1.水饱和条件下的熔化实验
实验岩石学家对天然花岗岩和其他各种岩石首先进行的是“水饱和”条件下的熔化试验，迄今为止已获得了很多重要成果，扼要说来包括在下面几个方面：①对天然花岗岩的研究表明，虽然花岗岩的固相线温度随着斜长石的An的增加而增加，如前所述，在Ab/An比值较高时，固相线温度随An的增加是有限的，因而在Qtz-Ab-Or三元系中测定的（水饱和）固相线可以应用到正常的含斜长石花岗岩中。②对于大量天然岩石来说，温度上升到水饱和固相线上几度就能产生大量熔体。③变质的钙质泥质岩、变质杂砂岩经部分熔化能形成英云闪长质到花岗质的熔体。对杂砂岩来说，在温度升到780℃（固相线上100℃）时，形成的熔体的量超过70%，石英作为残留矿物存在。对含伊利石和石英的泥质岩来说，在700℃开始熔融，形成的熔体具有最低点成分，熔化后最主要的残留矿物是堇青石。④除水以外，其他组分或挥发分的加入对固相线温度会产生一定影响。例如CO2在花岗质熔体中的溶解度是低的，在固定压力下，如果水介质中混有CO2，固相线温度将增加。如有少量HF、Li2O加入，熔化温度会降低50～90℃。如有HCl、NH3加入，熔化温度也会增加。
高压下水饱和花岗岩的相关系如图7-59 所示。当熔化曲线（固相线）与反应线（“钠长石=硬玉+石英”及“石英=柯石英”）交切时其斜率发生变化。该图表明：①10 kbar时固相线温度降到620℃；35 kbar增加到700℃。②熔化间隔从2 kbar时的35℃增加到35 kbar时的150℃时。③碱性长石在高压下高度溶解。④石英、柯石英在地幔压力下是液相线矿物，在部分熔化过程中，只会作为残留相存在，因而花岗岩、流纹岩不可能是来自地幔的原始岩浆。⑤从相图上黑云母的稳定范围看，具中等水含量的花岗质岩浆可以在地壳中形成。
图7-59 水饱和条件下黑云母花岗岩的相关系
2.水不饱和条件下的熔化试验
如在初始材料中加入的水量低于水饱和所需要的比例，水的活度在0与1之间变化时，可以进行水不饱和的熔化试验，用温度-体系水含量图（图7-60）来表达实验结果。Maalφe et al.（1975）等用挪威与瑞典Bohus岩基的黑云母花岗岩当初始材料，在2kbar压力和用Ni-NiO作缓冲剂的条件下，进行水饱和及不饱和的熔化试验。Bohus花岗岩含28.4%斜长石，39.1%微斜长石，26.1%石英，5.1%黑云母，次生的白云母和角闪石不到0.1%。从岩石结构看矿物结晶次序为磁铁矿、斜长石、微斜长石、石英、黑云母。实验结果表达于图7-60（与图7-43、7-44相似）。该图中除了液相线、固相线、各种矿物的稳定曲线，还给出了把水饱和区（有蒸汽存在）与水不饱和区（不存在蒸汽）分开的曲线（虚线）。从该图可以看出，在固定压力下，固相线温度是与体系中存在的游离水含量无关的。体系中水含量高时石英是首先消失的矿物，碱性长石和斜长石接着消失，在含水量很低时，黑云母是首先变得不稳定的矿物。熔体中水含量接近6%时熔化间隔是160℃。随着体系中水含量的降低，熔化间隔加大，水含量为0.8%时，熔化间隔为400℃；水含量为0.3%时，间隔接近500℃。
图7-60 挪威与瑞典Bohus岩基的黑云母花岗岩在2kbar压力、Ni-NiO氧逸度条件下实验结果的温度-体系中水含量图解
