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      青藏高原拉薩地塊松多藍(lán)閃石榴輝巖的變質(zhì)演化:相平衡及變質(zhì)作用P-T軌跡*

      2014-05-30 07:15:38楊現(xiàn)力張立飛趙志丹朱弟成
      巖石學(xué)報(bào) 2014年5期
      關(guān)鍵詞:榴輝巖包體白云母

      楊現(xiàn)力 張立飛 趙志丹 朱弟成

      1.地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083 2.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院,造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100871

      3.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)集團(tuán)有限公司,北京 100055

      1 引言

      高壓-超高壓深俯沖變質(zhì)巖石作為俯沖到地幔深度又折返到地表的巖石,是板塊匯聚邊界及大洋俯沖和大陸碰撞的重要標(biāo)志,見(jiàn)證了俯沖與折返的全過(guò)程(Maruyama et al.,1996;Ernst,2006;Zhang et al.,2008)。洋殼俯沖高壓-超高壓榴輝巖記錄了大洋板塊俯沖及造山帶形成和演化過(guò)程中的大量重要信息,通過(guò)對(duì)其形成的溫壓條件和變質(zhì)PT軌跡的限定,對(duì)于理解俯沖作用過(guò)程及造山帶形成與演化有著重要的意義。

      拉薩地塊松多榴輝巖自2006年發(fā)現(xiàn)以來(lái)(楊經(jīng)綏等,2006),就引起了很多學(xué)者的廣泛關(guān)注(Yang et al.,2009;Zhang and Tang,2009;曾令森等,2009),認(rèn)為松多榴輝巖的原巖具有典型的MORB特征(陳松永等,2007;Cheng et al.,2012)。但直到目前為止,有關(guān)松多榴輝巖變質(zhì)演化的P-T軌跡還沒(méi)有深入的工作,甚至峰期變質(zhì)條件和礦物共生組合尚有爭(zhēng)論。已開(kāi)展的峰期溫壓條件估算主要有630~780℃,25.8~26.7kbar(楊經(jīng)綏等,2006;Yang et al.,2009;李天福等,2007);760 ~ 860℃,33 ~39kbar(張丁丁等,2011)。Cheng et al.(2012)給出了松多鄉(xiāng)東側(cè)吉朗村榴輝巖753~790℃,34~38kbar的峰期溫壓條件。多數(shù)學(xué)者的溫壓范圍都是通過(guò)不同版本的GC溫度計(jì)(Krogh,1988;Powell,1985;Krogh Ravna,2000;Krogh Ravna and Terry,2004;Green and Hellman,1982)和GCP地質(zhì)壓力計(jì)估算(Waters and Martin,1993;Krogh Ravna and Terry,2001,2004)。上述研究者對(duì)同一變質(zhì)帶內(nèi)甚至是相同野外露頭的榴輝巖估算的溫度范圍有高達(dá)230℃的偏差,并多認(rèn)為松多榴輝巖是中溫榴輝巖,但松多榴輝巖出露的圍巖是一套含有石榴石白云母片巖、二云母片巖、千枚巖和石英巖的沉積變質(zhì)巖石,這與世界典型的洋殼俯沖低溫榴輝巖的圍巖巖石組合相似(Zhang et al.,2008)。Krogh Ravna and Paquin(2004)認(rèn)為GC溫度計(jì)計(jì)算的誤差主要來(lái)自于綠輝石中Fe3+的不確定性。Cheng et al.(2012)在綠輝石和石榴石中識(shí)別出來(lái)了柯石英和多晶石英(柯石英假象)包體,認(rèn)為松多榴輝巖經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用,但是該柯石英尚沒(méi)得到拉曼光譜分析的確認(rèn)。而對(duì)于石榴石發(fā)育良好前進(jìn)變質(zhì)環(huán)帶的低溫超高壓榴輝巖由于石榴石邊部貧鈣,使得GCP地質(zhì)壓力計(jì)的計(jì)算結(jié)果偏低(魏春景等,2009,2013),如西大別超高壓造山帶榴輝巖(Liu et al.,2004;Wei et al.,2010)。因此,松多榴輝巖是否經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用仍然是一個(gè)懸而未決的重要問(wèn)題。前人主要依據(jù)石榴石中的包體組合推測(cè)松多榴輝巖曾經(jīng)歷了角閃巖相甚至高綠片巖相變質(zhì)作用,但問(wèn)題是石榴石中的包裹體可能也受到后期的退變質(zhì)改造,發(fā)生再平衡,不能代表石榴石生長(zhǎng)時(shí)的P-T條件(婁玉行等,2009;Tian and Wei,2013)。因此,如何確定松多榴輝巖經(jīng)歷的進(jìn)變質(zhì)軌跡也是亟待解決的問(wèn)題。

      本文研究在松多地區(qū)新發(fā)現(xiàn)了藍(lán)閃石榴輝巖,不同于前人報(bào)道的鈉鈣質(zhì)角閃石或鈣質(zhì)角閃石榴輝巖。一般認(rèn)為含藍(lán)閃石榴輝巖是典型的低溫榴輝巖(Carson et al.,1999;Zhang et al.,2008;Wei et al.,2003,2010)。通過(guò)詳細(xì)的巖相學(xué)、礦物學(xué)研究,利用在Na2O-CaO-K2O-MnO-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-TiO2-O(Fe2O3)(NCKMnFMASHTO)體系中變質(zhì)相平衡的定量研究方法,本文討論了青藏高原拉薩地塊松多藍(lán)閃石榴輝巖的相平衡關(guān)系和變質(zhì)演化的P-T軌跡及其地質(zhì)意義,以及巖石在俯沖和抬升過(guò)程中的流體作用。

      本文中所用礦物縮寫(xiě)如下:g-石榴石,py-鎂鋁榴石,gr-鈣鋁榴石,o-綠輝石,di-透輝石,jd-硬玉,ae-霓石,gl-藍(lán)閃石,bar-凍藍(lán)閃石,win-藍(lán)透閃石,parg-韭閃石,act-陽(yáng)起石,hb-Mg-普通角閃石(相圖中則指除藍(lán)閃石和陽(yáng)起石之外的其它閃石),phn-多硅白云母,chl-綠泥石,law-硬柱石,ep-綠簾石,czo-斜黝簾石,ab-鈉長(zhǎng)石,pl-斜長(zhǎng)石,q-石英,ta-滑石,ru-金紅石,sph-榍石,coe-柯石英,ky-藍(lán)晶石。

      2 區(qū)域地質(zhì)背景

      西藏拉薩地塊位于雅魯藏布江縫合帶之北,班公湖-怒江縫合帶以南,南北寬約300km,東西向延展近2000km。拉薩地塊內(nèi)廣泛發(fā)育岡底斯中、新生代島弧及活動(dòng)陸緣火山巖;以零星狀分布的念青唐古拉巖群被認(rèn)為是拉薩地塊中最古老的變質(zhì)基底,主要分布于東部的波密-察隅和中部的念青唐古拉山一帶,巖石類(lèi)型主要有含石榴石黑云斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖、大理巖和石英巖等,鋯石U-Pb同位素年齡為1250Ma(西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1994),但那木錯(cuò)西緣念青唐古拉巖群中最新獲得的SHRIMP鋯石年齡為748~787Ma,認(rèn)為代表該巖群中正變質(zhì)片麻巖的原巖年齡(胡道功等,2005),并在后期經(jīng)歷過(guò)718Ma的中壓角閃巖相變質(zhì)作用(張澤明等,2010)和650Ma的高壓麻粒巖相變質(zhì)作用(Zhang et al.,2012)。在拉薩地塊中還出露一套由綠片巖、大理巖類(lèi)、片巖類(lèi)及石英巖類(lèi)組成的變質(zhì)巖石組合,主要巖石類(lèi)型為綠簾角閃片巖、鈉長(zhǎng)綠簾陽(yáng)起片巖、大理巖、含石榴石絹云石英片巖以及石英巖,時(shí)代上認(rèn)為是前奧陶紀(jì)地層(西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1994);2004年新版《青藏高原地質(zhì)圖》將其歸為石炭系-二疊系(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,2004),最近在該套巖系中發(fā)現(xiàn)了具有洋殼性質(zhì)的榴輝巖(楊經(jīng)綏等,2006)。

      松多榴輝巖帶位于拉薩地塊中東部拉薩市北東東方向約200km的松多鄉(xiāng)一帶,觀察到的榴輝巖帶寬度約2~3km,呈近東西向延伸,已知規(guī)模約100km(楊經(jīng)綏等,2006;Chen et al.,2009)。本文采樣點(diǎn)如圖1b所示,新發(fā)現(xiàn)的藍(lán)閃石榴輝巖呈厚層狀、透鏡狀產(chǎn)出于石榴石白云母石英片巖、黑云母石英片巖、石榴石二云母石英片巖、石榴石絹云母千枚巖、泥質(zhì)板巖等圍巖中(圖1c),產(chǎn)狀與圍巖不一致;榴輝巖普遍遭受蝕變,透鏡體中間部位較新鮮,部分邊部已轉(zhuǎn)變?yōu)槭窠情W巖和斜長(zhǎng)角閃巖。

      圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖及榴輝巖野外產(chǎn)狀(a)-青藏高原構(gòu)造單元?jiǎng)澐趾?jiǎn)圖及研究區(qū)位置(據(jù)王立全和朱弟成,2006① 王立全,朱弟成.2006.喜馬拉雅-岡底斯造山帶變質(zhì)巖地質(zhì)修改);(b)-研究區(qū)地質(zhì)圖及本文采樣位置(據(jù)謝堯武等,2007② 謝曉武,彭興階等.2007.澤當(dāng)鎮(zhèn)幅(H46C003002)1∶25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告修改);(c)-榴輝巖帶地質(zhì)剖面;(d、e)-榴輝巖的野外照片F(xiàn)ig.1 Geological map of the study area and the field occurrence of the eclogite(a)-simplified map of tectonic subdivision of Tibetan Plateau and the study area;(b)-geological map of the study area and the sample locations;(c)-geological section of the eclogite belt;(d,e)-field photos of eclogite

      3 巖相學(xué)、礦物化學(xué)及全巖成分特征

      藍(lán)閃石榴輝巖主要由石榴石(25% ~30%)、綠輝石(30% ~35%)、藍(lán)閃石(10% ~15%)、簾石(10% ~15%)組成,含有少量的石英(5%)、金紅石(3%)、多硅白云母(<2%)、鈉鈣質(zhì)閃石(5%)以及呈包裹體的鋯石、磷灰石等,巖石呈粒狀柱狀變晶結(jié)構(gòu)、條帶狀構(gòu)造。

      全巖化學(xué)成分在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室通過(guò)XRF技術(shù)分析所得,其中Fe2+含量通過(guò)濕法(滴定)測(cè)試確定。榴輝巖中 SiO2的含量 46.89%,Al2O3含量14.90%,K2O含量0.18%(表1)。礦物的化學(xué)成分分析在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所電子探針實(shí)驗(yàn)室完成,儀器型號(hào)為JXA8800,測(cè)試條件:加速電壓20kV,電子束斑除了白云母使用5μm測(cè)定外,其他礦物均用2μm電子束斑測(cè)定。代表性礦物成分見(jiàn)表2。

      石榴石 自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu),粒徑0.3~3mm。在核幔部含有較多包體,主要有藍(lán)閃石、綠簾石、石英、多硅白云母、金紅石等,偶見(jiàn)綠輝石、綠泥石,以及鈉鈣質(zhì)閃石與鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石組成的集合體包體。包體藍(lán)閃石邊緣退變?yōu)閮鏊{(lán)閃石和藍(lán)透閃石(圖2a),其周?chē)严栋l(fā)育,說(shuō)明包體受到了退變質(zhì)改造;石榴石邊部的石英包體周?chē)史派錉盍鸭y,推測(cè)為柯石英退變的產(chǎn)物(圖2b)。有些石榴石發(fā)育韭閃石冠狀體;以包體形式存在的石榴石主要產(chǎn)于藍(lán)閃石、綠簾石和部分綠輝石中,其內(nèi)部仍含有藍(lán)閃石。石榴石成分環(huán)帶現(xiàn)象明顯,其邊部成分:Alm48-53Py23-28Gr23-29Sps1-1.5,核部成分:Alm50-55Py16-18Gr31-32Sps1.5-2(表 2),從核到邊 Xpy增加,Xgr、Xsps減少(圖3a),反映了石榴石進(jìn)變質(zhì)過(guò)程,進(jìn)一步的巖相學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)與石英接觸的石榴石邊緣較為平直,其鎂鋁榴石含量稍高,可能更接近峰期條件,而與角閃石和部分綠輝石接觸的石榴石邊緣形狀不規(guī)則,顯示有退變質(zhì)改造,其鎂鋁榴石含量較低。大多數(shù)石榴石可能在最外邊緣具有富Xgr的微小成分帶,由于僅幾個(gè)微米寬而難以使用電子探針測(cè)試。

      表1 松多榴輝巖的全巖成分(wt%)Table 1 Whole-rock compositions of eclogites from the Sumdo(wt%)

      圖2 藍(lán)閃石榴輝巖的結(jié)構(gòu)關(guān)系顯微照片和背散射圖(a)-石榴石中包體藍(lán)閃石邊部退變?yōu)樗{(lán)透閃石、凍藍(lán)閃石或凍藍(lán)閃石與鈉長(zhǎng)石后成合晶(BSE);(b)-石英包體周?chē)史派錉盍鸭y的脹裂結(jié)構(gòu),推測(cè)為柯石英退變的產(chǎn)物(單偏光);(c)-金紅石的退變榍石邊及藍(lán)閃石邊部的角閃石+鈉長(zhǎng)石后成合晶(BSE);(d)-基質(zhì)藍(lán)閃石成分環(huán)帶,gl-C→gl-R1→gl-R2(與表2對(duì)應(yīng))(單偏光);(e)-綠輝石邊部發(fā)育的透輝石+鈉長(zhǎng)石或角閃石+鈉長(zhǎng)石后成合晶(BSE);(f)-基質(zhì)綠輝石及其中的包體綠輝石(正交偏光).石榴石斑晶中標(biāo)有A-B的白線(xiàn)指示圖3a中石榴石成分環(huán)帶的位置Fig.2 Photomicrographs and backscattered electron images showing the textural relationships of glaucophane eclogite(a)-the glaucophane inclusion in garnet retrograted to winchite,barroisite or the symplectite consisting of barroisite and albite at the rim(BSE);(b)-the radial cracks around quaretz inclusion shows the possibly retrograde production of coesite(plane-polarized light);(c)-titanite overgrow rutile and hornblende– albite symplectite grow at the rim of glaucophane(BSE);(d)-compositon profile of glaucophane in the matrix,gl-C→gl-R1→gl-R2(corresponding to table 2)(plane-polarized light);(e)-symplectite consisting of diopside and albite or hornblende and albite at the rim of omphacite(BSE);(f)-the omphacite in the marix and the omphacite inclusion in it(plane-polarized light).The white lines marked with A-B in garnet represent the position of composition zone of the garnet showing in Fig.3a

      單斜輝石 半自形柱狀或粒狀,長(zhǎng)軸最長(zhǎng)可達(dá)4mm,顯示定向排列,局部呈綠輝石富集條帶,內(nèi)部含有石榴石、藍(lán)閃石、金紅石、石英、簾石等包體。有些綠輝石邊緣發(fā)育無(wú)色的透輝石與鈉長(zhǎng)石或淺綠色角閃石與鈉長(zhǎng)石蠕蟲(chóng)狀后成合晶(圖2e)。綠輝石中硬玉含量(Jd)在0.37~0.46之間,多數(shù)顯示微弱的成分環(huán)帶,與石榴石接觸平衡共生的綠輝石從核到邊硬玉含量(0.40→0.44)與j(o)值(0.44~0.46→0.48~0.49)略有升高,與藍(lán)閃石接觸的綠輝石從核到邊硬玉含量(0.44→0.37)與j(o)值降低(0.47→0.46),霓石含量(Ae)增加。大多數(shù)綠輝石從核部到邊部XFe[=Fe2+/(Fe2++Mg)]值降低(圖3b)。綠輝石中含有綠輝石包體說(shuō)明綠輝石可能經(jīng)歷了兩個(gè)階段的生長(zhǎng)(圖2f)。

