zhǎng)巖

圖4 揚(yáng)子地塊北緣望江山巖體中部帶橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石和單斜輝石SDP圖解(據(jù)Jerram等(1996))。粉紅色圓圈為輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖單斜輝石校正后的值(詳見后文)Fig. 4 Spatial distribution patterns for plagioclase and clinopyroxene of the olivine gabbronorite unit, gabbronorite unit and oxide gabbro unit in the MZ of the Wangjiangshan intrusion in the northern margin of the Yangtze Block (after Jerram et al., 1996). The pink circles represent the corrected R-values of clinopyroxene of the gabbronorite of MZb

斜長(zhǎng)石具有直線型CSD曲線，其中樣品WJS-6和WJS-24在粒度0.47 mm處具有上凸的特征。CSD曲線斜率和截距變化范圍分別為-1.44～-1.88和0.49～1.60(表1)，顯示出斜率基本一致而截距變化較大的向上平移的特征。單斜輝石具有直線型CSD曲線，除樣品WJS-26在小顆粒處沒有上凸特征外，其余樣品在粒度0.38 mm和0.60 mm處均出現(xiàn)上凸的特征。斜率和截距變化范圍分別為-2.10～-2.54和1.12～2.10(表2)，與斜長(zhǎng)石一致，也表現(xiàn)出斜率變化較小、截距變化較大的向上平移的特征。

4.2 SDPs

橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石R值為1.16～1.25，在SDP圖解上與樣品中除斜長(zhǎng)石外的其他礦物總量表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系。單斜輝石R值為1.08～1.23，在SDP圖解上與樣品中除單斜輝石外的其他礦物總量也呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，均與機(jī)械壓實(shí)的趨勢(shì)一致(圖4)。輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石R值為1.18～1.30，在SDP圖解上呈現(xiàn)出斜率較小的負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，與機(jī)械壓實(shí)趨勢(shì)一致。單斜輝石R值為0.96～1.04，在SDP圖解上表現(xiàn)為斜率較大的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與過度生長(zhǎng)趨勢(shì)一致(圖4)。氧化物輝長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石R值為1.14～1.21，在SDP圖解上表現(xiàn)為斜率較小的負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，與機(jī)械壓實(shí)的趨勢(shì)一致。單斜輝石R值為0.99～1.15，在SDP圖解上相關(guān)性較弱，沒有明顯的相關(guān)性(圖4)。

表1 揚(yáng)子地塊北緣望江山巖體中部帶橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石CSD和SDP參數(shù)Table l Parameters of CSDs and SDPs for plagioclase of the olivine gabbronorite unit, gabbronorite unit and oxide gabbro unit in the MZ of the Wangjiangshan intrusion in the northern margin of the Yangtze Block

表2 揚(yáng)子地塊北緣望江山巖體中部帶橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖中單斜輝石CSD和SDP參數(shù)Table 2 Parameters of CSDs and SDPs for clinopyroxene of the olivine gabbronorite unit, gabbronorite unit and oxide gabbro unit in the MZ of the Wangjiangshan intrusion in the northern margin of the Yangtze Block

樣品三軸比為: 1∶2.0∶2.4。

表3 揚(yáng)子地塊北緣望江山巖體中部帶橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖中封閉粒間熔體比例和與樣品平衡熔體的微量元素組成

5 討論

5.1 封閉粒間熔體比例(FTL)

