2017, Vol. 33
高压-超高压深俯冲变质岩石作为俯冲到地幔深度又折返到地表的岩石，是板块汇聚边界及大洋俯冲和大陆碰撞的重要标志，见证了俯冲与折返的全过程(Maruyama et al., 1996; Ernst, 2006; Zhang et al., 2008)。近20年来有关高压-超高压变质岩石和岩石圈深俯冲作用的许多重大发现，有力推动了大陆动力学研究，为全面准确理解岩石圈板块构造演化提供了重要途径(郑永飞, 2008; Ernst, 2006)。而洋壳俯冲高压-超高压榴辉岩记录了大洋板块俯冲及造山带形成和演化过程中的大量信息，通过对其形成的温压条件和编制PT轨迹的限定，对于理解俯冲作用过程及造山带形成与演化有着重要的意义。
特提斯造山带的洋壳型榴辉岩呈东西向展布，滇西双江勐库地区新发现的退变质洋壳型榴辉岩位于其中-东段，是近年来云南省基础地质研究重要进展之一。李静等(2015)首先对此新发现进行了报道；此后，徐桂香等(2016)对其岩石学及矿物学特征进行了较为系统的研究，由其中柯石英假象的存在认为其可能经历了超高压变质作用；陈光艳等(2017)对其晚期退变质的温压条件进行了较为详细的研究，认为晚期退变质经历了高角闪岩相的近等温-降压、低角闪岩相的降温-降压、绿片岩相的等温-降压等3个阶段，并详细讨论了3个阶段的区域构造意义；刘桂春等(2017)对退变质榴辉岩的寄主岩——湾河蛇绿混杂岩进行了同位素年代学、岩石地球化学的系统研究，并探讨了滇西地区原-古特提斯的继承性演化过程。但是，对于勐库地区退变质榴辉岩的峰期变质、各退变质阶段的温压条件及时代一直没有明确的结论。
本文将在上述工作成果的基础上，进一步讨论勐库地区退变质榴辉岩的进变质、峰期变质、早期退变质、中期退变质的P-T条件，并结合区域地壳演化特征探讨其P-T-t轨迹反映的洋壳俯冲-折返过程，为滇西原-古特提斯的构造演化提供变质地质学方面的支撑。
2 区域地质概况滇西双江县勐库地区位于特提斯造山带东段，属云南省境内著名的昌宁-孟连构造带中段，保留有较为完整的原-古特提斯构造演化不同阶段的物质记录，是研究特提斯洋盆形成及发展演化的重要地区(图 1)。许多专家学者(钟大赉, 1998; 刘本培等, 1993, 2002; 潘桂棠等, 1997, 2003; 李兴振等, 1999; 莫宣学等, 1995; 莫宣学和潘桂棠, 2006)对该地区都有较为深入的研究。普遍认为昌宁-孟连构造带是古特提斯洋盆最终关闭的场所，其中的石炭纪铜厂街蛇绿混杂岩(CToφm)代表了古特提斯洋盆闭合后的残迹；古特提斯洋盆的发展演化经历了较为完整的威尔逊旋回；古特提斯洋盆是对原特提斯洋盆的继承性发展演化。但对于古特提斯洋盆对原特提斯洋盆究竟如何继承发展？原特提斯洋盆的起源、发展演化过程、表现形式等诸多基础性地质问题一直鲜有研究者提及。
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图 1 研究区地质简图及退变质榴辉岩的出露位置 Fig. 1 Geological map of the research area and outcrop location of retrograded eclogite |
通过云南省地质调查院及其他科研单位最近十余年来在昌宁-孟连构造带上开展的1：25万、1：5万区域地质调查及科研工作，又有了一些新的发现和认识(李静, 2004; 云南省地质调查院, 2003①, 2010②, 2012a③, b④, 2013a⑤, b⑥; 沈上越等, 2008; 毛晓长等, 2012; 毛晓长, 2016; 李文昌等, 2010,; 邓军等, 2012, 2016; 王保弟等, 2013; 段向东等，2003；段向东, 2013; Nie et al., 2015; Deng et al., 2014a, b; Xing et al., 2017; 邓军等, 2016; 王冬兵等, 2016; 康欢等, 2016)，为回答原特提斯洋的起源、发展演化过程、表现形式、原-古特提斯的继承性演化等问题提供了可能性。
① 云南省地质调查院. 2003. 1：25万临沧县幅、滚龙幅区域地质调查报告
② 云南省地质调查院. 2010. 1：5万亚练幅、曼来幅、大南坝幅、勐赖坝幅区域地质调查报告
③ 云南省地质调查院. 2012a. 1：25万澜沧县幅、勐海县幅区域地质调查报告
④ 云南省地质调查院. 2012b. 1：25万景洪市幅、勐腊县幅区域地质调查报告
⑤ 云南省地质调查院. 2013a. 1：5万木戛、富永、老厂、募乃、勐梭、澜沧县5幅区域地质调查报告
⑥ 云南省地质调查院. 2013b. 1：5万半坡、大山、谦六、芒蚌街、丫口街、官房6幅区域地质调查报告