      phn -I n 54.78 0.15 23.23 0.07 2.71 0.06 5.23 0.07 0.34 7.38 94.01 11.00 phn 52.10 0.18 26.19 0.05 2.74 0.01 3.92 0.04 0.45 8.37 94.14 11.00 e p 38.40 0.02 25.57 0.06 8.95 0.02 0.07 23.14--96.28 12.50 pa r g 41.90 0.24 15.32 0.04 16.90 0.07 8.34 9.40 3.88 0.55 96.64 23.00 hb -s y m 48.66 0.03 7.55-13.31 0.08 13.08 9.93 2.32 0.12 95.09 23.00 a c t -I n 54.78-0.92 0.02 13.85 0.23 15.29 12.12 0.15 0.02 97.45 23.00 ba r-I n 48.96 0.07 10.10 0.05 10.55 0.07 13.23 8.12 3.55 0.10 94.82 23.00 ba r(g l)-I n 44.73 0.03 14.79-13.34-10.66 8.12 4.21 0.40 96.32 23.00)t%g l- I nR w 57.41 0.01 10.21 0.04 9.56 0.05 10.99 0.91 6.59 0.02 95.80 23.00 do (-Sum g l-I nC 56.45 0.01 9.66 10.00 0.00 11.43 1.36 6.35 0.03 95.39 23.00 t he g l)f r o m ba r(40.02 0.21 18.13 0.06 16.36 0.14 8.47 8.95 4.70 0.30 97.41 23.00 2)--s d30g l-R 57.70 10.06 9.74 0.06 10.86 0.75 6.97 0.01 96.16 23.00 pl e 1---Sa m g l-R 57.68 9.51 9.99 0.06 11.54 0.61 6.97 96.44 23.00(g l-c 58.69-10.50 0.11 7.59 e c l o g i t e s -12.18 0.58 7.20-96.92 23.00 53.04 0.04)3.43 di-s y m -6.81 0.03 11.71 20.27 2.63 0.01 98.01 6.00 t%w -R(o 255.21 0.04 8.79 0.03 5.94 0.03 8.27 13.78 6.61-98.73 6.00分成g l a uc o pha ne-C針o 255.51 0.07 10.36 0.01 4.80 0.00 8.14 13.24 6.53-98.70 6.00探o f子-R電i ne r a l s o 154.98 0.10 10.70 0.10 4.92 0.03 8.17 13.09 6.89-99.00 6.00物m礦-C性o 154.81 0.15 9.35 0.03 5.37 0.01 8.47 14.11 6.19 0.01 98.54 6.00表代3)的g-R 39.37 0.05 21.25 0.05 23.40 0.48 7.46 8.39--12.00 s d30o f r e pr e s e nt a t i v e 100.48 a na l y s e s 2-(g-R 38.98 0.08 21.70 0.05 22.86 0.51 6.74 9.09 0.05 12.00巖100.15輝1---榴g-R 39.90 20.90 23.98 0.55 6.56 8.61 0.01 12.00石100.55閃--藍(lán)i c r o pr o be g-c 39.09 0.20 20.74 24.01 0.73 4.66 11.02 0.07 12.00多M 100.55松2O3O3O O 2i ne r a l Si O2 i O2 T l2e O a bl e nO r2g O a O F A M C M C a2 N K2o t a l T O表T M/3.61 0.01 1.80 0.00 0.11 0.05 0.00 0.51 0.01 0.04 0.62相--6中、圖3.46 0.01 2.05 0.00 0.11 0.05 0.00 0.39 0.00 0.06 0.715--g l/ba r/a c t/hb( 圖X ;3.03 0.00 2.38 0.00 0.59 0.01 0.00 0.01 1.96 0.00 0.00 0.203與-C a)R+,a R 2 6.31 0.03 2.72 0.01 0.22 1.91 0.01 1.87 1.52 1.13 0.11 0.42.17/(N 1,0a N g-R=;7.21 0.00 1.32 0.00 0.27 1.38 0.01 2.89 1.58 0.67 0.02 0.35 0.33/di) 晶合o 成7.93 0.00 0.16 0.00 0.02 1.66 0.03 3.30 1.88 0.04 0.00 0.04 0.18=j( :后/di);-s y m 7.15 0.01 1.74 0.01 0.25 1.04 0.01 2.88 1.27 1.01 0.02 0.66 0.22o (Y 石r; 閃l)l-C 藍(lán)ht m 6.56 0.00 2.56 0.00 0.31 1.33 0.00 2.33 1.28 1.20 0.08 0.63 0.22a-A 凍的/a x.N =部邊8.00 0.00 1.68 0.00 0.09 1.02 0.01 2.28 0.14 1.78 0.00 1.78 0.05+3e 石o f F 閃ba s i s :藍(lán)7.94 0.00 1.60 0.00 0.15 1.03 0.00 2.40 0.21 1.73 0.01 1.68 0.09/a s t a f f/ho l l a nd g l)uk;ba r(.a c.5.95 0.02 3.18 0.01 0.48 1.56 0.02 1.88 1.42 1.35 0.06 0.50 0.30t he o n 體c a m g) :包e s c.8.00 0.00 1.64 0.00 0.22 0.91 0.01 2.24 0.11 1.87 0.00 1.87 0.12+M ;-I n w .+w 2e :邊R ;F //w 7.98 0.00 1.55 0.00 0.29 0.87 0.01 2.38 0.09 1.87 0.00 1.83 0.16+/( :核 :2C ht t p F e .;7.99 0.00 1.69 0.01 0.19 0.67 0.00 2.47 0.08 1.90 0.00 1.89 0.10l)/di)=A +o l l a nd o +H(3e (1.98 0.00 0.15 0.00 0.08 0.14 0.00 0.65 0.81 0.19 0.00 0.21 0.19X 算;F 計(jì)C a)+/(3e 序2.00 0.00 0.38 0.00 0.09 0.09 0.00 0.45 0.53 0.46 0.00 0.17 0.46g +F =X程A+M )n e p 用2.00 0.00 0.44 0.00 0.00 0.14 0.00 0.44 0.51 0.46 0.00 0.23 0.47( 采+M ;X 式F e I)V l 子分1.97 0.00 0.45 0.00 0.07 0.08 0.00 0.44 0.50 0.48 0.00 0.22 0.49/(a C A 物=++3e ;礦1.99 0.00 0.40 0.00 0.05 0.11 0.00 0.46 0.55 0.44 0.00 0.22 0.44Xg r 示=F g)+/( 標(biāo)(3應(yīng);Y F e 相3.01 0.00 1.92 0.00 0.05 1.45 0.03 0.85 0.69 0.00 0.00 0.28 0.23=C a)d中2+圖3.00 0.01 1.97 0.00 0.04 1.43 0.03 0.77 0.75 0.01 0.00 0.26 0.25g M /pa r g)應(yīng)n +/a c t/hb 對(duì)g l)3.06 0.00 1.89 0.00 0.00 1.54 0.04 0.75 0.71 0.00 0.00 0.25 0.23M e +ba r(F /(g l/ba r 2,R 3.03 0.01 1.89 0.00 0.04 1.52 0.05 0.54 0.92 0.01 0.00 0.18 0.30g M (,=,Y 14 M=Xpy a) ;g l-R應(yīng)(Si T i l +r +C A 32對(duì)n g e a a e g)M =M F F C N K pha s e)(N(pha s e)示X (Y :X 標(biāo)注pa r g)應(yīng)

      圖3 青藏高原松多藍(lán)閃石榴輝巖礦物成分圖解(a)-石榴石環(huán)帶的成分剖面;(b)-綠輝石的j(o)vs.XFe圖顯示了從核到邊的成分變化,XFe=Fe2+/(Fe2++Mg),其中Fe3+=Na-Al-Cr,箭頭指示同一綠輝石顆粒從核到邊Fig.3 Mineral composition diagram of Sumdo eclogite from Tibetan Plateau(a)-compositional profile of garnet.Xalm=Fe2+/(Fe2++Mn+Mg+Ca),Xpy=Mg/(Fe2++Mn+Mg+Ca),Xgr=Ca/(Fe2++Mn+Mg+Ca),Xsps=Mn/(Fe2++Mn+Mg+Ca);(b)-j(o)versus XFediagram for omphacite,showing the composition variation from the core to the rim.XFe=Fe2+/(Fe2++Mg),F(xiàn)e3+=Na-Al-Cr.The arrow represent from the core to the rim in a single omphacite grain

      角閃石 形狀不規(guī)則,根據(jù)結(jié)構(gòu)和光性特點(diǎn)可分為基質(zhì)角閃石、包體角閃石、后成合晶角閃石和石榴石冠狀體角閃石?;|(zhì)角閃石多為淡紫色藍(lán)閃石,顯示無(wú)定向分布,充填在石榴石和綠輝石顆粒之間,部分與綠簾石共生(圖2d),部分邊部發(fā)育蠕蟲(chóng)狀后成合晶(圖2c),有些藍(lán)閃石核部保留有綠輝石殘留,說(shuō)明藍(lán)閃石和綠簾石是后期退變質(zhì)過(guò)程中形成的,一般具有成分環(huán)帶,從核部到邊部(Na)M4先減少后增加,到最邊緣退變?yōu)殁c鈣質(zhì)閃石(圖2d、表2);包體角閃石主要為藍(lán)閃石,且常有鈉鈣質(zhì)閃石退變邊,部分表現(xiàn)出從核部到邊部(Na)M4逐漸增加的趨勢(shì)(圖2a、表2),偶見(jiàn)凍藍(lán)閃石以及陽(yáng)起石、韭閃石與鈉長(zhǎng)石組成的集合體(圖4a),可能是藍(lán)閃石退變所得;后成合晶角閃石因產(chǎn)出部位不同而有差別,綠輝石后成合晶為鎂-普通角閃石(Si=6.56~7.37,(Na)M4=0.18~0.45)與鈉長(zhǎng)石組合,藍(lán)閃石后成合晶為鎂-普通角閃石或凍藍(lán)閃石、藍(lán)透閃石(Si=5.95~7.95,(Na)M4=0.50~1.36)與鈉長(zhǎng)石組合;石榴石冠狀體閃石為富鋁的韭閃石(Si=6.17~6.46,(Na)M4=0.32~0.50)。