封閉粒間熔體(trapped liquid)是指層狀巖體在冷凝過程中隨著堆晶礦物的生長(zhǎng)，最終被封閉在堆晶礦物顆粒之間而沒有被排出晶粥的那一部分粒間熔體(Wager et al., 1960)。晶粥中初始粒間熔體比例約50～70%，但在完全固結(jié)的層狀巖體樣品中，封閉粒間熔體比例變化較大(7%～60%; Campbell, 1978; Irvine, 1980; Shirley, 1986; Philpotts et al., 1998; Jerram et al., 2003)。因此，封閉粒間熔體比例可以用來指示晶粥中粒間熔體是否被有效排出。望江山巖體中部帶巖相學(xué)特征表明橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖為中堆晶結(jié)構(gòu)(圖2a)，粒間相礦物含量在20%～30%，輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖為補(bǔ)堆晶結(jié)構(gòu)(圖2b)，粒間相礦物含量在10%～20%。然而，粒間相礦物的含量只能定性對(duì)比不同巖相帶粒間熔體排出的程度，不能代表封閉粒間熔體比例(FTL)。本次研究根據(jù)Bédard (1994, 2001)和Bédard等(2009)提出的平衡分配法(equilibrium distribution method)，并結(jié)合全巖成分(王巖等, 2019)計(jì)算了封閉粒間熔體比例，詳細(xì)計(jì)算方法見Guo Feng等(2015)和 Wang Mengxi 和 Wang Christina Yan (2020)。計(jì)算結(jié)果表明望江山巖體中部帶橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖的FTL分別為：28%～33%、14%～23%和7%～12%，說明輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖中粒間熔體被有效排出，而橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖中粒間熔體未被有效排出。

5.2 粒間熔體的排出方式

橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石和單斜輝石CSD曲線均為直線型，而且總體表現(xiàn)為平行上移的特征，與機(jī)械壓實(shí)的曲線特征一致(圖3a)(Higgins, 2002a)。在SDP圖解中，斜長(zhǎng)石和單斜輝石均為斜率較小的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖4)，也與機(jī)械壓實(shí)作用的趨勢(shì)一致(Jerram et al., 1996)。因此斜長(zhǎng)石和單斜輝石的CSDs和SDPs均表明橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖粒間熔體的排出方式為機(jī)械壓實(shí)。

輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石和單斜輝石均具有平行的直線型CSD曲線(圖3b)，與機(jī)械壓實(shí)的特征一致(Higgins, 2002a)。在SDP圖解上，斜長(zhǎng)石表現(xiàn)出機(jī)械壓實(shí)的變化趨勢(shì)(圖4)，而單斜輝石表現(xiàn)為相關(guān)性較弱的過度生長(zhǎng)趨勢(shì)，因此單斜輝石的CSD曲線與SDP變化趨勢(shì)所反映的巖漿過程不一致。樣品WJS-23和WJS-30中單斜輝石的CSD曲線在小顆粒處具有明顯的上凸特征(圖3b)，說明單斜輝石小顆粒發(fā)生了丟失。這可能是在粒間熔體排出過程中，由于小顆粒單斜輝石受重力的影響最小，在機(jī)械壓實(shí)作用下被粒間熔體攜帶一起排出晶粥所致。從CSD曲線特征可知，這一過程相當(dāng)于減少了單斜輝石小顆粒晶體的數(shù)量，類似于增強(qiáng)了晶體的分選而導(dǎo)致R值增大。我們以Jerram等(1996)研究為基礎(chǔ)，選擇符合單斜輝石小顆粒晶體減少模型(分選指數(shù)σI從0.67減至0.45，R值改變量為0.1)的R值改變量作為校正參數(shù)，對(duì)WJS-23和WJS-30單斜輝石R值進(jìn)行校正。校正后輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖所有樣品在SDP圖解上具有斜率較小的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與機(jī)械壓實(shí)的趨勢(shì)一致(圖4)。因此，輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖粒間熔體的排出方式仍為機(jī)械壓實(shí)。斜長(zhǎng)石沒有與粒間熔體一起排出可能與斜長(zhǎng)石結(jié)晶較早有關(guān)，因?yàn)轶w系中斜長(zhǎng)石結(jié)晶開始較早，特別是在斜長(zhǎng)石成核階段，壓實(shí)作用還未發(fā)生，無法將小顆粒斜長(zhǎng)石排出，而當(dāng)壓實(shí)作用程度開始之后，由于單斜輝石的結(jié)晶常常將小顆粒斜長(zhǎng)石包裹，導(dǎo)致小顆粒斜長(zhǎng)石無法排出晶粥。