这些新发现和新认识主要有：① 在石炭纪铜厂街蛇绿混杂岩(CToφm)以东约30km的云县头道水-邦海-大南美-双江县勐库-湾河一带厘定出了一条断续出露长度超过100km的奥陶纪湾河蛇绿混杂岩带(OWoφm)；表明云县-双江县一带的昌宁-孟连结合带是一个由两条不同时期的蛇绿混杂岩带构成的复杂的板块缝合带(图 1)；② 对前人划分的中元古界澜沧岩群进行了富有成效的分解，依据岩性组合及其中的变质火山岩的地球化学特征、同位素年龄资料，重新厘定为青白口系南木岭岩组、南华系勐景山岩组、震旦系-中奥陶统曼来岩组、上奥陶统惠民岩组；表明澜沧岩群是一套发育在陆壳残片之上的大洋沉积体系，沉积作用持续的时间可达数亿年之久，不是简单的基底岩系；③ 曼来岩组的绿片岩具有较为典型的大洋低钾拉斑玄武岩的特点，可能代表了原特提斯洋盆发育的鼎盛时期；惠民一带的惠民岩组火山岩具有典型的弧火山岩的特点，粟义一带的惠民岩组火山岩具有亚速尔型洋岛玄武岩的特点，二者可能分别受控于湾河洋盆的洋壳俯冲消减及铜厂街洋盆的初始扩张作用(云南省地质调查院, 2017⑦)；④ 在控角、那卡河、根很河等地的奥陶纪湾河蛇绿混杂岩带(OWoφm)中发现了多个规模不等的退变质榴辉岩构造岩片，并获得了801Ma的榴辉岩原岩年龄，以及447Ma、291Ma、230Ma的多期变质年龄信息(云南省地质调查院, 2017)。
⑦ 云南省地质调查院. 2017. 1：5万香竹林、勐勇、勐撒、懂过、耿马县、安雅、勐库7幅区域地质调查报告
综合上述地质资料分析，表明至少在南华纪地史时期，原特提斯洋盆已经初见端倪，甚至已经出现了初始的洋壳；震旦纪-中奥陶世的漫长地史时期是原特提斯洋盆发育的主要阶段；从晚奥陶世开始，原特提斯洋盆进入了俯冲消减阶段；同时，其西侧的古特提斯洋盆开始扩张成盆，可能到志留纪末期-泥盆纪初期，原特提斯洋盆俯冲消减完毕，古特提斯洋盆进入快速扩张成盆阶段，从而完成了原-古特提斯的继承性演化；即古特提斯洋盆的发育不是原特提斯洋盆关闭后的再次打开，而是在同一个大洋盆地中澜沧陆壳残片两侧的扩张脊的消亡与新生的过程。勐库地区的退变质榴辉岩的形成及发展、演化在一定程度上也可看作是原特提斯的消亡和古特提斯的形成及发展演化的变质作用记录。
3 采样和测试本次研究的样品主要来源于控角、那卡河一带湾河蛇绿混杂岩带中(图 1)，空间上介于三叠纪的临沧花岗岩基与大面积分布的澜沧岩群之间；根很河地区的奥陶纪湾河蛇绿混杂岩及其中的退变质榴辉岩呈捕虏体形式分布于三叠纪的临沧花岗岩基中，由于临沧花岗岩的热作用，主要记录了三叠纪以来的变质温压条件及年代学信息，本文也未列出相关的分析数据。
退变质榴辉岩矿物成分电子探针测试在国土资源部大陆动力学重点实验室、北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室和天津地质调查中心完成。使用的电子探针显微分析仪(EPMA)为日本电子公司：JXA-8100和JXA-8230。分析测试条件：加速电压15kV，电子流2×10-8A，摄谱时间10s，电子束斑除了白云母使用5μm测定外，其他矿物均用2μm电子束斑测定，标准样品采用美国SPI公司53种标准矿物化学成分。能谱仪(EDS)由英国OXFORD公司制造，加速电压20kV，束流1.52×10-9A。扫描电镜为日本电子公司JSM-561LV型，电子束电压为20kV，焦距20mm，束斑大小为41nm。矿物端元组分及硅原子参数【Si】的计算采用张书煌等(1989)编著的《地质科学程序集》进行。矿物代号采用沈其韩(2009)和Whitney and Evans (2010)的资料。
4 退变质榴辉岩矿物共生组合特征由于该退变质榴辉岩经历了多期复杂的退变质作用改造(李静等, 2015)，特别是晚期角闪岩相-绿片岩的减压降温退变质作用十分强烈(陈光艳等, 2017)，榴辉岩相的矿物平衡共生关系几乎没有保留；基本上不可能应用传统的石榴石-单斜辉石(GC)温度计、石榴石-单斜辉石-多硅白云母(GCP)压力计进行变质作用PT条件的估算。根据大量岩相学及电子探针资料分析，榴辉岩相的变质矿物主要有镁铝榴石(Prp)、铁铝榴石(Alm)、绿辉石(Omp)、多硅白云母(Phg)、硬玉(Jd)、柯石英(Coe)、硬柱石(Lws)、金红石(Rt)、透辉石(Di)、钙铝榴石(Grs)等；矿物世代的划分主要依据矿物之间的包裹关系、电子探针分析成果计算的矿物端元组分等资料进行推断，存在一定的不确定性，尤其是对进变质阶段的矿物组合及共生关系的推断更是如此。
根据目前研究，可初步将勐库退变质榴辉岩的变质过程划分为进变质、峰期变质、早期退变质、中期退变质(热折返)、晚期退变质(主期退变质)等5期，其中第一期为硬柱石蓝片岩相-硬柱石-蓝闪石榴辉岩相变质，第二、三、四期为榴辉岩相变质，第五期为角闪岩相-绿片岩相变质。本文主要研究前4期变质作用的P-T条件。