      多硅白云母 主要以針狀和片狀存在于石榴石包體中,基質(zhì)中多硅白云母含量極少,與角閃石接觸,邊部呈港灣狀,顯示發(fā)生了退變質(zhì)改造。多硅白云母Si含量范圍為3.46~3.61,Mg+Fe值范圍為0.41~0.56(單個(gè)分子中的離子數(shù),pfu)(圖4b),其中包體多硅白云母相對(duì)于基質(zhì)中多硅白云母顯示更高的Si與Mg+Fe值(圖4b),部分邊部有綠泥石的包體多硅白云母顯示較低的Si值。這說(shuō)明多硅白云母在退變質(zhì)過(guò)程中可能不同程度的發(fā)生了成分重置,石榴石中的包體成分也在一定程度上受退變質(zhì)反應(yīng)的改造。因此具有最高Si值的多硅白云母可能更適合用于估算榴輝巖形成的峰期溫壓條件。

      其他礦物 簾石主要是綠簾石和斜黝簾石,在巖石中相互交錯(cuò)生長(zhǎng),多含石榴石、石英、綠輝石和金紅石包體,部分與藍(lán)閃石共生(圖2d),部分內(nèi)部可見(jiàn)殘余狀綠輝石,指示二者之間的反應(yīng)關(guān)系,在簾石富集區(qū)域呈現(xiàn)斜黝簾石條帶,其Ps[=Fe3+/(Al+Fe3+)]值范圍在0.16~0.26之間。金紅石呈長(zhǎng)柱狀、針狀、不規(guī)則粒狀存在于石榴石、綠輝石和藍(lán)閃石中或顆粒之間,長(zhǎng)柱狀和針狀金紅石為晶型較好的自形晶,粒狀金紅石表面粗糙,邊部多退變?yōu)殚鞘蜮佽F礦(圖2a,c)。

      4 相平衡模擬及P-T演化

      在模擬松多藍(lán)閃石榴輝巖的變質(zhì)演化過(guò)程中,考慮到P2O5主要形成磷灰石,在主要硅酸鹽礦物中含量很少,而忽略P2O5組分;選擇在 Na2O-CaO-K2O-MnO-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-TiO2-O(Fe2O3)(NCKMnFMASHTO)體系中模擬變質(zhì)作用過(guò)程。流體相設(shè)為純水,并假設(shè)水、石英和多硅白云母過(guò)剩,P2O5按照磷灰石(CaO)5·(P2O5)1.5·(H2O)0.5扣除相應(yīng)的組分。

      相平衡模擬使用的全巖成分取自XRF分析并換算為模式體系中的mole百分比。視剖面圖的計(jì)算使用程序THERMOCALC 3.33(Powell et al.,1998;updated July 2009),及配套的內(nèi)部一致性數(shù)據(jù)庫(kù)(file tcds55.txt,updated version of the Holland and Powell(1998)in November 2003)。所涉及的固溶體活度模型為石榴石(Wei et al.,2003,2004),單斜輝石(Green et al.,2007),角閃石(Diener et al.,2007),簾石(Holland and Powell,1998),綠泥石(Holland et al.,1998),斜長(zhǎng)石(Holland and Powell,2003),滑石(Holland and Powell,1998),多硅白云母(Coggon and Holland,2002),硬柱石、金紅石、榍石、藍(lán)晶石、石英和水設(shè)為純端元相。

      圖4 松多榴輝巖中角閃石的成分和分類(lèi)圖,箭頭指示著同一顆粒的從核到邊(a,據(jù)Leake et al.,1997)和多硅白云母的(Mg+Fe)vs.Si pfu(11氧原子)的成分圖 (b)Fig.4 The compositon and classification diagram for amphibole,the arrow represent from the core to the rim in a single grain(a,after Leake et al.,1997)and(Mg+Fe)vs.Si pfu diagram for phengite(b)in Sumdo eclogite

      藍(lán)閃石榴輝巖(樣品sd30)在NCKMnFMASHTO體系下的P-T視剖面圖(圖5)以四變域和五變域?yàn)橹?,六變域次之,雙變域和三變域極小。圖中計(jì)算了鎂鋁榴石等值線(xiàn)、鈣鋁榴石等值線(xiàn)(圖5a)和多硅白云母的Si-含量等值線(xiàn)以及飽和水含量等值線(xiàn)(圖5b)。圖5a顯示在含有藍(lán)閃石、硬柱石的榴輝巖組合(gl-g-o-law-ru(±chl±ta+phn+q+H2O))中,石榴石鎂鋁榴石等值線(xiàn)斜率很陡,其含量隨溫度升高而迅速增加,可以很好的指示溫度的變化;鈣鋁榴石等值線(xiàn)斜率平緩,其含量隨壓力升高而迅速降低,可以很好的指示壓力的變化。在藍(lán)閃石消失后的硬柱石榴輝巖組合(g-o-ta-law-ru(+phn+q/coe+H2O))中,鎂鋁榴石等值線(xiàn)斜率依然很陡,其含量隨溫度升高而增加,可以很好的指示溫度的變化,而鈣鋁榴石等值線(xiàn)具有中等正斜率,雖然其含量仍隨壓力升高而降低,但與含有藍(lán)閃石、硬柱石的礦物組合中相比,其含量隨壓力變化不敏感,并同時(shí)受溫度控制。圖5b顯示多硅白云母中硅含量等值線(xiàn)在大多數(shù)礦物組合中具有中等-平緩的正斜率,硅含量隨壓力升高而增加,可以很好的指示壓力的變化。巖石中現(xiàn)有的礦物組合gl-g-o-ep/czo-phn-ru-q在圖5中穩(wěn)定的PT范圍是15~22kbar,550~625℃,但是實(shí)際礦物組合中各礦物的成分(如石榴石中鎂鋁榴石和鈣鋁榴石的含量、多硅白云母中的Si-含量)與此溫壓范圍內(nèi)計(jì)算得到的礦物成分差別很大,并指示了更高的壓力條件。

      將實(shí)測(cè)石榴石環(huán)帶的鎂鋁榴石含量值(Xpy)和鈣鋁榴石含量值(Xgr)投在圖5中可得到,石榴石核部到幔部(C→M1)指示相對(duì)平緩的P-T軌跡,顯示溫壓條件從21.1kbar和570℃到22kbar和591℃的持續(xù)升溫升壓過(guò)程,此時(shí)與石榴石共生的礦物有藍(lán)閃石、綠輝石、綠簾石/斜黝簾石、硬柱石、金紅石以及石英和多硅白云母;石榴石幔部到邊部(M1-R1)指示相對(duì)較陡的P-T軌跡,由石榴石邊部R1所確定的溫壓條件是23.7kbar和595℃,而與石英相接觸的石榴石邊部R3所確定的溫壓條件是23.5kbar和605℃,與R1所確定的溫壓條件相似,但指示溫度略高,此時(shí)計(jì)算所得的藍(lán)閃石摩爾豐度只有1.5%,共生的礦物有石榴石、綠輝石、滑石、硬柱石、金紅石和多硅白云母。石榴石另一半環(huán)帶所記錄的P-T軌跡(C-M2-R2)與上述軌跡相似,只是邊部R2指示更低的壓力22.2kbar和相似的溫度601℃。但是,實(shí)測(cè)的多硅白云母中最大的Si-含量值(Si=3.61)指示了在610℃溫度(由石榴石邊部最大鎂鋁榴石含量 Xpy=0.28所確定)條件下30kbar的壓力,遠(yuǎn)高于石榴石中鈣鋁榴石等值線(xiàn)所確定的壓力條件,指示的礦物組合為 g-o-ta-law-ru(+phn+coe+H2O)。這可能與榴輝巖在后期抬升減壓過(guò)程中石榴石成分發(fā)生變化有關(guān),實(shí)測(cè)石榴石邊部的成分可能并不代表變質(zhì)溫壓峰期時(shí)的石榴石成分,也可能與巖石中局部全巖成分的不均一性導(dǎo)致礦物組合及成分的變化有關(guān)。

