2018, Vol. 34
2. 中国人民武装警察部队黄金第八支队, 乌鲁木齐 830057;
3. 长安大学地球科学与资源学院, 西安 710054;
4. 河北省区域地质调查院, 廊坊 065000
2. No.8 Gold Geological Party of Chinese People's Armed Police Force, Urumqi 830057, China;
3. School of Earth Science and Land Resources, Chang'an University, Xi'an 710054;
4. Hebei Province Regional Geological Survey Institute, Langfang 065000, China
中亚造山带作为一条夹挟于西伯利亚古陆与中朝、塔里木板块之间的古亚洲洋俯冲消减形成的巨大的缝合带(图 1a)，是全球显生宙时期陆壳增生与改造最显著的大陆造山带，其主要由微陆块、岛弧、海山、增生楔等增生拼合而成(Jahn et al., 2004; Xiao et al., 2008; Li et al., 2013; Zheng et al., 2013; 孔凡梅等, 2013; Chen et al., 2015)。伊犁地块作为中亚造山带南边的古老陆块之一(Allen et al., 1993; Wang et al., 2006, 2011; Alexeiev et al., 2011)，为我们提供了一个研究中亚造山带南部早期地质演化的重要窗口。伊犁地块赛里木构造地层小区中出露的最古老的地质体为温泉群，其主体是一套中-高级变质火山-沉积岩，主要由片麻岩、片岩、大理岩、角闪岩和石英岩等组成(新疆维吾尔自治区地质矿产局, 1993)。温泉群在1︰20万霍城地质图上被划分为上、下亚群，下亚群主要为混合岩类、石英片岩和黑云母斜长片麻岩；而上亚群主要为大理岩、二云母石英片岩、二云母斜长片麻岩等(蔡土赐, 1999)。部分学者(刘伟等, 2009; 王立新等, 2009)认为温泉群可被解体为两部分：由花岗片麻岩、二长片麻岩、角闪黑云斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩、斜长角闪片麻岩等组成的古元古代花岗质片麻岩套和由云母石英片岩、大理岩、条带状黑云斜长片麻岩组成的古元古代温泉岩群。也有学者(李孔森等, 2013)认为温泉群可划分为三个岩石构造单元：由斜长角闪岩、云母片岩、石英片岩、黑云母片麻岩、大理岩等组成的前早新元古代变质火山岩和变质沉积岩；由花岗片麻岩、混合岩化的角闪岩、副片麻岩、云母片岩等组成的早新元古代混合岩和正片麻岩；以及由辉长岩、闪长岩和二长闪长岩脉组成的早古生代未变质变形侵入岩。由此可见，温泉群的研究程度还不高，仍有一些科学问题亟待解决，主要表现在两方面：(1)现有的研究成果对温泉群中各岩石单元之间地质、构造关系还没有一个相对统一的认识；(2)各岩石单元的变质演化过程的研究相对匮乏。这些问题严重制约了人们对温泉群的构造属性、各岩石单元的形成环境、以及对中亚造山带南部的构造演化的认识。
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图 1 北天山西部地质简图(a，据Long et al., 2011修改；b，据李孔森等, 2013修改；c, 据中国人民武装警察部队黄金第八支队, 2017①) 1-第四纪沉积物；2-石炭系下统阿克沙克组；3-、4-石炭系下统大哈拉军山组上段、下段；5-、6-、7-中元古界长城系莫合西萨伊岩组第三岩段、第二岩段、第一岩段；8-、9-、10-古元古界温泉岩群托克塞岩组片麻岩岩段、石榴角闪岩岩段、石英片岩岩段；11-、12-、13-古元古界温泉岩群牙马特岩组、西伯提岩组、大理岩；14-泥盆纪早期二长花岗岩；15-奥陶纪晚期细粒英云闪长岩；16-奥陶纪中期片麻状细粒石英闪长岩；17-奥陶纪中期片麻状中粗粒闪长岩；18-奥陶纪早-中期花岗闪长岩；19-奥陶纪早期中细粒二长花岗岩；20-新元古代眼球状-条带状黑云二长花岗片麻岩；21-正断层；22-逆断层；23-平移断层；24-样品采集点 Fig. 1 Geological map of the western North Tianshan (a, modified after Long et al., 2011; b, modified after Li et al., 2013) 1-Quaternary Sedimentary; 2-Lower Carboniferous Akeshake Fm.; 3-, 4-Upper Member, Lower