4.1 峰期变质矿物组合及成分根据岩相学的研究，峰期变质矿物主要以包裹体的形式分布于中-粗粒的淡粉红色石榴石中，没有发现明显的平衡共生关系，一些矿物颗粒还有明显的退变质现象。主要有绿辉石、硬玉、多硅白云母、柯石英、硬柱石、镁铝石榴石，细小的磷灰石、金红石等(图 2a-d)。
绿辉石 主要以残留包体的形式分布于中-粗粒的石榴石中，由于矿物粒度较小，仅靠光性特征难以准确判定；通过电子探针分析表明，其具有较高的Na2O含量(7.01%~8.37%)，相应的硬玉分子数jd=65.10%~68.80%(表 1)。
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表 1 单斜辉石电子探针分析结果(wt%) Table 1 Microprobe analyses of clinopyroxene (wt%) |
硬玉 较为少见，仅以包体的形式分布于绢云母化的斜长石中，辉石式解理较为清晰，并被斜长石交代蚕食，通过电子探针分析表明，其硬玉分子数jd=80.16%~82.64%(表 1)。
石榴石 峰期变质的石榴石呈细小的粒状包裹体产于中-粗粒石榴石中，或零星分布于中-粗粒石榴石间；与早期退变质阶段的石榴石在光性特征上差异不大，但成分差异明显，其py=30.15%，alm=53.66%，gr=15.48%，sp=0.72%，属镁铝榴石；而后者主要属铁铝榴石(表 2)。
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表 2 石榴子石电子探针分析结果(wt%) Table 2 Microprobe analyses of garnet (wt%) |
多硅白云母 呈较大的片状包裹体产于中-粗粒石榴石中，其光性特征较为清晰，部分多硅白云母中还包含有更早的多硅白云母；电子探针分析表明，其硅原子参数【Si】=3.802~3.891(表 3)；可能包括了进变质阶段形成的多硅白云母。
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表 3 多硅白云母电子探针分析结果(wt%) Table 3 Microprobe analyses of phengite (wt%) |
柯石英、金红石 以较小的包裹体形式分布于中-粗粒的石榴石中，多数颗粒周围发育有放射状的胀裂纹，表明其已退变为多晶石英；一些退变为“榍石+钛铁矿”集合体的颗粒周围也发育有类似的胀裂纹。
硬柱石 多数已退变为绿帘石，仅保留了硬柱石的菱形假象，部分为帘石-云母-钠长石组成复合包裹体；少数较大颗粒的核心部分有类似硬柱石的光性特征，电子探针分析表明，其化学成分介于典型的硬柱石与典型的钙铝榴石之间，可能为硬柱石受热脱水形成的硬柱石-钙铝榴石的混合物(表 4)。
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表 4 硬柱石电子探针分析结果(wt%) Table 4 Microprobe analyses of lawsonite (wt%) |
由于后续多期变质作用的改造，进变质阶段的矿物共生关系很难查明，仅从岩相学的资料分析，难以准确判定是否存在；但从后续石榴石、多硅白云母的电子探针分析成果看，应该保留有一些进变质阶段的矿物。
4.2 早期退变质矿物组合及成分根据镜下不同世代矿物之间的包裹关系的研究(徐桂香等, 2016)，早期退变质矿物主要有石榴石、金红石、绿辉石、多硅白云母、蓝闪石(?)等(图 2e, f、图 3a-c)。
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图 2 退变质榴辉岩峰期、早期退变质典型矿物组合和显微结构照片 (a)石榴石(Grt2)中的绿辉石(Omp1)残留包裹体，其硬玉分子数jd=65.10%~68.80%；(b)绢云母化的斜长石中的硬玉(Jd)包裹体，具辉石式解理，其硬玉分子数jd=80.16%~82.64%；(c)石榴石(Grt2)中的柯石英(Coe)包体，在其周围发育有胀裂纹，表明其已经退变为多晶石英(Qtz)；(d)石榴石(Grt2)中的多硅白云母(Phe)、硬柱石(Law，多数已退变为绿帘石-钙铝榴石，残留菱形假象)、石英(Qtz)、磷灰石(Ap)等包体；(e)早期退变质的中-粗粒淡粉红色石榴石(Grt2)散布于晚期退变质形成的闪石类矿物的基质中；(f)早期退变质形成的金红石(Rt)及其榍石(Spn)退变反应边，呈环礁状分布于微细粒状、指纹状角闪石、斜长石中 Fig. 2 Microphotographs showing typical mineral assemblage and micro-texture of retrograded eclogite in the peak period metamorphism and early period remetamorphism |
