石榴石是上地幔中存在的重要富铝硅酸盐矿物。在中等至高压条件下,地幔橄榄岩被硅质熔体改造形成石榴辉石岩。为进一步了解造山带地幔中石榴辉石岩——尤其是石榴斜方辉石岩的形成机制,本文在2-3 GPa、1300-1375℃条件下进行了玄武安山质熔体与尖晶石二辉橄榄岩反应的实验。实验使用反应偶的方法,在活塞-圆筒式高温高压装置中进行。通过对实验结果岩石组合、结构、矿物和熔体成分的分析,查明了熔体中的水、压力和温度对熔体-橄榄岩反应的影响。将实验结果与造山带橄榄岩资料进行对比,揭示了造山带地幔熔体-橄榄岩反应的深部过程。论文的主要内容如下: 1.高压条件下水对熔体-橄榄岩反应过程的影响 本文进行了三个温度压力条件下含水熔体-橄榄岩反应实验,并设置名义无水的对照实验。含水实验使用Au₈₀-Pd₂₀或Pt样品舱,对照实验使用石墨或Au₈₀-Pd₂₀样品舱进行。在2 GPa、1300℃含水熔体-橄榄岩反应形成斜方辉石岩-二辉橄榄岩序列。在3 GPa、1325℃和1375℃含水条件下形成石榴石岩-石榴斜方辉石岩-石榴石二辉橄榄岩序列。3 GPa条件下的对照实验形成榴辉岩-石榴石尖晶石二辉橄榄岩序列。压力和熔体中的水是控制熔体-橄榄岩反应形成石榴石岩-石榴斜方辉石岩序列的关键因素。高压条件促进石榴石的形成;熔体中的水使橄榄岩发生不一致溶解,并且加快了熔体-橄榄岩界面的反应速率,反应消耗橄榄石、生成斜方辉石。 2.温度对熔体-橄榄岩反应实验结果的影响 随着温度的升高,石榴斜方辉石岩反应带宽度增加,并且在相对高温(1375℃)条件下形成了富石榴石斜方辉石岩和贫石榴石斜方辉石岩的空间变异。通过与前人相对高压(≥3 GPa)、低温(≤1100°C)条件下的熔体-橄榄岩反应实验结果进行对比,本文认为高温是石榴斜方辉石岩形成和发育的重要条件。 3.石榴斜方辉石岩的成因及造山带地幔交代的深部过程 将实验结果的结构和矿物主量元素成分与造山带橄榄岩地体内天然样品的数据进行对比,并结合微量元素分配模型,推导石榴斜方辉石岩及其矿物化学成分变异的形成过程。石榴斜方辉石岩是俯冲过程中含水熔体与部分熔融橄榄岩反应的产物;在后期折返的过程中逐步降温,实现斜方辉石和石榴石之间化学成分的交换与重平衡。通过熔体-橄榄岩反应实验探讨不同类型富石榴石岩性的成因,为揭示造山带地幔交代过程及地幔不均一性成因提供实验制约。