Member of Lower Carboniferous Dahalajun Fm; 5-, 6-, 7-Third Member, Second Member, First Member of Mohexisayi Fm. of Changcheng System in the Middle Proterozoic; 8-, 9-, 10-gneiss member, garnet amphibolite member, quartz schist member of Tuokesai Fm. in Paleo-Proterozoic Wenquan Group; 11-, 12-, 13-Yamate Fm., Xiboti Fm., marble of Paleo-Proterozoic Wenquan Group; 14-Early Devonian monzonitic granite; 15-Late Ordovician fine-grained quartz-mica-diorite; 16-Middle Ordovician gneissic fine-grained quartz diorite; 17-Middle Ordovician gneissic medium-coarse grained diorite; 18-Early-middle Ordovician granodiorite; 19-Early Ordovician medium-fine grained monzonitic granite; 20-Neoproterozoic augen-banded biotite-monzonitic-granite gneiss; 21-normal fault; 22-reverse fault; 23-translational fault; 24-sample location |
① 中国人民武装警察部队黄金第八支队.2017.新疆温泉县扎冷木特一带1:5万地质矿产图
本文在开展详细、全面的野外调查工作的基础上，发现本区前寒武纪地层普遍经历了中-深构造层次和浅表构造层次的多期强烈构造变形，面理置换强烈，无法恢复原始沉积序列；晚古生代地层因受到造山作用所引起的强烈褶皱变形及不同规模脆性断层的破坏作用，多呈断块状、残块状不整合于前寒武纪地层之上。因此晚古生代之前的地层均采用岩性-构造实体填图，将古元古界变质岩系厘定为温泉岩群。而温泉岩群变质岩系又经历了不同构造层次的变形、多期构造叠加和强烈构造置换，变质程度高、变形强，无法恢复原始层序。因此，本文采用构造岩石填图单位将其划分为3个岩组，由北向南依次为西伯提岩组、牙马特岩组和托克塞岩组，并对托克塞岩组中首次发现的石榴角闪岩开展岩石学、矿物化学和相平衡模拟的相关研究，以期查明石榴角闪岩的变质演化过程，进而探讨其在中亚造山作用过程中的演化历史。
1 地质背景和样品描述温泉岩群出露于赛里木地块中部，构造上属于中亚造山带南缘、伊犁地块的北西端(图 1a, b)。研究区内出露的温泉岩群主要分布于夏尔依西根至牙马特一带，近东西向呈西窄东宽的带状展布，出露宽度约4~8km，长度约40km。温泉岩群主体是一套中-高级变质岩系，由变质火山-沉积岩组成，上覆晚古生代沉积盖层，包括中泥盆统汗吉尕组、上泥盆统托斯库尔他乌组、下石炭统大哈拉军山组和下石炭统阿克沙克组。盖层多呈断块状、残块状不整合覆盖于温泉岩群之上(图 1c)。
受多期侵入岩和断层影响，温泉岩群岩层出露不完整，北侧被第四系覆盖，南侧与长城系特克斯岩群相接触。根据构造变形样式和岩石组合特征，本文将温泉岩群划分为三个岩组：由北至南依次为西伯提岩组、牙马特岩组和托克塞岩组(图 1c)。西伯提岩组出露于夏尔依西根至斯塔尔兹克一带，近东西向带状展布，出露面积较小。岩层整体南倾，北侧与新元古代眼球状-条带状二长花岗片麻岩接触，南侧与牙马特岩组呈逆断层接触，部分地段被泥盆纪花岗岩侵入。该岩组的岩石组合为一套构造片岩，由多种变余糜棱岩和糜棱片岩组成，包括云母石英糜棱片岩、长英质糜棱岩、变余花岗质糜棱岩、石英岩和二云石英片岩，局部夹少量大理岩。牙马特岩组为温泉岩群的主体部分，出露面积较大，约占整个温泉岩群出露面积的50%左右。该岩组呈东西向展布，北侧被泥盆纪早期二长花岗岩侵入，部分地段与西伯提岩组呈逆断层接触，南侧与托克塞岩组呈逆断层接触。该岩组主体是一套长英质片岩、片麻岩、变粒岩和浅粒岩夹细粒斜长角闪岩，局部夹少量大理岩透镜体。主要岩性包括白云母片岩、黑云斜长片麻岩、黑云二长片麻岩、二云母变粒岩、细粒斜长角闪岩和含透辉石大理岩。托克塞岩组主体沿牙马特南山呈近东西向条带状分布，出露面积约占温泉岩群的40%。