      T-X(MgO)和P-X(CaO)視剖面圖(圖6)顯示了全巖成分與石榴石和多硅白云母成分等值線(xiàn)之間的關(guān)系。在30kbar壓力條件下計(jì)算的 T-X(MgO)視剖面圖(圖6a)表示礦物組合和礦物成分與溫度及全巖X(MgO)[=MgO/MgO+FeOtotal),mol%(摩爾分?jǐn)?shù))]的關(guān)系,隨著全巖 X(MgO)的增加,含有藍(lán)閃石、滑石和綠泥石組合的穩(wěn)定域增加。柯石英過(guò)剩時(shí),含有藍(lán)閃石、滑石組合,以及柯石英消失時(shí)含有綠泥石組合中,鎂鋁榴石等值線(xiàn)非常平緩,其含量隨溫度的升高而增加,幾乎不受全巖X(MgO)的影響,因此鎂鋁榴石的含量可以很好的指示巖石溫度的變化。石榴石邊部最大鎂鋁榴石含量值(Xpy=0.28)在g-o-ta-law-ru(+phn+coe+H2O)組合域中限定了604~609℃的溫度范圍。多硅白云母中Si-含量等值線(xiàn)在大多數(shù)礦物組合域中非常平緩,其含量隨溫度升高而減小,幾乎不受全巖X(MgO)的影響,實(shí)測(cè)的多硅白云母最大Si含量值(Si=3.61)在g-o-ta-law-ru(+phn+coe+H2O)組合域中指示出了604~611℃的溫度范圍。

      圖5 樣品sd30在NCKMnFMASHTO(+phn+q/coe+H2O)體系下的P-T視剖面圖使用的全巖成分見(jiàn)表1,換算成模式體系中的mole百分含量為:SiO2=52.87,Al2O3=9.30,CaO=11.93,MgO=10.57,F(xiàn)eO=9.75,K2O=0.12,Na2O=3.50,TiO2=0.74,MnO=0.18,O=1.04.雙變域和三變域標(biāo)示為無(wú)色,四變域、五變域和六變域?yàn)橹饾u由淺灰色逐漸加深到深灰色,-q/coe表示組合內(nèi)不含石英或柯石英.(a)包含主要穩(wěn)定域礦物組合以及相應(yīng)的石榴石中鎂鋁榴石和鈣鋁榴石成分含量等值線(xiàn);(b)包含主要穩(wěn)定域礦物組合以及相應(yīng)的多硅白云母Si-含量等值線(xiàn)和飽和水含量等值線(xiàn)(wt%),以及綠輝石中的j(o)(j(o)=0.47~0.46)含量等值線(xiàn),藍(lán)色圓圈和粉紅色圓圈代表石榴石環(huán)帶成分點(diǎn),與圖3a對(duì)應(yīng),R1-R3成分與表2對(duì)應(yīng),P點(diǎn)代表由最大鎂鋁榴石含量和多硅白云母最大Si-含量等值線(xiàn)確定的峰期溫壓,D1-D7代表退變過(guò)程中相應(yīng)階段點(diǎn),具體礦物組合及成分見(jiàn)表3Fig.5 P-T pseudosection in the system NCKMnFMASHTO(+phn+q/coe+H2O)for sample sd30The bulk compositon used in this pseudosection see Table 1,and recalculated on the basis of normalized mol%to SiO2=52.87,Al2O3=9.30,CaO=11.93,MgO=10.57,F(xiàn)eO=9.75,K2O=0.12,Na2O=3.50,TiO2=0.74,MnO=0.18,O=1.04.The divariant and trivariant fields are unshaded,and the quadri-,quini-and hexavariant fields are shaded with increasing in blackness where-q/coe denotes quartz/coesite-absent assemblages.(a)-the pseudosections are contoured with isopleths of grossular and pyrope contents in garnet for the relevant mineral assemblages;(b)-the pseudosection cotains the main mineral assemblage,Si content in phengite,H2O content(wt%)required to saturate mineral assemblages and j(o)contents in omphacite(j(o)=0.47~0.46)for the relevant mineral assemblages.Plots of the garnet compositions are shown as blue-or pink-colored circles with the labels,consistent with that in Fig.3a.R1-R3 could be found in Table 2.The position P is the peak metamorphic condition based on the maximum pyrope content in garnet and maximum Si content in phengite;D1-D7 represent different retrogression stages and the specific mineral assemblage and composition are listed in Table 3

      在610℃溫度條件下計(jì)算的P-X(CaO)視剖面圖(圖6b)表示礦物組合和礦物成分與壓力及全巖X(CaO)[=CaO/MgO+FeOtotal+MnO+CaO+Na2O),mol%(摩爾分?jǐn)?shù))]的關(guān)系,隨著全巖X(CaO)的增加,含有藍(lán)閃石、滑石組合的穩(wěn)定域減小,同時(shí)含有藍(lán)晶石組合的穩(wěn)定域也減小,而含有簾石組合的穩(wěn)定域增加。石榴石邊部成分(R1、R2、R3)在圖中分別模擬出了兩組不同的壓力值,R1指示了在X(CaO)=0.38時(shí)27.5kbar和X(CaO)=0.23時(shí)21.5kbar的壓力,R2指示了在X(CaO)=0.37時(shí)24.5kbar和X(CaO)=0.32時(shí)21.5kbar的壓力,R3指示了在X(CaO)=0.35時(shí)25kbar和X(CaO)=0.28時(shí)23kbar的壓力,說(shuō)明巖石中由于局部全巖成分的不均,鈣鋁榴石含量可能指示不同的壓力;而多硅白云母中最大的硅含量值(Si=3.61)模擬出了29~32kbar壓力范圍。圖中顯示在含有藍(lán)閃石組合的穩(wěn)定域中,鈣鋁榴石等值線(xiàn)比較平緩,其含量隨壓力的升高而減小,但在藍(lán)閃石消失的g-o-ta-law、g-o-law組合中,鈣鋁榴石等值線(xiàn)較陡,其含量隨全巖X(CaO)增加而迅速增加,隨壓力升高而緩慢降低,不能很好的限定壓力;而多硅白云母Si-含量等值線(xiàn)在藍(lán)閃石消失后的g-o-ta-law-ru(+ph+coe+H2O)組合中非常平緩,其含量幾乎不受全巖成分影響,而隨壓力的升高而增加,可以很好的指示壓力的變化。

      圖6 樣品sd30(X(MgO)=0.52,X(CaO)=0.33)分別在P=30kbar和T=610℃時(shí),在NCKMnFMASHTO(+phn+q/coe+ru+H2O)體系下的T-X(MgO)(a)和P-X(CaO)(b)視剖面圖Fig.6 T-X(MgO)(a)and P-X(CaO)(b)pseudosections in the system NCKMnFMASHTO(+phn+q/coe+ru+H2O)for the sample sd30,calculated at P=30kbar with X(MgO=0.52)(a)and T=610℃ with X(CaO=0.33)(b),respectively

      上述分析說(shuō)明,藍(lán)閃石榴輝巖在NCKMnFMASHTO模式體系下利用多硅白云母中最大Si含量等值線(xiàn)和石榴石中最大鎂鋁榴石含量等值線(xiàn)模擬出了g-o-ta-law-ru(+phn+coe+H2O)的峰期礦物組合,給出了30kbar/610℃的峰期變質(zhì)溫壓條件(P點(diǎn)),這與藍(lán)閃石主要是后期退變質(zhì)過(guò)程中形成的巖相學(xué)觀察相一致。與石榴石接觸平衡共生的綠輝石(o1)硬玉含量(0.40→0.44)與j(o)的實(shí)測(cè)值(0.44→0.49)從核部到邊部逐漸增大以及石榴石中藍(lán)閃石包體從核部到邊部表現(xiàn)出(Na)M4升高的變化趨勢(shì)(表2)與相平衡模擬的進(jìn)變質(zhì)P-T軌跡中綠輝石和藍(lán)閃石的成分變化相一致(表3)。飽和水含量計(jì)算說(shuō)明巖石的進(jìn)變質(zhì)軌跡切割飽和水含量等值線(xiàn)(圖5b),并向水含量降低的方向演化,表明巖石中不斷發(fā)生脫水反應(yīng),所生成的流體有利于變質(zhì)礦物組合演化(Guiraud et al.,2001)。

      相平衡模擬的峰期礦物組合g-o-ta-law-ru(+phn+coe+H2O)不同于巖石中所觀察到的礦物組合,說(shuō)明后期退變過(guò)程使峰期礦物組合發(fā)生了改變。根據(jù)樣品sd30峰期P-T條件與現(xiàn)有礦物組合在相圖中的位置以及巖石中藍(lán)閃石、綠輝石邊部觀察到的大量后成合晶現(xiàn)象(圖2e)推斷,可能的抬升P-T軌跡為近等溫降壓過(guò)程。巖石從峰期P點(diǎn)減壓至D1點(diǎn)的過(guò)程中,切穿水含量降低的等值線(xiàn),硬柱石含量略微減少,石榴石中鈣鋁榴石含量增多,可能的脫水反應(yīng)為law→g(gr)+H2O,在約28kbar的壓力下柯石英轉(zhuǎn)變?yōu)槭?隨著退變軌跡進(jìn)入gl-g-o-ta-law-ru(+phn+q+H2O)組合內(nèi)(D1→D2),發(fā)生o+ta→gl+H2O脫水反應(yīng),直至滑石消失進(jìn)入gl-g-o-law-ru(+phn+q+H2O)組合內(nèi)(D2→D3),巖石中飽和水含量輕微增加,不利于礦物組合的演化,當(dāng)壓力降至約<23kbar時(shí),P-T軌跡進(jìn)入并穿過(guò)很窄的綠簾石、硬柱石共存的gl-g-o-ep-law-ru(+phn+q+H2O)組合(D3→D4),巖石發(fā)生明顯的脫水反應(yīng)o+law→g+gl+ep+H2O,直至所有的硬柱石消耗完畢,在此過(guò)程中簾石出現(xiàn)生長(zhǎng)并保存在體系中。計(jì)算顯示從D3到D4的減壓脫水反應(yīng)中釋放出的水約占巖石峰期水含量的三分之二(圖5b、表3)。