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图 3 退变质榴辉岩早期、中期退变质典型矿物组合和显微结构照片 (a)早期退变质形成的绿辉石(Omp2，jd=32.26%~45.62%)呈残留包体分布在晚期退变质形成的淡棕黄色-浅黄绿色的角闪石(Hb)中；(b)石榴白云石英片岩中多硅白云母(Phe2)与石英(Qtz)、石榴子石(Grt2)的平衡共生关系，早期退变质形成的岩石；(c)早期退变质形成的蓝闪石，由于后期角闪岩相退变质作用的改造，目前呈冻蓝闪石残留包裹体的形式分布于角闪石中；(d)中期退变质形成的单斜辉石(Cpx)的帚状后成合晶，其中包裹了早期退变质形成的石榴石(Grt2)；(e)中期退变质形成的单斜辉石(Cpx2)中包含有先前的单斜辉石+斜长石(Cpx1+Pl)的后成合晶；(f)中期退变质形成的单斜辉石(Cpx)与铁铝榴石(Grt3，内部较为干净，无包体)的平衡共生关系，矿物颗粒间呈120°夹角 Fig. 3 Microphotographs showing typical mineral assemblage and micro-texture of retrograded eclogite in the early period remetamorphism and medium period remetamorphism |
石榴石 是保留最多的早期退变质矿物，呈中-粗粒淡粉红色，其中可见前述峰期变质矿物的包裹体，也有的石榴石中几乎不含任何包裹体；普遍具黑云母、绿泥石、绿帘石的减压退变反应边，退变强烈者完全分解成“角闪石+斜长石”、“角闪石+斜长石+黑云母”、“绿帘石+斜长石+角闪石”的后成合晶。电子探针分析表明，本期石榴石均属铁铝榴石，其py=4.30%~10.69%，alm=56.72%~69.98%，gr=21.89%~29.78%，sp=0.43%~4.53%；偶见少量的锰铝榴石，其py=2.62%~5.91%，alm=48.72%~49.61%，gr=22.87%~27.97%，sp=16.54%~25.84%(表 2)；部分较大的石榴石颗粒中包含有一些可能是由硬柱石受热分解形成的钙铝榴石包裹体。
金红石 分布不均匀，部分样品中特别富集，但多数样品中未见到。镜下呈褐红-红褐色，具弱多色性、正极高突起，多数发育有榍石退变反应边；主要以微细粒状-指纹状的“角闪石+斜长石”集合体中的包裹体形式产出，普遍发育“榍石+钛铁矿”的退变反应边，呈环礁状，部分呈半定向排列，应属早期退变质作用的产物。部分“角闪石+斜长石”的后成合晶中也见少量的金红石，暗示了峰期变质作用过程中可能也有少量的金红石生成。电子探针分析表明其TiO2=98.54%。
绿辉石 主要以包裹体的形式分布于淡棕色、浅黄绿色-无色角闪石中，由于粒度较细，裂纹发育，仅靠光性特征难以准确判定。通过电子探针分析，其Na2O含量为4.23%~5.32%，相应的硬玉分子数jd=32.26%~45.62%(表 1)，与峰期变质的绿辉石有较为明显的差异。
多硅白云母 主要分布于石榴白云石英片岩、白云母石英片岩中。前者分布于退变质榴辉岩与变质堆晶辉长岩(层状斜长角闪岩)之间的剪切带中，由于与其平衡共生的石榴石与前述中-粗粒淡粉红色石榴石的成分类似，故认为这些多硅白云母也是早期退变质阶段的产物；通过电子探针分析，其硅原子参数【Si】=3.588~3.613。白云母石英片岩可能为远洋沉积的硅-泥质沉积组合经高压-超高压变质改造而成，退变质榴辉岩被包裹其中；通过电子探针分析，其中的硅原子参数【Si】=3.569~3.891(表 3)，虽然均为多硅白云母，但成分跨度较大，可能包括了进变质、峰期变质、早期退变质等不同阶段的多硅白云母。
蓝闪石(?) 较为少见，主要呈残留体的形式分布于淡棕黄色-蓝绿色的角闪石内部，且均已退变为冻蓝闪石，仅保留了蓝闪石的假象。
4.3 中期退变质矿物组合及成分中期退变质的典型矿物为单斜辉石、钙铝榴石，围绕金红石发育的“榍石+钛铁矿”退变质反应边也可能是这一时期形成的，另有少量硬玉分子jd=10%~30%的细小单斜辉石-绿辉石颗粒也可能是中期退变质作用的产物。本期矿物分布不均匀，一些样品中大量出现，而在多数样品中未见及(图 3d-f)。单斜辉石的出现表明本期变质作用的温度较高。