北侧与牙马特岩组呈逆断层接触，南侧与长城系特克斯岩群莫合西萨依组相接触，部分地段被新元古代眼球状-条带状黑云二长花岗片麻岩或奥陶纪中期片麻状细粒石英闪长岩所侵入。该岩组东西方向的岩相变化较大，根据该组岩石组合特征，可以分为三个岩段：石英片岩岩段、石榴角闪岩岩段和片麻岩岩段。石英片岩岩段主体出露于切力格提至呼热别格怎上部一带，与南侧的云母片岩夹石榴角闪岩岩段呈渐变过渡关系，北界与牙马特岩组呈逆断层接触，部分地段被奥陶纪中期片麻状细粒石英闪长岩所侵入。该岩段主体是一套二云石英片岩夹石英岩。石榴角闪岩岩段主体出露于呼热别格怎中东部一带，主体为一套云母石英片岩夹石榴角闪岩团块，与北侧的石英片岩岩段呈渐变接触，南界与新元古代眼球状-条带状黑云二长花岗片麻岩呈整合接触。主要岩性为含石榴云母石英片岩、蓝晶白云石英片岩、石榴角闪岩、细粒斜长角闪岩和二云石英片岩。片麻岩岩段主体分布于托克塞南侧，多被第四纪覆盖，部分地段被石炭纪晚期花岗岩所侵入。该岩段北侧以片麻岩夹斜长角闪岩为主，南侧以片岩为主，主要岩性为斜长片麻岩、钾长片麻岩、斜长角闪岩、石英片岩和石榴二云片岩。
温泉岩群中新发现的石榴角闪岩近东西向展布(图 2a)，呈透镜状分布于云母石英片岩中(图 2b)，二者接触界面的产状为192°∠63°，透镜体长约8m，宽约5m，新鲜面为灰黑色，风化面因发生褐铁矿化而呈现出灰黄色。石榴角闪岩中石榴子石发育典型的“白眼圈”结构(图 2c)。云母石英片岩发生一定程度的变质分异，发育“S-C”组构(图 2d)，表明石榴角闪岩的透镜状产出状态可能是由于区域上的韧性剪切作用所致。本文挑选一块具有代表性的样品(T-2-b2；采样点GPS坐标为：44°53′59.30″N、80°37′8.29″E)开展岩相学、矿物化学和相平衡模拟的研究。
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图 2 石榴角闪岩的野外产状 (a)石榴角闪岩呈近东西向展布；(b)石榴角闪岩呈透镜体状产出于云母石英片岩中；(c)石榴子石边部发育明显的“白眼圈”结构；(d)云母石英片岩发生变质分异后所形成的“S-C”组构，指示左行剪切 Fig. 2 Field characteristics of the garnet amphibolite (a) garnet amphibolites distributed in an east-westward direction; (b) garnet amphibolite lens in the mica-quartz schists; (c) a anhedral garnet porphyroblasts surrounded by diagnostic "white-eye socket" textures; (d) the "S-C" structure formed after metamorphic differentiation of mica-quartz schists, indicating left-side shear |
矿物化学成分是在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成，采用JEOL EPMA8230型电子探针分析，分析条件为：20kV加速电压、10nA束流、2μm束斑(云母5μm)、10s计数，标准样品为：美国SPI矿物标样。主量元素相对误差小于2%。矿物分子式均采用Ax软件计算(Holland; https://www.esc.cam.ac.uk/research/research-groups/research-projects/tim-hollands-software-pages/ax)。矿物代号依照(Holland and Powell, 1998)：铁铝榴石-alm，钙铝榴石-gr，镁铝榴石-py，锰铝榴石-spss，绿帘石-ep，金红石-ru，透辉石-di，钛铁矿-ilm，石英-q，黝帘石-zo，锆石-zrc，榍石-sph和镁铁闪石-cumm。其他矿物的代号为：石榴子石-g，绿泥石-chl，普通角闪石-hb、斜长石-pl。
全岩主量元素测试是在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。主量元素是在AxiosmaxX射线荧光光谱仪上使用X荧光光谱法(XRF)进行分析，检测方法代号为GB/T 14506.28—2010，其中Fe2+含量通过湿化学法(滴定)测试确定。