      在五變域gl-g-o-ep-ru(+phn+q+H2O)礦物組合中,繼續(xù)發(fā)生減壓退變(D4→D5)將發(fā)生水化作用,早期硬柱石脫水反應(yīng)大量釋放的水使得藍(lán)閃石和綠簾石在此時(shí)繼續(xù)生長(zhǎng),但隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行,體系中的富余流體被不斷消耗,當(dāng)沒(méi)有足夠外來(lái)流體進(jìn)入使巖石達(dá)到水飽和時(shí),巖石中的礦物組合將趨向于保存下來(lái)(Guiraud et al.,2001)。因此,樣品sd30中所觀察到的藍(lán)閃石、石榴石、綠輝石、綠簾石/斜黝簾石、多硅白云母、金紅石和石英可能不是特定的平衡條件下的礦物組合,而是巖石在進(jìn)變質(zhì)以及減壓退變等不同階段和溫壓條件下保存下來(lái)的礦物組合。當(dāng)巖石減壓至約16kbar時(shí),凍藍(lán)閃石開(kāi)始出現(xiàn),因?yàn)榱黧w的缺失,凍藍(lán)閃石的生長(zhǎng)主要依賴(lài)于藍(lán)閃石的消耗。在此退變過(guò)程中(D5→D6→D7)模擬計(jì)算的藍(lán)閃石(Na)M4先降低后增加,可能與該過(guò)程中藍(lán)閃石含量先不斷增加至凍藍(lán)閃石出現(xiàn)后其迅速消耗,含量減少有關(guān),這與基質(zhì)中部分藍(lán)閃石從核部到邊部實(shí)測(cè)的成分變化相一致(圖2d、表2、表3),也說(shuō)明了基質(zhì)藍(lán)閃石主要是退變質(zhì)過(guò)程中的產(chǎn)物;與藍(lán)閃石接觸的具有后成合晶退變邊的綠輝石從核部到邊部硬玉含量降低(0.44→0.37),實(shí)測(cè)j(o)值(0.47→0.46)沿推測(cè)的退變P-T軌跡指示了約18~19kbar的晚期退變壓力。此外,基質(zhì)中多硅白云母與角閃石接觸,呈港灣狀,具有較低的Si值(Si=3.46),與具有綠泥石退變邊的包體多硅白云母具有相近的Si含量值(Si=3.49)(圖5b),指示了約26~27kbar的早期抬升階段的壓力。

      H2 O 3.57 2.05 1.59 1.43 1.25 1.24 1.26 0.48 0.95 1.17 1.19 phn 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.015 0.016 0.016 0.016 0.016 hb 0.30 e p 0.08 0.004 0.10 0.15 0.17 0.15 s a m pl e s l a w 0.12 0.15 0.13 0.13 0.11 0.11 0.11 s t udi e d c hl 0.19 t he t a 0.01 0.02 0.00 e a s ur e d i n o 0.37 0.34 0.41 0.49 0.49 0.46 0.45 0.40 0.26 0.20 0.21 t ho s e m g 0.05 0.25 0.29 0.29 0.31 0.31 0.31 0.32 0.24 0.20 0.17 w i t h ba s i s)g l 0.10 0.19 0.11 0.04 0.05 0.11 0.29 0.37 0.10 o ne-o x i de a c t(o n g l/a c t)0.17 0.16 0.19 0.18 0.18 0.16 0.15 0.15 0.15 pr o po r t i o ns F (M 4~N a)1.86 1.74 1.76 1.76 1.76 1.78 1.68 1.56 1.60.16 0.12 o da l (0 m o) ~a nd j(0.47 0.45 0.48 0.49 0.50 0.49 0.49 0.50 0.46 0.43 0.45.83 1.89 1.49/).46比phn 0~0對(duì)po s i t i o ns 3.37 3.36 3.34 3.61 3.37 3.35 3.32 3.30 3.26 3.24.22 3~的Si(.44 0.47值c o m 0測(cè)~實(shí)i ne r a l.32.46品m Xg r 0.38 0.29 0.26 0.19 0.22 0.23 0.24 0.26 0.30 0.32 03.61 3樣究研y .11所c a l c ul a t e d Xp 0.05 0.17 0.23 0.28 0.28 0.27 0.27 0.25 0.16 0.12 0與值t he )算o f (℃502 570 590 610 603 602 601 600 592 585 584計(jì)T的分pa r i s o ns kba r).3成 (17.0 21.1 22.3 30.0 24.0 23.3 22.7 22.2 17.8 15.8 15物C o m P礦311234567 3P o i nt SD 30 S C M P D D D D D D D e a s ur e d表T a bl e M

      5 討論

      5.1 松多榴輝巖的變質(zhì)演化

      結(jié)合松多藍(lán)閃石榴輝巖的野外地質(zhì)產(chǎn)狀,我們?cè)趲r相學(xué)研究和相平衡模擬的基礎(chǔ)上,將松多藍(lán)閃石榴輝巖的變質(zhì)演化分為四個(gè)階段:(Ⅰ)遞進(jìn)變質(zhì)階段;(Ⅱ)峰期變質(zhì)階段;(Ⅲ)早期近等溫減壓變質(zhì)階段;(Ⅳ)晚期退變質(zhì)階段。為了更好的反映藍(lán)閃石榴輝巖的變質(zhì)演化過(guò)程,我們依據(jù)樣品sd30的全巖成分計(jì)算了在更大溫壓范圍內(nèi)(10~35kbar,450~700℃)的P-T視剖面圖,如圖7所示。

      5.1.1 遞進(jìn)變質(zhì)階段

      松多藍(lán)閃石榴輝巖的遞進(jìn)變質(zhì)階段以普遍發(fā)育的石榴石進(jìn)變質(zhì)環(huán)帶和其中的綠輝石、多硅白云母、藍(lán)閃石、綠簾石、金紅石、石英等包體為主要特征。石榴石環(huán)帶表現(xiàn)為從核部到邊部鎂鋁榴石含量(Xpy)增加,鈣鋁榴石含量(Xgr)降低的特點(diǎn),石榴石核部到幔部成分(C→M)記錄了以加熱升溫為主,伴隨輕微壓力升高的的變質(zhì)過(guò)程,反應(yīng)了巖石在早期經(jīng)歷了一個(gè)相對(duì)緩慢的俯沖過(guò)程,地溫梯度為7~8℃/km,依據(jù)此地溫梯度我們推測(cè)巖石在更早期經(jīng)歷了以綠泥石和綠簾石脫水反應(yīng)為主的藍(lán)片巖相變質(zhì)作用(S→C)。石榴石幔部到邊部成分環(huán)帶并結(jié)合峰期壓力P點(diǎn)(M→P)模擬出了一段以緩慢升溫、快速增壓為特征的P-T軌跡,反應(yīng)了巖石由早期的緩慢俯沖進(jìn)入到后期的快速俯沖階段,此時(shí)地溫梯度由7~8℃/km減小到5~6℃/km。從模擬的礦物摩爾含量變化及體系內(nèi)水含量的變化可以看出巖石在遞進(jìn)變質(zhì)階段主要以含水礦物綠簾石、藍(lán)閃石和少量硬柱石的脫水反應(yīng)為主(表3),與石榴石中含有的綠輝石、藍(lán)閃石、綠簾石、多硅白云母、金紅石和石英包體現(xiàn)象相符。但是石榴石中的凍藍(lán)閃石、鈉長(zhǎng)石包體與由石榴石環(huán)帶生長(zhǎng)模擬的進(jìn)變質(zhì)過(guò)程不一致,很可能的情況是這些包體是由石榴石中的藍(lán)閃石包體在晚期的退變質(zhì)階段形成的,其地質(zhì)意義與基質(zhì)中藍(lán)閃石邊部的鈉鈣質(zhì)閃石相同,這類(lèi)退變?cè)谖鞔髣e含藍(lán)閃石高壓-超高壓榴輝巖和南天山超高壓榴輝巖中都有發(fā)現(xiàn)(婁玉行等,2009;Wei et al.,2010;Tian and Wei,2013)。因此,前人根據(jù)石榴石內(nèi)角閃石、斜長(zhǎng)石、綠簾石、綠泥石及榍石等包體組合認(rèn)為松多榴輝巖在進(jìn)變質(zhì)階段經(jīng)歷過(guò)角山巖相甚至高綠片巖的結(jié)論需要商榷(李天福等,2007)。