Conrad等（1988）为了说明新西兰Taupo流纹岩浆的成因，研究了两种地壳岩石即准铝的英安岩和过铝的杂砂岩的熔化关系。体系中分别为1.0、0.75、0.5 和0.25。在英安岩中近固相线矿物是黑云母，角闪石（图7-61）。在杂砂岩中近固相线矿物为黑云母，石榴子石，铝直闪石质角闪石，韭闪石质角闪石（图7-62）。低、温度高时，形成麻粒岩相的典型无水矿物，在英安岩中为单斜辉石、斜方辉石，在杂砂岩中为石榴子石和斜方辉石。英安岩的相关系表明（图7-61），在＜0.7 时，除了少量钾长石外，随着温度增加，黑云母首先消失。另外，与斜方辉石形成的同时角闪石也消失。在所有范围内，稳定温度最高的矿物是斜长石。固相线与斜长石消失之间的温度间隔完全取决于。在=1 时，这温度间隔为30℃；在=0.25 时，温度间隔超过150℃。与角闪石共存的英安质熔体是弱过铝的，但在高温下与斜方辉石、单斜辉石共存的英安质熔体变成准铝的。杂砂岩的相关系与英安岩相似，差别在于，750℃以上存在石榴子石。在=0.5 时，黑云母的稳定温度最低，存在近液相线与近固相线的铝直闪石（gedrite）。在800℃、=0.5和1.0时，普通角闪石是唯一的角闪石。杂砂岩在各种水活度及温度下形成的熔体较英安岩形成的熔体更过铝。Conrad等（1988）认为，因为温度、压力和水活度的不同，从相似的源区岩石可以产生从准铝到过铝的各种花岗质熔体。
图7-61 在10kbar压力下准铝I-型英安岩图7-62 在10kbar压力下稍过铝杂砂岩相关相关系的温度图解
系的温度图解
上述图7-60与图7-61 的“温度-体系中H2O含量”和“温度”图上“斜长石消失线”和“石英消失线”都具有负的斜率。当系统中只有水是唯一的流体组分时，“黑云母消失线”与温度无关（图7-60）。但在流体由H2O-CO2组成时，则与温度关系密切。这表明系统中流体的性质和可以明显影响熔化反应和岩浆中的结晶过程。
在天然花岗质岩浆形成中，白云母、黑云母、角闪石参与的脱水熔融是重要的过程。白云母分解、形成熔体的温度较低，熔体成分富水、过铝，K/Na比值高，比较接近花岗岩最低点成分。黑云母在较高温度下分解，形成的熔体过铝到准铝，K/Na比值低，水不饱和，明显偏离花岗岩最低点成分。角闪石分解温度相对更高，形成的熔体显示出I-型花岗岩的特征。
对花岗岩进行的熔化试验加深了岩石学家对花岗质熔体特性及地壳中形成花岗质岩浆过程的认识。Clemens等（1981）认为，在高级变质条件下形成的熔体的水含量可达3%～5%。Wyllie（1971）总结水饱和及不饱和熔化实验时认为，花岗质熔体不是水饱和的熔体，许多岩石部分熔化的产物是以“晶体粥”形式存在的水不饱和花岗质熔体，这种熔体能在较宽的温度范围内存在。这是一个重要的发现。Robertson等（1971）认为，花岗质系统的固相线温度是由源区矿物学特征与水压所制约的，而与体系中存在的水含量无关。熔化过程中少量的水能产生固相线上的少量熔体，这种熔体是水饱和的。这时固相线下以蒸汽相存在的水被结合到熔体中，随着温度增加，熔化所形成的熔体比例增加，但熔体变得越来越不饱和水。通过对天然的准铝和过铝的地壳岩石进行熔化实验还获得下述认识：①正如模拟的Qtz-Ab-Or系统那样，许多天然的水饱和硅铝质岩石的初始熔化温度是相似的。②在给定的边界条件下，作为初始材料的长英质岩石的总成分对产生的初始熔体的成分没有什么影响，但初始熔体的成分随体系的p、t和的变化而变化。③当水是唯一的流体组分时，花岗岩的固相线温度与系统中的水含量无关，但水含量控制所形成的熔体的比例，在总成分和边界条件一定时水含量也控制液相线温度。④花岗质岩浆的形成和其中矿物的结晶发生在很宽的温度范围内。⑤大部分花岗质岩浆形成于>800℃的高温下，辉长质岩浆的侵入与花岗岩的形成密切相关。温度<800℃时形成的花岗岩浆不可能形成大的侵入岩带（Johannes et al.，1996）。