相平衡模拟计算采用Domino/Theriak软件(de Capitani and Brown, 1987)和更新了的内部一致性热力学数据库(Holland and Powell, 1998)，以及以下矿物固溶体模型：长石(White et al., 2005)、钛铁矿(White et al., 2000)、绿帘石(Holland and Powell, 1998)、石榴子石(White et al., 2005)、绿辉石(Green et al., 2007)、斜方辉石(White et al., 2007)、绿泥石(Holland et al., 1998)、堇青石(Holland and Powell, 1998)、角闪石(Diener et al., 2007)。其余矿物，如石英、水等，均为纯端元组分。
3 岩相学和矿物化学特征石榴角闪岩呈粒状变晶结构，块状构造，主要由石榴子石(20%；体积百分数，下同)、角闪石(40%)、斜长石(17%)、钛铁矿(7%)、石英(15%)及少量的绿泥石、榍石和绿帘石等组成。
石榴子石呈半自形-他形中粗粒粒状变晶结构(8~15mm)，裂隙十分发育，并沿着裂隙生长绿泥石、角闪石和石英(图 3a-c)。绝大多数石榴子石边缘都由斜长石、石英和角闪石包围(图 3a)，形成特征的“白眼圈”结构(图 2c、图 3a)，这可能是石榴子石减压分解形成的(Harley, 1998)。石榴子石内部包裹石英和绿帘石包体，其中，石英从核到边均有分布(图 3a, b)，而绿帘石只出现于石榴子石边部(图 3b)。电子探针测试结果表明，石榴子石变斑晶具有较弱的成分环带(图 4a, b)，从核部到边部，锰铝榴石组分和钙铝榴石组分逐渐降低(spss0.07-0.01gr0.28-0.24)，而铁铝榴石组分和镁铝榴石组分逐渐升高(alm0.55-0.60py0.10-0.16)。至最边部，石榴子石中钙铝榴石组分突然降低。
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图 3 石榴角闪岩的岩相学特征 (a)石榴子石变斑晶周围发育由斜长石、石英和角闪石组成的“白眼圈”结构，白色线段A-B代表石榴石成分剖面所在的位置；(b)石榴子石边部包裹绿帘石、石英和锆石包体，石榴子石裂隙中充填着斜长石、石英、角闪石、绿帘石；(c)石榴子石核部裂隙中出现角闪石，角闪石具有核-边结构，核部和边部均包裹石榴子石、石英和绿泥石包体；(d)石榴子石变斑晶周围发育由斜长石、角闪石和石英组成的“白眼圈”结构；(e) “白眼圈”结构中的斜长石的An值沿远离石榴子石和斜长石接触边界的方向越来越低；(f)基质中的角闪石和斜长石被石英交代，基质中斜长石的An值最小为0.49；(g)角闪石中包裹榍石包体；(h)角闪石中包裹钛铁矿包体，部分钛铁矿包体退变质为榍石 Fig. 3 Petrography of the garnet amphibolite (a) " white-eye socket " textures composed of plagioclase, quartz and hornblende around garnet porphyroblasts. The white line A-B across garnet shows the location of the zoning profile; (b) rims of garnet wrapping epidote, quartz and zircon. Cracks in garnet are filled with plagioclase, quartz, hornblende and epidote; (c) hornblende occurring in the fractures of the core of garnet with a distinct core-rim texture and inclusions of garnet, quartz and chlorite; (d) " white-eye socket " textures composed of plagioclase, hornblende and quartz around garnet porphyroblasts; (e) plagioclase in "white-eye socket" textures with An values decreasing along the direction away from the boundary between garnet and plagioclase; (f) hornblende and plagioclase in the matrix replaced by quartz. The minimal An value of plagioclase in the matrix is 0.49; (g) sphene wrapped by hornblende; (h) ilmenite inclusions in hornblende, some of which were retrograded to into sphene |