单斜辉石 淡绿色-无色，半自形-他形粗中粒(d=1~3mm)变晶状，正高突起，具辉石式解理，发育帚状后成合晶；干涉色二级蓝绿，沿边缘、裂隙见角闪石化，局部退变成斜长石+角闪石的后成合晶。电子探针分析结果表明，绝大多数属次透辉石，少数属普通辉石(表 1)；个别较大颗粒内见更早期的“单斜辉石+斜长石”的后成合晶。可能分别由早期退变质、峰期变质的绿辉石减压退变而成。
铁铝榴石 中期退变质的铁铝榴石与其早期退变质的石榴石在光性特征上并无太大差异；但一些与中期退变质形成的透辉石平衡共生的中-粗粒、干净无包裹体的铁铝榴石可能是这一阶段的产物(图 3f)；此外，一些较大的铁铝榴石颗粒的边缘具有比核部、幔部更高的py分子数，也可能是这一阶段形成的增生边。
钙铝榴石 由于矿物粒度细小，钙铝榴石与峰期变质的镁铝榴石、早期退变质的铁铝榴石在光性特征上没有明显差异，主要通过电子探针分析成果进行判定；其py=0.05%~2.33%，alm=16.18%~29.82%，gr=69.61%~83.54%，sp=0.06%~0.61%(表 4)。主要有2种产出状态：① 呈细粒状散布于晚期退变质的闪石类矿物的基质中；② 呈包裹体分布于中-粗粒淡粉红色石榴石中；推测二者分别为早期退变质、峰期变质形成的硬柱石在较高温度条件下受热脱水分解而成。这可能也是勐库地区的退变质榴辉岩中峰期镁铝榴石较为少见的原因，即硬柱石受热分解过程中消耗了镁铝榴石，同时形成钙铝榴石、富镁的闪石、富钙的帘石类矿物等。
4.4 晚期退变质矿物组合晚期退变质作用较为强烈，形成了大量的闪石类矿物，奠定了勐库地区退变质榴辉岩的基本特点；通过对闪石类矿物的岩相学、化学成分的详细研究，可将其进一步细分为如下3个阶段：① 高角闪岩相的近等温降压阶段；② 低角闪岩相的近等压降温阶段；③ 绿片岩相的等温降压阶段。可能分别与中-晚三叠世的碰撞造山、中侏罗世的地壳伸展、喜马拉雅陆内造山运动相对应(陈光艳等, 2017)。
5 变质作用P-T-t轨迹模拟及其意义 5.1 关于多硅白云母讨论本次对退变质榴辉岩的研究过程中，对不同产状的多硅白云母进行了大量的测试(表 3)。不同产状的多硅白云母成分差异明显，可能具有不同的成因：产于退变质榴辉岩与湾河蛇绿混杂岩之间的脆-韧性剪切带由石榴白云石英片岩组成，其中的多硅白云母与铁铝榴石(图 3b)共生，应形成于早期退变质阶段；早期退变质石榴石中的多硅白云母包体(图 2d)可能形成于进变质-峰期变质阶段；作为退变质榴辉岩直接围岩的白云母石英片岩可能为远洋硅-泥质沉积组合经历高压-超高压变质作用的产物，其中的多硅白云母十分丰富，有可能形成于进变质、峰期变质、早期退变质阶段。在多硅白云母的硅原子参数【Si】-主要氧化物图解中(图 4)，【Si】与SiO2、FeO、MgO呈正相关、与Al2O3呈负相关的情况很正常、合理。但进一步的研究发现，这些多硅白云母明显可以分为3组：Ⅰ组-【Si】=3.569~3.656，并与SiO2、Al2O3均呈负相关，与其余两组相距较远，产于石榴白云石英片岩、白云石英片岩中；Ⅱ组-【Si】=3.802~3.891，也与SiO2、Al2O3呈负相关，与Ⅲ组相距较近，产于白云石英片岩、或作为石榴石中的包体；Ⅲ组-【Si】=3.690~3.786，与SiO2呈明显的正相关，与Al2O3呈负相关，也产于白云石英片岩、或作为石榴石中的包体。三者之间的显著差异可能代表了其形成过程中PT条件的明显变化；结合其地质产状及后续各变质作用阶段PT条件的讨论，可合理地推断Ⅰ组多硅白云母可能形成于早期退变质阶段；Ⅱ组多硅白云母可能形成于峰期变质阶段；而Ⅲ组多硅白云母数量较多、分布集中，可能形成于进变质作用阶段。暗示了多硅白云母石英片岩可能经历了与退变质榴辉岩相似的高压-超高压变质作用。
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图 4 多硅白云母硅原子参数【Si】-氧化物图解 Fig. 4 【Si】 vs. oxide diagrams of phengite |
在大多数变质岩石的矿物组合中，多硅白云母的硅原子参数【Si】随着变质作用压力的增加而增加，因此可将其作为地质压力计使用。但随着研究的深入，特别是近年来高压、超高压实验岩石学的成果表明，多硅白云母的硅原子参数【Si】除受压力的影响外，温度、矿物组合等因素对其也有明显影响，不能简单地仅仅依据多硅白云母的硅原子参数【Si】就确定变质作用的压力环境。