氧化物輝長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石和單斜輝石均具有一系列相互平行的CSD曲線(圖3c)，與機(jī)械壓實(shí)的曲線特征一致。在SDP圖解中，斜長(zhǎng)石具有與機(jī)械壓實(shí)相同的趨勢(shì)(圖4)，而單斜輝石相關(guān)性不明顯，其CSDs和SDPs所反映的巖漿過程不一致。我們認(rèn)為這與輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖中單斜輝石的情況相同，是小顆粒單斜輝石隨粒間熔體排出的結(jié)果，不同的是所有氧化物輝長(zhǎng)巖樣品中單斜輝石CSD曲線均表現(xiàn)出小顆粒處的上凸特征，說明氧化物輝長(zhǎng)巖機(jī)械壓實(shí)作用效率高于輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖，導(dǎo)致所有樣品R值均發(fā)生了不同程度的改變，從而掩蓋了機(jī)械壓實(shí)在單斜輝石SDP圖解中的趨勢(shì)。因此，氧化物輝長(zhǎng)巖粒間熔體的排出方式仍為機(jī)械壓實(shí)作用，且效率高于輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖。

綜合CSDs、SDPs和FTL等結(jié)果可知，望江山巖體中部帶不同巖相帶粒間熔體的排出方式均為機(jī)械壓實(shí)作用，且從MZa中橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖到輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖再到MZb中氧化物輝長(zhǎng)巖機(jī)械壓實(shí)效率逐漸增強(qiáng)。

5.3 影響不同巖相帶機(jī)械壓實(shí)作用效率的因素

壓實(shí)效率可以通過壓實(shí)速率與堆晶速率相對(duì)大小進(jìn)行表征(McKenzie, 1984; Tegner et al., 2009; Namur and Charlier, 2012)，壓實(shí)速率大于堆晶速率時(shí)壓實(shí)作用才可發(fā)生，且二者差值越大壓實(shí)作用越容易發(fā)生且效率越高。因此，我們對(duì)望江山巖體中部帶樣品的堆晶速率和壓實(shí)速率進(jìn)行了模擬計(jì)算。堆晶速率根據(jù)Irvine (1970) 的方法進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明望江山巖體中部帶橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖堆晶速率分別為0.84～0.27 m/a、0.26～0.18 m/a和0.15～0.13 m/a。壓實(shí)速率根據(jù)McKenzie (1984, 1985) 和Sparks等(1985)的方法，假設(shè)堆晶礦物和粒間熔體達(dá)到了結(jié)構(gòu)平衡，即當(dāng)晶粥孔隙率很低時(shí)，孔隙沒有被封閉，粒間熔體還能夠與主體巖漿進(jìn)行物質(zhì)交換(Hunter, 1987; Mathez et al., 1997)，則壓實(shí)速率(ω-W)有以下關(guān)系：

(1)

其中ω為熔體排出速度；W為晶體沉降速度；h為某時(shí)刻堆晶層厚度；δc為堆晶層發(fā)生壓實(shí)作用的理論厚度：

(2)

其中ξ和η為分別為晶粥層的體積黏度和剪切黏度、μ為熔體黏度，KΦ為晶粥層的滲透率。

ω0為當(dāng)壓實(shí)沒有發(fā)生而且熔體和初始孔隙率不變的情況下，晶體和熔體之間的相對(duì)速度：

(3)

其中ρs和ρl分別為堆晶礦物和熔體密度；g為重力加速度；μ為熔體黏度；Φ為晶體孔隙率；KΦ為堆晶層的滲透率：

(4)

其中a為晶體粒度，Φ為晶粥層孔隙率。

為了得到準(zhǔn)確的壓實(shí)速率，我們對(duì)模擬計(jì)算過程中相關(guān)參數(shù)的選擇原因如下：①晶體粒度采用樣品中礦物的平均粒度；②望江山巖體與Skaergaard巖體具有相似的堆晶組合，晶粥層黏度選用前人對(duì)Skaergaard巖體計(jì)算的相應(yīng)值(1015Pas, Tegner et al., 2009; McKenzie, 2011)；③橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖樣品具有相似的平衡熔體組成，如La、Ce、Sm、Nd、Th、U等元素(表3)，且粒間相沒有指示熔體黏度明顯增大的特征礦物(如鐵鈦氧化物)的大量出現(xiàn)，其熔體黏度采用巖漿黏度值(45 Pas, McBirney, 1993)，而氧化輝長(zhǎng)巖樣品的平衡熔體組成更加演化，如La、Ce、Sm、Nd、Th、U等元素含量明顯增加(表3)，且有大量鐵鈦氧化物結(jié)晶，其熔體黏度選擇鐵鈦氧化物飽和時(shí)的值更為準(zhǔn)確(85 Pas, Namur and Charlier, 2012)；④密度差為堆晶礦物和粒間熔體密度差值的平均值；⑤晶粥孔隙率是一個(gè)連續(xù)變化的值，根據(jù)前人的計(jì)算方法，將0.6作為初始孔隙率，并以e(2.718)為倍數(shù)遞減，分為3個(gè)階段(Φ: 0.6～0.22；Φ: 0.22～0.08；Φ: 0.08～0.03)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)不同巖相帶的封閉粒間熔體比例，確定出樣品所對(duì)應(yīng)的孔隙率范圍。