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图 4 石榴角闪岩中代表矿物的矿物化学特征 (a、b)石榴子石成分环带图解和gr-py图解，A，B对应的是图 3a中的石榴子石剖面的位置；(c)长石分类图解；(d)角闪石分类图解.hbm、hbWE和hbg意义同表 1，-c和-r分别代表角闪石核部和边部 Fig. 4 Representative compositions of minerals from the garnet amphibolite (a, b) zoning profiles and gr-py diagram of garnet. A and B correspond to the position of garnet profile in Fig. 3a. (c) Or-Ab-An diagram of plagioclase. (d) Mg/(Mg+Fe2+) -Si diagram showing compositions of amphibolite. Labels hbm, hbWE and hbg are the same as Table 1; -c and -r represent core and rim of hornblende respectively |
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表 1 石榴角闪岩的代表性矿物电子探针成分(wt%) Table 1 Representative compositions of minerals in the garnet amphibolite (wt%) |
斜长石呈半自形-他形细粒粒状变晶结构，产出于“白眼圈”结构和基质中(图 3a, d-f)。电子探针数据表明，“白眼圈”中斜长石的An值(Ca/(Ca+Na+K))相对较高(0.52~0.68)，并且斜长石的An值向着远离斜长石和石榴子石接触边界的方向逐渐变小(图 3d，e)，而基质中斜长石的An值相对较低(0.49~0.65)。长石分类图解(图 4c)显示它们基本上都投影到了拉长石的区域，个别投影到了中长石区域。
角闪石呈不等粒粒状变晶结构，具有较为明显的深绿色-浅绿色的多色性。岩相学下可厘定出三种产状：石榴子石核部裂隙中的角闪石(图 3a, c)、“白眼圈”结构中的角闪石(图 3a, e)，以及基质中的角闪石(图 3f-h)。石榴子石核部裂隙中出现的角闪石具有核-边结构，内部包裹石榴子石、石英、绿泥石和榍石(图 3a, c)；“白眼圈”结构中的角闪石的边缘发育弱的绿泥石化，同时沿内部裂隙生长石英(图 3a, e)；基质中的角闪石内部包裹榍石(图 3g)，部分榍石颗粒内部可见钛铁矿残留(图 3h)。电子探针结果(表 1)表明，不同产状的角闪石具有相似的化学成分：SiT=6.47~7.28p.f.u.(p.f.u.是指每单位晶胞中的原子数，下同)，(Na+K)A=0.13~0.33p.f.u.、CaM4=1.78~1.94p.f.u.、Mg#(Mg/(Mg+Fe2+))=0.39~0.62和AlM2=0.90~1.36p.f.u.。角闪石的Mg/(Mg+Fe2+)-Si图解(图 4d)显示四种产状的角闪石均为普通角闪石，核部相对富镁，边部相对富铁。
绿帘石有两种产状，被包裹于石榴子石中和出现在石榴子石裂隙中的绿泥石中(图 3a, b)，X(ep)=(Fe3+/(Al+Fe3+)为0.13。榍石主要有两种产状，第一种呈包体被包裹于基质中的角闪石中(图 3g)，第二种呈退变质产物产出于钛铁矿边缘(图 3h)。绿泥石主要分布在石榴子石裂隙和角闪石边缘中，X(chl)=(Fe2+/(Mg+Fe2+))为0.45~0.55。
4 变质作用温压条件及P-T轨迹 4.1 P-T视剖面图计算样品实测全岩成分如表 2所示。考虑到样品遭受了一定程度上的后期退变质的改造，实测全岩成分已不能用来恢复峰期矿物组合的形成条件。另外，由于数据库中缺少含K的角闪石模型，且薄片中几乎没有含K的矿物(长石中的钾长石含量很低)，故直接忽略K元素。因此笔者选择在MnNCTFMASHO(MnO-Na2O-CaO-TiO2-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-O)体系下，综合岩石中可能平衡共生的各矿物的电子探针数据和体积百分比来估算有效全岩成分(Wei and Song, 2008)，并假设q、H2O过量。