5.2 P-T视剖面图及其应用由于多期退变质作用的改造，不同变质阶段的矿物平衡共生关系难觅踪迹，使用传统的石榴石-单斜辉石(GC)温度计、石榴石-单斜辉石-多硅白云母(GCP)压力计进行变质作用的P-T条件的估算十分困难。本次研究我们采用魏春景等(2009)等依据MORB成分计算的PT视剖面图中石榴石、绿辉石、多硅白云母的成分随体系P-T条件变化的情况来大致估算不同阶段的P-T条件。计算使用的MORB为大西洋洋中脊石英拉斑玄武岩，其氧化物的重量百分数为SiO2=49.20%、TiO2=2.03%、A12O3=16.09%、Fe2O3=2.72%、FeO=7.77%、MnO=0.18%、MgO=6.44%、CaO=10.46%、Na2O=3.01%、K2O=0.14%和P2O5=0.23%；勐库地区退变质榴辉岩的原岩可分为洋脊-准洋脊型玄武岩、洋岛型玄武岩两类，其中洋脊-准洋脊型玄武岩的成分为：SiO2=50.04%~47.75%、TiO2=1.50%~1.83%、A12O3=14.34%~15.58%、Fe2O3=2.07%~3.36%、FeO=6.00%~8.23%、MnO=0.21%~0.22%、MgO=5.37%~7.52%、CaO=9.35%~13.83%、Na2O=2.45%~3.31%、K2O=0.19%~0.84%和P2O5=0.18%~0.21%(孙载波等, 2017)，与上述的大西洋洋中脊石英拉斑玄武岩较为相近；故将其结论用于讨论勐库地区的退变质榴辉岩的PT条件应该是合理、可行的。
在魏春景等(2009, 2013)依据大西洋洋中脊石英拉斑玄武岩计算的NCKMnFMASHO (+ph+q+H2O)体系(以下简称体系)的温、压范围内，共划分了5类榴辉岩相(图 5、图 6、图 7)：蓝晶石榴辉岩相(ky-EC)、硬柱石榴辉岩相(law-EC)、硬柱石-蓝闪石榴辉岩相(law-gl-EC)、绿帘石-蓝闪石榴辉岩相(ep-gl-EC)、普通角闪石榴辉岩相(hb-EC)；两类蓝片岩相：硬柱石蓝片岩相(law-BS)、绿帘石蓝片岩相(ep-BS)；以及角闪岩相(AM)及高压麻粒岩相(HGR)。其中硬柱石蓝片岩相和硬柱石-蓝闪石榴辉岩相之间没有明确的界线，二者的矿物组合也类似，但前者含有较多的含水矿物。普通角闪石榴辉岩相与角闪岩相的界线也难以准确确定，大致以绿辉石的j(o)=30% (Jd+Ae)为界。在该PT视剖面图上，魏春景和朱文(2007)、魏春景等(2009)还计算了多硅白云母、绿辉石、石榴石的成分等值线，进一步清楚地表明了变质作用过程中矿物成分的变化受温度、压力、矿物组合等多种因素的制约。本次研究就是在前述岩石学、矿物学研究的基础上，将不同阶段的绿辉石、石榴石、多硅白云母的电子探针分析成果计算的相关参数投影到相应的图解中来大致确定各阶段变质作用的PT条件。
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图 5 体系PT视剖面图及绿辉石的XMg及j(o)等值线 Fig. 5 PT pseudosection in the system and isopleth for XMg and j(o) in omphacite |
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图 6 体系PT视剖面图及石榴石的py及gr等值线 Fig. 6 PT pseudosection in the system and isopleth for pyrope (py) and grossular (gr) in garnet |
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图 7 体系PT视剖面图及多硅白云母的【Si】等值线 Fig. 7 PT pseudosection in the system and isopleth for 【Si】 in phengite |
从岩相学、矿物学的资料分析，勐库地区的各种退变质榴辉岩中均未出现蓝晶石，但有硬柱石及其假象，表明其应属低温型的硬柱石榴辉岩类，而不是中-高温型的蓝晶石榴辉岩类。
峰期变质的绿辉石的j(o)=65.10%~68.80%，明显超出了图 5的范围，暗示了其峰期变质的压力P应该大于4GPa。峰期变质的石榴石仅获一件分析成果，其py=30.15%，gr=15.48%，在图 4中其相应的压力P=3.35GPa、温度T=607℃，落入硬柱石榴辉岩相(law-EC)区，明显超过了石英-柯石英的相变压力(2.8GPa±)，相应的理论矿物组合为：石榴石+绿辉石+滑石+硬柱石，这与岩相学的资料吻合较好。但该压力可能只是峰期变质压力的下限值，实际的峰期压力条件应该比这一数值要高一些。图 5左上部分，【Si】等值线大致呈向左45°倾斜，表明在硬柱石榴辉岩相、硬柱石-蓝闪石榴辉岩相及硬柱石蓝片岩相温-压条件下，【Si】受温度、压力的双重影响，矿物组合对其影响不大。峰期多硅白云母的硅原子参数【Si】=3.802~3.891，将峰期石榴石确定的PT条件投影到图 7中，并进行适当的外推，可大致确定峰期变质的温-压条件：P=3.35~4.46GPa，T=530~610℃；实际的压力值可能会更高一些。