圖5 揚(yáng)子地塊北緣望江山巖體中部帶橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖中機(jī)械壓實(shí)速率與層厚關(guān)系圖解圖中實(shí)線為壓實(shí)速率，虛線為堆晶速率 (V)，Δρ為堆晶礦物和粒間熔體密度差，Φ為粒間熔體比例變化范圍Fig. 5 The calculated rate of compaction as a function of the thickness of the layer in olivine gabbronorite, gabbronorite and oxide gabbro in the MZ of the Wangjiangshan intrusion in the northern margin of the Yangtze Block. Solid lines represent the rate of compaction, dotted lines represent the rate of crystal accumulation (V), Δρ represents the density contrast between the cumulus crystals and the interstitial melt and Φ represents the volumetric variation of the interstitial liquid

根據(jù)以上公式及相應(yīng)參數(shù)(表4)，我們計(jì)算了不同巖相帶的壓實(shí)速率。結(jié)果表明，壓實(shí)速率隨著堆晶層厚度增大而增大，隨著孔隙率的減小而增大(圖5)。橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖相帶厚度為150 m，壓實(shí)速率最大為0.33 m/a，而冷凝早期堆晶速率為0.84m/a，明顯大于壓實(shí)速率，此時(shí)壓實(shí)作用無法發(fā)生，但隨著堆晶層厚度的增加，堆晶速率逐漸減小，壓實(shí)速率逐漸增大，當(dāng)該巖相帶堆晶厚度為135 m時(shí)，壓實(shí)速率大于堆晶速率(0.27 m/a)，壓實(shí)作用開始發(fā)生，因此橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖中壓實(shí)作用發(fā)生較晚，作用時(shí)間較短，導(dǎo)致壓實(shí)效率較低(圖5a)。輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖相帶堆晶厚度為110 m，最大壓實(shí)速率為0.54 m/a，而初始堆晶速率為0.26 m/a，容易發(fā)生壓實(shí)作用，且當(dāng)該巖相帶堆晶厚度為54 m時(shí)，壓實(shí)速率大于堆晶速率(0.18 m/a)，隨后壓實(shí)作用開始發(fā)生，因此壓實(shí)作用發(fā)生較早，相對(duì)于橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖，壓實(shí)作用時(shí)間較長(zhǎng)且效率增大(圖5b)。氧化物輝長(zhǎng)巖相帶厚度為130 m，最大壓實(shí)速率為0.95 m/a，初始堆晶速率為0.15 m/a，壓實(shí)作用非常容易發(fā)生，且當(dāng)該巖相帶堆晶厚度為38 m時(shí)，壓實(shí)速率大于堆晶速率(0.13 m/a)，相比于輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖，壓實(shí)發(fā)生更早且作用時(shí)間更長(zhǎng)、效率更高(圖5c)。因此，從橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖到氧化物輝長(zhǎng)巖相帶，壓實(shí)作用時(shí)間逐漸增長(zhǎng)，壓實(shí)效率逐漸增高。

表4 揚(yáng)子地塊北緣望江山巖體中部帶橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖樣品計(jì)算壓實(shí)速率的參數(shù)