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表 2 石榴角闪岩的全岩成分(wt%) Table 2 Whole-rock compositions of the garnet amphibolite (wt%) |
图 5为MnNCTFMASHO体系下采用石榴角闪岩的有效全岩成分所计算的P-T视剖面图。该图主要由四变域和五变域组成，还有部分三变域和双变域。图中计算了钙铝榴石等值线(如绿色虚线gr0.29)、镁铝榴石等值线(如蓝色虚线py0.10)和斜长石的An含量等值线(如橘红色虚线An0.40)。相图显示：在含有绿泥石、绿帘石或透辉石的矿物组合内(g+hb+ilm+q+H2O±chl±ep±pl±di)，石榴子石中的钙铝榴石等值线都具有较陡的正斜率或负斜率；而在不含绿泥石、绿帘石和透辉石的矿物组合内，如斜长角闪岩相的矿物组合中(g+hb+pl+ilm+q+H2O)，石榴子石中的钙铝榴石等值线具有中等-平缓的正斜率，且随着压力的升高，石榴子石中的钙铝榴石含量逐渐增高。这表明在角闪岩相的矿物组合中，石榴子石中的钙铝榴石等值线可以很好地用来限定压力条件。在相图中的大多数矿物组合中，石榴子石中的镁铝榴石等值线都具有中等-较陡的正斜率或负斜率(除了在pl+g+hb+cumm+ilm+q+H2O的矿物组合中)，且随着温度的升高，石榴子石中的镁铝榴石含量逐渐升高，这表明石榴子石中的镁铝榴石等值线可以在大多数矿物组合中用来限定温度条件(如g+hb+pl+ilm+q+H2O±ep)。在含有斜长石的矿物组合中，如pl+g+hb+ilm+q+H2O±ep的矿物组合，斜长石中的An等值线具有中等-平缓的正斜率，且随着压力的升高，斜长石中的An值逐渐降低，表明其能够用来很好地限定压力条件。
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图 5 石榴角闪岩在MnNCTFMASHO体系下的P-T视剖面图(+ilm+q+H2O) P-T视剖面图所使用的有效全岩成分如表 2所示，深灰色区域代表双变域，其余灰度递减，依次代表三变域、四变域和五变域.视剖面图绘制了斜长石的An含量等值线(如An0.40)、石榴子石中钙铝榴石等值线(如gr0.28)和石榴子石中镁铝榴石等值线(如py0.10).实线代表通过石榴石环带所限定的变质P-T轨迹，虚线代表推测的变质P-T轨迹.黄色实心圆圈代表石榴子石核部成分，红色实心圆圈代表石榴子石边部成分.G-PT代表传统地质温压计的计算结果.带圈的标记(如C、D1、R、D2、D3和D4)表示沿P-T轨迹计算矿物含量和成分的点 Fig. 5 P-T pseudosection for the garnet amphibolite in the system of MnNCTFMASHO with ilmenite, quartz and H2O in excess The effective bulk composition used in the P-T pseudosection is listed in Table 2. The divariant fields are dark grey, and the tri-, quadri-, and quinivariant are shaded with decreasing in blackness. The pseudosection is contoured with isopleths of An content of plagioclase (e.g. An0.40), grossular content (e.g. gr0.28) and pyrope content (e.g. py0.10). The solid line presents the metamorphic P-T vector determined by garnet compositions while the dashed lines represent the speculative metamorphic P-T vectors based on inclusions in garnet and the matrix mineral assemblage. The yellow solid circles correspond to the core compositions of garnet, while the red solid circles represent the rim. G-PT refers to the geothermobarometry results. Circles labeled with C, D1, R, D2, D3 and D4 represent the P-T plots that are used for calculating modal proportions and compositions of minerals along the P-T path |