早期退变质形成的绿辉石的j(o)=32.26%~45.62%，相应的XMg=60.81~75.19，在图 5中落入硬柱石-蓝闪石榴辉岩相(law-gl-EC)区，相应的变质压力P=2.26~2.46GPa、温度T=490~540℃。早期退变质形成的石榴石数量较多，其py=4.30%~10.69%，gr=21.89%~29.78%，在图 4中，绝大多数样品落入硬柱石-蓝闪石榴辉岩相(law-gl-EC)区，少数样品落入硬柱石蓝片岩相(law-BS)区，相应的变质压力P=1.96~2.50GPa、温度T=470~530℃。早期退变质形成的多硅白云母的硅原子参数【Si】=3.569~3.656，将由绿辉石确定的压力投影到图 5中，获得相应的变质温度为T=515~555℃；将绿辉石确定的变质温度投影到图 7中，也可获得相应的变质压力为P=1.93~2.32GPa。总之，不同变质矿物确定的早期退变质PT条件虽然有一定差异，但变化不大，故本文将早期退变质的PT条件确定为：P=2.00~2.50GPa，T=470~540℃。与峰期变质条件相比是一个降温、降压过程。
中期退变质矿物总体上较为少见，但在部分样品中明显富集。1件绿辉石的j(o)=30.14%，相应的XMg=74.48，在图 5中落在普通角闪石榴辉岩相(hb-EC)与角闪岩相(AM)的分界线上，相应的变质压力P=1.35GPa，变质温度T=726℃。一些透辉石、普通辉石，与透辉石平衡共生的铁铝榴石，中-粗粒铁铝榴石边部略富py分子的增生边也可能是这一阶段形成的新生矿物。另外，据陈光艳等(2017)的研究，晚期退变质第一阶段的压力P=0.56~0.75GPa，温度T=626~704℃。结合前述绿辉石的成分反映的温-压条件，本文认为将中期退变质的温度推定为：T=700~750℃是比较合理、可信的；在此假设基础上，本文使用Ravna (2000)的方法对中期退变质的压力条件进行估算，获得的压力P=0.95~1.43GPa，即中期退变质的温-压环境大致相当于普通角闪石榴辉岩相-高压麻粒岩相。由于计算所采用的分析数据来自不同批次的分析样品、不同薄片，也没有很好的平衡共生关系，这一数值仅能作为参考，但从共生的矿物组合及晚期退变质的温压条件分析，该数值还是较为合理、可信的。与早期退变质作用相比，中期退变质作用是一个明显的降压-增温过程，即所谓“热折返”，这也是许多低温榴辉岩的普遍特征。
在图 6中，还有一部分相对贫镁的铁铝榴石指示了比早期退变质形成的铁铝榴石更低的温度T=430~462℃，但变质压力与早期退变质大致相当，P=2.00~2.28GPa，主体上属硬柱石蓝片岩相与硬柱石-蓝闪石榴辉岩相的过渡区域，它们的py=2.49%~6.75%，alm=62.76%~73.16%，gr=17.20%~28.59%，sp=1.63%~4.96%，推测为进变质阶段的矿物；与前述的Ⅲ组多硅白云母可能形成于同一变质阶段。将由石榴石确定的变质温度投影到图 7中，可获得相应的压力P=2.00~2.34GPa；将由石榴石确定的变质压力投影到图 7中，也可获得相应的变质温度T=420~450℃。尽管不同的方法确定的温-压环境有一定差异，但总体上较为相似，故本文将进变质阶段的温-压环境确定为：P=2.00~2.30GPa，T=420~460℃，跨越硬柱石蓝片岩相与硬柱石-蓝闪石榴辉岩相两个相区。
应该说明，由于缺乏岩相学依据的支撑，仅从石榴石、多硅白云母的化学成分推断进变质阶段的温压条件确实存在一定的风险。但从理论上分析，由洋壳的俯冲消减形成低温型榴辉岩的过程中必定要经历硬柱石蓝片岩相的过程，形成相应的矿物组合也是可能的。
5.4 P-T-t轨迹及其地质意义众所周知，硬柱石榴辉岩是冷洋壳深俯冲作用的产物，其形成及发展演化在一定程度上反映了洋盆的发展、演化过程。本次研究的退变质榴辉岩无疑属硬柱石榴辉岩，其位于特提斯造山带东段，属滇西昌宁-孟连构造带中段。对其进行深入研究无疑能加深对整个昌宁-孟连构造带上特提斯洋盆发展演化的认识，特别是对于重塑原-古特提斯的继承性性演化细节很有意义。
勐库地区的退变质榴辉岩呈构造岩片的形式分布于湾河蛇绿混杂岩中，并在其中获得了南华纪的原岩年龄信息。综合各阶段的温-压条件及其变化趋势，得到了如图 8所示的勐库地区退变质榴辉岩的P-T-t轨迹；结合对区域地壳发展、演化研究的认识及邻区最新区调资料，同时参考林宜慧和张立飞(2012)对北祁连山地区硬柱石蓝片岩、硬柱石榴辉岩的年代学研究成果，本文对勐库地区退变质榴辉岩的形成及发展、演化提出了如下的设想：
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图 8 退变质榴辉岩的P-T轨迹及推断地质时代 Fig. 8 P-T path of retrograded eclogites and inferred geological time |