      圖7 依據(jù)樣品sd30全巖成分在NCKMnFMASHTO(+phn+q/coe+H2O)體系下計(jì)算的P-T視剖面圖相圖中兩個(gè)藍(lán)片巖相與五個(gè)榴輝巖相的劃分引自Wei and Clarke(2011),標(biāo)有“Maruyama96”的藍(lán)紫色虛線(xiàn)顯示了硬柱石榴輝巖相和綠簾石榴輝巖相的分界線(xiàn)以及藍(lán)片巖相和榴輝巖相的分界線(xiàn)(Maruyama et al.,1996);標(biāo)有“Brown2012”的黃色虛線(xiàn)指示高壓榴輝巖相與藍(lán)片巖相和角閃巖相的分界線(xiàn),引自Wei et al.(2013);標(biāo)有“Wei2013”的綠色虛線(xiàn)指示低溫超高壓榴輝巖相與中溫超高壓榴輝巖相的分界線(xiàn),引自Wei et al.(2013);硬柱石、藍(lán)閃石、陽(yáng)起石和榍石的穩(wěn)定邊界線(xiàn)分別用深黃色、海藍(lán)色、深綠色與紫紅色的加粗顯示.綠色實(shí)線(xiàn)箭頭以及C、M、P和D4點(diǎn)代表了樣品sd30的進(jìn)變質(zhì)和早期減壓變質(zhì)軌跡,綠色虛線(xiàn)箭頭以及S、C點(diǎn)代表了巖石在早期可能經(jīng)歷的進(jìn)變質(zhì)過(guò)程.其它的與圖5相同F(xiàn)ig.7 P-T pseudosection in the system NCKMnFMASHTO(+phn+q/coe+H2O)for sample sd30The subdivisions of two blueschist subfacies and five eclogite subfacies are proposed by Wei and Clarke(2011);The blue dashed lines labelled“Maruyama96”shows the boundaries between lawsonite eclogite and epidote eclogite facies,and between blueschist and eclogite facies proposed by Maruyama et al.(1996).The yellow dashed lines labelled“Brown2012”showing the boundaries for the amphibolite,blueschist and HP eclogite facies are cited from Wei et al.(2013);The stabilities of lawsonite,glaucophane,actinolite and sphene equilibria are highlighted with deep yellow,ice blue,deep green and amaranth heavy curves,respectively.The green solid arrows shows the P-T path for modelling the prograde metamorphism and early decompression metamorphism of sample sd30.The green dashed arrows of S→C shows the possiblely prograde metamorphism in the early stage of sample sd30.Other details are the same as for Fig.5

      5.1.2 峰期變質(zhì)階段

      藍(lán)閃石榴輝巖的巖相學(xué)研究說(shuō)明,藍(lán)閃石形成于后期的退變質(zhì)階段。在NCKMnFMASHTO模式體系下依據(jù)全巖成分計(jì)算的P-T視剖面圖(圖5)模擬出松多藍(lán)閃石榴輝巖在五變域g-o-ta-law-ru(+phn+coe+H2O)的峰期礦物組合。在此組合域內(nèi),鎂鋁榴石含量主要受溫度控制(圖5a、圖6a),隨溫度升高而升高,可以很好的指示溫度的變化,利用石榴石中最大Xpy值可以在該組合域內(nèi)確定巖石形成的峰期溫度;而鈣鋁榴石含量不僅受壓力的控制,隨壓力升高而緩慢降低,而且隨全巖成分的改變而顯著改變(圖5a、圖6b),因此用鈣鋁榴石含量在此礦物組合中限定巖石形成的壓力會(huì)因巖石中局部成分的不均而產(chǎn)生很大的不確定性。此外,石榴石邊部發(fā)育富Xgr值的成分帶也說(shuō)明所實(shí)測(cè)的邊部鈣鋁榴石成分可能并不能有效的指示變質(zhì)峰期時(shí)的壓力條件。但是多硅白云母的Si-含量在大多數(shù)礦物組合域中受溫度和壓力控制,幾乎不受全巖成分的影響(圖5b、圖6),因此多硅白云母中的Si-含量在給定溫度的條件下,可以很好的限定巖石形成的壓力。巖相學(xué)和礦物學(xué)研究說(shuō)明巖石中多硅白云母的成分在后期退變質(zhì)過(guò)程中也不同程度的受到了改造,因此多硅白云母的最大Si-含量可以更好的指示巖石形成的峰期壓力。

      在THERMOCALC程序中使用石榴石鎂鋁榴石等值線(xiàn)和多硅白云母Si-含量等值線(xiàn)確定溫度和壓力的誤差大約是6℃和0.6kbar(2-δ的誤差),這種誤差僅來(lái)源于體系中焓的不確定性,沒(méi)有其他因素影響,因此誤差是最小的。因此,在礦物組合g-o-ta-law-ru(+phn+coe+H2O)中,我們可以用PT視剖面圖中石榴石邊部鎂鋁榴石的最大含量和多硅白云母中最大的Si含量來(lái)限定巖石形成的峰期P-T條件,給出了藍(lán)閃石榴輝巖峰期變質(zhì)溫壓條件為30±0.6kbar和610±6℃(圖5),這個(gè)條件與松多榴輝巖中石榴石邊部石英包體周?chē)嬖诘姆派錉盍鸭y脹裂結(jié)構(gòu)相符合,說(shuō)明松多榴輝巖經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用,而榴輝巖中石榴石發(fā)育良好的遞進(jìn)變質(zhì)生長(zhǎng)環(huán)帶,與大別造山帶低溫榴輝巖的石榴石環(huán)帶相似,以及巖石中普遍穩(wěn)定存在的藍(lán)閃石都說(shuō)明其形成的峰期變質(zhì)溫度較低(Carswell et al.,1997),對(duì)應(yīng)的峰期礦物組合為g-o-ta-law-ru(+phn+coe+H2O),屬于低溫超高壓榴輝巖(Zhang et al.,2008;Wei et al.,2013;魏春景等,2013)。

      前文討論了綠輝石(Fe3+)成分的不確定使GC溫度計(jì)估算溫度產(chǎn)生很大的誤差。魏春景等(2009)依據(jù)PT視剖面圖研究認(rèn)為,在含有硬柱石的高壓-超高壓榴輝巖中,石榴石中的鈣含量受硬柱石的控制,隨著壓力升高或溫度降低,硬柱石含量增加,使石榴石鈣降低,此時(shí)石榴石-綠輝石-多硅白云母之間的轉(zhuǎn)換反應(yīng)對(duì)石榴石成分的影響會(huì)很微弱,由于石榴石相對(duì)貧鈣而導(dǎo)致GCP壓力計(jì)結(jié)果偏低。Cheng et al.(2012)依據(jù)全巖成分,使用Domino軟件在Na2O-CaO-K2OFeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O(NCKFMASH)體系下計(jì)算的吉朗榴輝巖P-T視剖面圖給出了753~790℃的峰期溫度,相應(yīng)的礦物組合是g-o-phn-coe,但在該礦物組合中石榴石的鎂鋁榴石組分、鈣鋁榴石組分以及多硅白云母Si-含量主要受全巖成分的控制,難以利用它們來(lái)有效地限定巖石的溫壓條件(魏春景等,2013)。另外,Cheng et al.(2012)計(jì)算的視剖面圖在500~800℃的溫度范圍內(nèi)都沒(méi)有出現(xiàn)角閃石,可能也會(huì)使利用成分等值線(xiàn)確定溫壓產(chǎn)生影響。