氧化物輝長(zhǎng)巖具有較高的堆晶礦物和粒間熔體密度差可能是其壓實(shí)效率增高的主要原因(表4)，但輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖相比于橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖，堆晶礦物和粒間熔體密度差并沒有明顯增高，因此輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖具有相對(duì)橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖較高的壓實(shí)效率可能還受其他因素控制。前人研究認(rèn)為壓實(shí)效率還可能與結(jié)晶過程中冷卻速率的變化有關(guān)(McKenzie, 1984, 1985；Sparks et al., 1985; Tegner et al., 2009)。巖相觀察顯示橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖具有輝長(zhǎng)輝綠結(jié)構(gòu)(圖2a)，為快速結(jié)晶的特征，而輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖為輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)(圖2b；圖2c)，是緩慢結(jié)晶的結(jié)果，說明這3個(gè)巖相帶的壓實(shí)效率可能還與冷卻速率的變化有關(guān)。因此，還需要進(jìn)一步約束望江山巖體中部各巖相帶的冷卻速率。

圖6 揚(yáng)子地塊北緣望江山巖體中部帶橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石晶體短軸長(zhǎng)度與長(zhǎng)寬比相關(guān)圖解。陰影區(qū)域?yàn)樾遍L(zhǎng)石短軸小于0.1 mm的區(qū)域，代表冷卻速率影響的晶體范圍；綠色、紅色、黑色線條分別為橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖不同粒度下最大長(zhǎng)寬比的連線Fig. 6 The relationship of the length of short axis and aspect ratio of plagioclase crystals of the olivine gabbronorite unit, gabbronorite unit and oxide gabbro unit in the MZ of the Wangjiangshan intrusion in the northern margin of the Yangtze Block. The shadow area represents the plagioclase grains with the length of short axis less than 0.1mm, which may be affected by the rate of cooling. The green, red and black lines represent the maximum aspect ratio of plagioclase of the samples from the olivine gabbronorite unit, gabbronorite unit and oxide gabbro unit in different sizes, respectively

巖漿冷卻速率的變化可以通過CSD曲線的截距、特征長(zhǎng)以及斜長(zhǎng)石晶體形態(tài)進(jìn)行判斷。CSD曲線的表達(dá)式中截距(lnn0)為粒度無窮小晶體的布居密度，特征長(zhǎng)代表所有晶體的平均粒度，分別可以用來指示晶體成核速率與生長(zhǎng)速率，從而確定巖漿冷卻速率的變化(Marsh, 1988, 1998; Higgins, 2006b; Higgins and Roberge, 2007)。輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖和氧化物輝長(zhǎng)巖中單斜輝石CSD曲線小顆粒處具有明顯的上凸特征，截距難以準(zhǔn)確反映其成核速率，而斜長(zhǎng)石作為望江山巖體中部帶主要堆晶礦物，其CSD曲線在小顆粒處上凸的特征較少，因此可以選擇斜長(zhǎng)石CSD曲線的截距和特征長(zhǎng)來反映巖漿冷卻速率的變化。另一方面，斜長(zhǎng)石的晶體形態(tài)也可以反映冷卻速率或過冷度的變化，斜長(zhǎng)石短軸方向的結(jié)晶在過冷度較大的情況下會(huì)受到限制，長(zhǎng)軸的結(jié)晶速率會(huì)得到促進(jìn)，從而形成長(zhǎng)寬比較大的斜長(zhǎng)石(Cashman, 1992; Hammer et al., 1999; Higgins, 2006b; Holness, 2015)。但斜長(zhǎng)石的形態(tài)常與粒度大小有關(guān)，如小顆粒斜長(zhǎng)石具有高長(zhǎng)寬比反映的是冷卻速率較快的結(jié)晶過程，而大顆粒具有高長(zhǎng)寬比可能是機(jī)械壓實(shí)作用的結(jié)果，因?yàn)闄C(jī)械壓實(shí)會(huì)導(dǎo)致晶體在垂直應(yīng)力方向的晶軸生長(zhǎng)速率增高，從而產(chǎn)生粒度較大且長(zhǎng)寬比較高的斜長(zhǎng)石(Higgins, 1991, 2006b)。因此，為了更好地判斷望江山巖體中部帶礦物成核過程中過冷度的變化，避免機(jī)械壓實(shí)對(duì)斜長(zhǎng)石長(zhǎng)寬比的影響，我們選擇斜長(zhǎng)石短軸代表其粒度大小，并對(duì)不同粒度斜長(zhǎng)石的長(zhǎng)寬比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖6)。

橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖斜長(zhǎng)石CSD曲線具有中部各巖相帶中最大的截距(2.23～3.78)和最小的特征長(zhǎng)(0.29～0.45)，且在小顆粒(<0.1 mm)斜長(zhǎng)石范圍具有較高的長(zhǎng)寬比(5∶1～11∶1)，說明晶體的成核速率較高，生長(zhǎng)速率較低，則結(jié)晶過程中冷卻速率較快，導(dǎo)致堆晶速率較高，延遲了機(jī)械壓實(shí)的發(fā)生，使粒間熔體沒有被及時(shí)排出。相比于橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖，輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖斜長(zhǎng)石CSD曲線截距明顯減小(1.31～2.60)，特征長(zhǎng)明顯增大(0.43～0.58)，且小顆粒(<0.1 mm)斜長(zhǎng)石長(zhǎng)寬比減小(<5∶1)，表明晶體成核速率的減小和生長(zhǎng)速率的增大，巖漿冷卻速率變慢，導(dǎo)致堆晶速率減小，使機(jī)械壓實(shí)效率增高。氧化物輝長(zhǎng)巖斜長(zhǎng)石CSD曲線具有中部帶最小的截距(0.49～1.60)和最大的特征長(zhǎng)(0.53～0.69)，且小顆粒(<0.1 mm)斜長(zhǎng)石也具有較低的長(zhǎng)寬比(<5∶1)。相比于輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖相帶，該巖相帶成核速率減小，生長(zhǎng)速率增大，暗示冷卻速率進(jìn)一步減小，因此堆晶速率也進(jìn)一步減小，使機(jī)械壓實(shí)效率增高。同時(shí)，隨著鐵鈦氧化物大量結(jié)晶使堆晶礦物和粒間熔體的密度差增大，二者共同導(dǎo)致壓實(shí)速率增高，使其效率達(dá)到最大，粒間熔體排出程度最高。因此，橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖具有較低的機(jī)械壓實(shí)效率是冷卻速率較快和堆晶礦物與粒間熔體密度差較小共同影響的結(jié)果，輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖機(jī)械壓實(shí)效率的增大與冷卻速率減小有關(guān)，而氧化物輝長(zhǎng)巖機(jī)械壓實(shí)效率達(dá)到最大值是冷卻速率進(jìn)一步減小以及堆晶礦物與粒間熔體密度差增大共同作用的結(jié)果。

6 結(jié)論

揚(yáng)子地塊北緣望江山層狀巖體中部帶晶粥中粒間熔體的排出方式為機(jī)械壓實(shí)作用，且不同巖相帶機(jī)械壓實(shí)的效率不同，導(dǎo)致粒間熔體的排出程度也不同。MZa中橄欖輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖具有較高的冷卻速率和較低的堆晶礦物與粒間熔體的密度差，造成較低的壓實(shí)速率和較高的堆晶速率，機(jī)械壓實(shí)效率較低，粒間熔體沒有被有效排出；輝長(zhǎng)蘇長(zhǎng)巖冷卻速率降低使堆晶速率降低，導(dǎo)致機(jī)械壓實(shí)效率增強(qiáng)，粒間熔體被有效排出。MZb中氧化物輝長(zhǎng)巖冷卻速率的持續(xù)降低使堆晶速率進(jìn)一步降低，且隨著鐵鈦氧化物大量結(jié)晶使堆晶礦物和粒間熔體的密度差增大，壓實(shí)速率的增大使晶粥中機(jī)械壓實(shí)效率達(dá)到最高，粒間熔體的排出程度也達(dá)到最高。因此，層狀巖體中壓實(shí)作用的效率受控于堆晶礦物和粒間熔體的密度差以及巖漿的冷卻速率，較高的密度差和較低的冷卻速率會(huì)提高機(jī)械壓實(shí)效率，即在冷卻速率較低并有鐵鈦氧化物結(jié)晶時(shí)機(jī)械壓實(shí)作用的效率最高。