(1) 随着Rodinia超大陆的裂解，至迟到800Ma左右，在扬子陆块西侧已经发育有初始的洋壳，形成了初始的原特提斯洋盆，或称萌特提斯，并持续演化至中奥陶世达到鼎盛时期；约460~470Ma该洋盆发生俯冲消减作用，古老的冷洋壳发生俯冲消减，随着俯冲作用的持续，洋壳发生了硬柱石蓝片岩相→硬柱石榴辉岩相的变质作用，最大俯冲深度可达100~150km(相应的压力P=3.35~4.46GPa)，其地温梯度≤5℃/km，接近变质作用的极限，是冷洋壳俯冲到冷地幔中的产物，属典型的高压-超高压变质带。湾河蛇绿混杂岩中发育有470Ma的弧前玄武岩(MORB-like)(刘桂春等, 2017)，北邻1：5万蚂蚁堆等2幅区调工作中(重庆市地质矿产勘查开发局川东南地质大队，2016①)于湾河蛇绿混杂岩东侧的临沧花岗岩基中厘定出大量奥陶纪(约450Ma)的火山弧花岗岩都佐证这一推论。结合晚奥陶世惠民岩组火山岩地球化学特征的区域性差异、铜厂街蛇绿混杂岩中发育有晚奥陶世的亚速尔型洋岛玄武岩(云南省地质调查院, 2017)等地质事实分析，原特提斯洋盆的俯冲消减与古特提斯洋盆的伸展扩张是同步进行的；即古特提斯洋对原特提斯洋的继承性演化是在同一个大洋盆地中完成的，不是原特提斯洋的关闭后再次打开。
① 重庆市地质矿产勘查开发局川东南地质大队.2016. 1：5万头道水、涌宝、蚂蚁堆、大寨4幅区域地质调查报告
(2) 随着原特提斯洋盆的消减完毕，约400~410Ma开始，古特提斯洋盆在昌宁-孟连一线快速伸展成盆(实际上，这一洋盆至少在晚奥陶世地史时期就已存在，只是由于其东侧头道水-勐库-湾河一线洋中脊的扩张而受到压制)，区域地壳处于一种伸展状态，前述的高压-超高压变质岩(硬柱石榴辉岩)大致沿俯冲路径折返到约65~80km(相应的压力P=2.00~2.50GPa)的深度，发生了早期硬柱石-蓝闪石榴辉岩相的退变质作用。浮力可能是硬柱石榴辉岩折返的主要驱动力，目前野外观察到的退变质榴辉岩多与多硅白云母石英片岩共生，并可能经历了相同的高压-超高压变质过程；尽管榴辉岩自身的密度较大，但其被裹挟在多硅白云母石英片岩一同折返还是可能的。
(3) 约260~290Ma，古特提斯洋盆发生向东的大规模俯冲消减作用，位于俯冲带正前方的高压-超高压变质岩(硬柱石-蓝闪石榴辉岩、未完全退变的硬柱石榴辉岩)被向上抬升穿过早期的俯冲带，进入下地壳底部(约30~45km，相应的压力P=0.95~1.43GPa)，并发生中期角闪石榴辉岩相-高压麻粒岩相的退变质作用，这是一个降压-增温的“热折返”过程，许多典型的低温-高压变质矿物在这一阶段大多受热分解、消失，仅有少数以包裹体形式存在于石榴石中的矿物得以保留。
(4) 约230~240Ma，古特提斯洋盆俯冲消减完毕后的弧-陆碰撞造山作用使区域地壳由于逆冲推覆作用而大幅度抬升，规模巨大的碰撞型中三叠世临沧二长花岗岩基侵位过程中，将湾河蛇绿混杂岩及其中的退变质榴辉岩透镜体裹挟其中，向上抬升，上述的退变质榴辉岩发生了大规模的降压-降温作用，形成了大量的闪石类矿物，退变质榴辉岩发生了晚期角闪岩相的退变质作用，奠定了勐库地区退变质榴辉岩的主体面貌。许多低温-高压变质矿物再次由于大幅度的降压作用而分解，石榴石周围的“白眼圈”构造也主要形成于这一阶段。
6 结论(1) 勐库地区退变质榴辉岩经历了多期变质作用的改造，其峰期变质的P=3.35~4.46GPa，T=530~610℃，达到柯石英的稳定压力范围，属超高压变质岩。
(2) 通过本文的研究表明，PT视剖面法对于缺乏平衡共生矿物组合的多期退变质榴辉岩的温-压条件估算较为有效。
致谢 野外工作得到了成都地质调查中心潘桂棠研究员的多次指导；电子探针分析工作分别在北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室、国土资源部大陆动力学重点实验室和天津地质调查中心完成，分别得到了郭虎、戎合等的大力协助；匿名审稿专家认真审阅了本文并，并提出了许多宝贵的修改意见；在此一并致谢！| [] | Chen GY, Xu GX, Sun ZB, Tian SM, Zhang H, Huang L, Zhou K. 2017. Genetic study of amphiboles in retrograded eclogites from Mengku area, Shuangjiang Country, westrn Yunnan Province. Acta Petrologica et Mineralogica, 36(1): 36–47. |
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