地幔的部分熔融

地幔是一个处在高温高压下的复杂硅酸盐体系。按照林伍德的地幔岩模型，其化学成分相当于三分橄榄岩加一分玄武岩。其中橄榄石可占70％、辉石可占20％以上。地幔的不同深度（如岩石圈地幔和软流圈地幔）和不同构造环境下的部分熔融性质和状态是很不一样的。维诺格拉多夫用下面反应简略地说明地幔部分熔融的化学模型：
     式中Opx的熔点为1557℃，Ol的熔点为1910℃。在干体系中加热到1557℃时斜顽辉石发生熔融，分解为固相的镁橄榄石和熔体相的SiO₂。易熔的SiO₂组份代表了相对富SiO2的玄武岩浆，固相镁橄榄石代表了地幔部分熔融的残留物——橄榄岩和纯橄榄岩。实际过程当然要复杂得多。进一步可以用Mg₂SiO₄—CaAl₂Si₂O₈—SiO₂三元系相图近似地描写地幔部分熔融的过程。梯形框为自然界常见玄武岩的化学成分范围。
     地幔平均成分位于梯形框左下方由橄榄石、辉石、尖晶石所限定的区域，当地幔物质升温至达到初熔温度时，大约相当于D点成分的熔点首先析出，其成分相当于石英拉斑玄武岩。当部分熔融继续时，熔出物成分沿DC线发展，残余固相则更朝向以橄榄岩和纯橄榄岩为主的成分。温度继续升高，部分熔融程度到达C点时，开始有镁橄揽石成分进入熔相，形成的岩浆成分相当于橄榄玄武岩岩浆。当温度升高至全部熔融时，便形成了橄榄岩岩浆。ABCD为岩浆结晶过程演化线。曾研究过不同温压条件下天然含尖晶石、石榴子石橄榄岩的部分熔融作用及矿物的消失顺序。发现最先消失的矿物是单斜辉石和尖晶石，其次是石榴子石和斜方辉石，最后的残留固相都是镁橄榄石。
     上述关于地幔部分熔融的图像，是根据简化的相图关系和主要矿物成分得出的。但是，根据70年代末期发展起来的微量元素地球化学及其中的岩浆过程微量元素定量模型，两者所得出的结论是不一致的。如根据稀土元素计算，产生金伯利岩的岩浆应是地幔很低程度部分熔融的产物。碱性玄武岩的部分熔融程度一般说来也应低于拉斑玄武岩。