      5.1.3 早期近等溫減壓變質(zhì)階段

      相平衡模擬表明松多低溫超高壓榴輝巖在達(dá)到峰期后經(jīng)歷了以近等溫減壓為特征的快速抬升過(guò)程。早期退變質(zhì)過(guò)程主要發(fā)生在硬柱石穩(wěn)定域內(nèi),以硬柱石和少量滑石的脫水反應(yīng)為主要特征。如圖5、表3所示,在早期減壓過(guò)程中巖石主要經(jīng)歷了以下變質(zhì)反應(yīng):(ⅰ)柯石英→石英;(ⅱ)law→g(gr)+H2O;(ⅲ)o+ta→gl+H2O和 law+o→g+gl+ep+H2O。脫水反應(yīng)(ⅱ)使得石榴石中鈣鋁榴石含量增加,說(shuō)明石榴石的邊部成分不能指示巖石形成的峰期壓力條件;反應(yīng)(ⅲ)使得巖石在減壓退變至23~24kbar時(shí)出現(xiàn)藍(lán)閃石,同時(shí)滑石不斷發(fā)生脫水反應(yīng)并消失,進(jìn)一步減壓退變至22~23kbar時(shí)出現(xiàn)綠簾石/斜黝簾石并保存在巖石中,在gl-g-oep-law-ru(+phn+q+H2O)組合域中伴隨著硬柱石明顯的脫水反應(yīng)直至消失。在早期的減壓退變過(guò)程中約占峰期礦物組合含水量60%的水被釋放出來(lái),巖石中不斷發(fā)生的脫水作用,使得峰期礦物組合不斷演化,難以保存下來(lái),礦物組合的演化生長(zhǎng)(表3)得到了很多巖相學(xué)觀察的證實(shí):1)藍(lán)閃石與綠簾石/斜黝簾石的平衡共生(圖2d),很多分布在石榴石和綠輝石的顆粒之間,在部分富綠輝石區(qū)域出現(xiàn)大量的綠簾石與藍(lán)閃石,多呈無(wú)定向分布,切穿由綠輝石組成的巖石片理;2)藍(lán)閃石和簾石變斑晶中含有石榴石、綠輝石、金紅石和石英等包體。雖然只有少量的多硅白云母參與早期減壓變質(zhì)過(guò)程,但其成分也不同程度的受到了輕微調(diào)整,如多數(shù)包體多硅白云母與基質(zhì)多硅白云母相比具有更高的Si含量,當(dāng)包體多硅白云母邊部有綠泥石時(shí),其Si含量也比較低。

      相平衡模擬表明松多藍(lán)閃石榴輝巖在遞進(jìn)變質(zhì)階段、峰期階段以及早期抬升過(guò)程中都會(huì)廣泛存在硬柱石,但是在巖石中并未發(fā)現(xiàn)硬柱石存在,甚至其假象。實(shí)際上,這一矛盾的現(xiàn)象已經(jīng)在巖石學(xué)中成為討論的熱點(diǎn)問(wèn)題(Clarke et al.,2006;Tsujimori et al.,2006;Wei and Clarke,2011;魏春景和崔瑩,2011)。魏春景和崔瑩(2011)認(rèn)為硬柱石難以保存的原因主要是巖石在折返過(guò)程中所發(fā)生變質(zhì)作用演化所致。就拉薩地塊松多榴輝巖的早期近等溫降壓抬升過(guò)程來(lái)說(shuō),硬柱石會(huì)通過(guò)大量的脫水反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫G簾石,這種抬升過(guò)程中幾乎不可能保存硬柱石(Clarke et al.,2006;Wei and Clarke,2011)。盡管在北祁連和西天山的榴輝巖及含藍(lán)閃石片巖的石榴石中發(fā)現(xiàn)了硬柱石包體(Zhang et al.,2007;Song et al.,2007;Du et al.,2011a,b),但松多榴輝巖中的石榴石裂隙比較發(fā)育,其包體也不同程度受到了退變質(zhì)改造。因此,即使在石榴石包體中也難以保存硬柱石。同樣,滑石在相平衡模擬中也出現(xiàn)在遞進(jìn)變質(zhì)階段和峰期變質(zhì)礦物組合中,但在巖石中并沒(méi)有滑石出現(xiàn),相平衡模擬說(shuō)明滑石也與硬柱石一樣在早期減壓變質(zhì)過(guò)程中發(fā)生脫水反應(yīng)而未能保存下來(lái)。

      5.1.4 晚期退變質(zhì)階段

      晚期退變質(zhì)作用以硬柱石消失后繼續(xù)減壓退變至出現(xiàn)凍藍(lán)閃石以及晚期的綠簾角閃巖相礦物組合為特征(圖7)。巖石在硬柱石消失后繼續(xù)降壓的過(guò)程中,P-T軌跡在含有綠簾石的gl-g-o-ep-ru(+phn+q+H2O)礦物組合域內(nèi)高角度切割巖石飽和水含量等值線(xiàn),并沿水含量增加方向演化,巖石將處于流體缺失狀態(tài),不利于礦物組合的演化(Guiraud et al.,2001),但早期硬柱石脫水反應(yīng)釋放的大量水仍可以使巖石在局部富流體區(qū)域生成大量的綠簾石和藍(lán)閃石,直至出現(xiàn)流體缺失狀態(tài)。在野外露頭榴輝巖局部發(fā)現(xiàn)的斜黝簾石條帶可能是這一階段形成的(陳松永,2010),進(jìn)一步減壓至約16kbar時(shí),凍藍(lán)閃石在藍(lán)閃石邊部開(kāi)始生成,巖石中仍然存在藍(lán)閃石說(shuō)明體系中沒(méi)有足夠的外來(lái)水使巖石在凍藍(lán)閃石穩(wěn)定域達(dá)到飽和。當(dāng)壓力降到11~12kbar時(shí),斜長(zhǎng)石開(kāi)始出現(xiàn),巖石中綠輝石逐漸被消耗并生成透輝石,進(jìn)一步降壓至11kbar以下時(shí),榍石開(kāi)始出現(xiàn)(圖7),這與巖石中觀察到的綠輝石邊部生成透輝石或角閃石與鈉長(zhǎng)石后成合晶,藍(lán)閃石邊部生成角閃石與鈉長(zhǎng)石后成合晶,金紅石邊部生成榍石相一致。綠輝石和藍(lán)閃石邊部的后成合晶現(xiàn)象反映了巖石在退變質(zhì)過(guò)程中流體缺乏的環(huán)境。石榴石邊部韭閃石冠狀體也應(yīng)發(fā)生在該階段。

      5.2 松多藍(lán)閃石榴輝巖的地質(zhì)意義

      以含有藍(lán)閃石低溫礦物為特征的松多榴輝巖,具有典型的MORB特征,石榴石邊部的石英包體周?chē)尸F(xiàn)的放射狀裂紋脹裂結(jié)構(gòu),結(jié)合相圖計(jì)算確定為低溫超高壓榴輝巖,具有低的、冷俯沖帶性質(zhì)地?zé)崽荻?,在遞進(jìn)變質(zhì)過(guò)程中經(jīng)歷過(guò)藍(lán)片巖相變質(zhì)作用,結(jié)合最近在松多榴輝巖帶新發(fā)現(xiàn)的超鎂鐵巖石、大洋和洋島玄武巖等蛇綠巖帶的巖石組合(陳松永,2010),認(rèn)為松多榴輝巖帶可能代表了青藏高原拉薩地塊內(nèi)一條新的大洋型高壓-超高壓變質(zhì)帶(Zhang et al.,2008),大約266Ma的榴輝巖相變質(zhì)時(shí)代(Cheng et al.,2012)說(shuō)明在拉薩地塊內(nèi)部可能存在過(guò)一個(gè)二疊紀(jì)的古特提斯洋盆。

      6 結(jié)論

      (1)青藏高原拉薩地塊松多榴輝巖帶新發(fā)現(xiàn)了藍(lán)閃石榴輝巖。利用NCKMnFMASHTO體系中的P-T視剖面圖,結(jié)合石榴石邊部最大Xpy值和多硅白云母最大Si-含量值確定了松多藍(lán)閃石榴輝巖的峰期變質(zhì)條件為30±0.6kbar和610±6℃,對(duì)應(yīng)的峰期礦物組合為g-o-ta-law-ru(+phn+coe+H2O)。

      (2)松多藍(lán)閃石榴輝巖經(jīng)歷了早期的緩慢俯沖過(guò)程和后期的快速俯沖過(guò)程,地溫梯度相應(yīng)的由7~8℃/km減小到5~6℃/km。峰期之后的榴輝巖經(jīng)歷了近等溫減壓的早期變質(zhì)過(guò)程,以硬柱石和少量滑石的脫水反應(yīng)生成藍(lán)閃石和綠簾石(約22~23kbar)為主要特征。其后的晚期退變質(zhì)階段以硬柱石消失后局部成分域內(nèi)由富余流體的消耗形成凍藍(lán)閃石(約16kbar)以及藍(lán)閃石和綠輝石邊部發(fā)育后成合晶為特征(11~12kbar),石榴石邊部的韭閃石冠狀體和金紅石邊部生成的榍石退變邊也發(fā)生在該階段。榴輝巖近等溫減壓的變質(zhì)過(guò)程可能代表了早期的構(gòu)造快速抬升過(guò)程。

      致謝 電子探針?lè)治鰷y(cè)試得到中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所陳振宇的幫助;論文寫(xiě)作過(guò)程中得到魏春景的指導(dǎo);二位匿名審稿人提出了很好的評(píng)審意見(jiàn);在此一并致謝!

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