利用石榴子石中钙铝榴石等值线和镁铝榴石等值线对石榴子石的成分进行投影后发现，石榴子石核部(图 5中的黄色实心圆圈)投影到了620~650℃/6.6~7.1kbar，石榴子石边部(图 5中的红色实心圆圈)投影到了660~720℃/6.7~7.3kbar，石榴子石的核部成分和边部成分均落到了pl+g+hb+ilm+q+H2O的矿物组合中，这与岩相学中所观察到的石榴子石核部包裹绿帘石的现象不符。而利用基质中斜长石的An最小值(0.49)和石榴子石边部的镁铝榴石含量所限定的进变质轨迹表明，石榴子石边部成分投影到了660~700℃/9.2~9.6kbar，位于pl+g+hb+ilm+q+H2O的矿物组合中。而综合石榴子石中镁铝榴石含量的最小值(0.10)和石榴子石中包裹绿帘石的现象，笔者得到了矿物组合(pl+g+hb+ep+ilm+q+H2O)的温度压力条件为620℃/8.3kbar。整个进变质过程可能发生的变质反应为：hb+ep+q→g+pl+H2O(图 5、表 3)。
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表 3 MnNCTFMASHO体系视剖面图中各矿物的成分和含量 Table 3 Compositions and modal proportions of minerals at the chosen P-T conditions in the MnNCTFMASHO pseudosection |
结合岩相学中观察到的两期矿物组合(pl+g+hb+ilm+q+H2O和pl+g+hb+chl+ilm+q+H2O)，推测岩石经历了早期近等温降压(R→D2)和后期降温降压的退变质轨迹(D2→D3→D4)。在早期近等温降压的退变质过程中(R→D2)，石榴子石部分被消耗，形成特征的由“斜长石+石英+角闪石”组成的“白眼圈”结构，可能发生的变质反应为：g+q+H2O→hb+pl(图 5、表 3; Qian and Wei, 2016)。在这个过程中，石榴子石边部钙铝榴石含量突然降低(图 4a)，与此同时，和石榴子石边部接触的斜长石的An值明显降低(图 3e)，而石榴子石中镁铝榴石含量整体变化较小(图 4a)。这表明在后期近等温降压退变质过程中，石榴子石中钙铝榴石含量被剧烈的改造，而镁铝榴石组分所受的影响较小。这也就是可以利用石榴子石边部镁铝榴石的值和斜长石中An的最小值来限定峰期温度压力条件的根本原因。后期降温降压的退变质过程(D2→D3→D4)主要以石榴子石发生绿泥石化为特征。需要注意的是，岩相学中所观察到的钛铁矿向榍石的转变的现象，并没有在相图中模拟出来，这可能是因为：(1)图 5中所展示的相图是基于峰期矿物组合所确定出来的有效全岩成分计算出来的，而钛铁矿向榍石的转变是后期退变质过程中的产物，因而无法在图 5中表示；(2)也有可能是本文所使用的钛铁矿的模型不够完美。
4.2 传统地质温压计计算为了与上文中相平衡模拟的计算结果进行对比，笔者进一步选用传统地质温压计中的斜长石-角闪石温度计(Holland and Blundy, 1994)和石榴子石-角闪石-斜长石-石英压力计(Dale et al., 2000)开展相关计算，计算过程中选取石榴子石边部镁铝榴石达到最大值的石榴子石成分，基质中An值最小的斜长石成分，以及基质中的角闪石成分(Dale et al., 2000)。计算结果表明，石榴角闪岩的峰期温度压力条件为655±40℃/8.4±0.8 kbar。计算结果见图 5所示(G-PT)。
5 讨论 5.1 石榴角闪岩变质P-T轨迹基于详细地岩相学研究和相平衡模拟，北天山西部温泉岩群中石榴角闪岩的变质作用演化可以划分为三个阶段：进变质阶段、峰期变质阶段、近等温降压和降温降压退变质阶段。
5.1.1 进变质阶段温泉岩群中石榴角闪岩的进变质阶段由石榴子石中的镁铝榴石含量和基质中斜长石的An最小值所限定。利用石榴子石中的钙铝榴石等值线和镁铝榴石等值线在P-T视剖面图中确定的进变质轨迹显示，石榴子石核部生长阶段和边部生长阶段均位于pl+g+hb+ilm+q+H2O的矿物组合区内，这与岩相学中所观察到的石榴子石中包裹绿帘石的现象不一致，而利用石榴子石边部的镁铝榴石含量和基质中斜长石的An最小值所限定石榴子石的边部位于pl+g+hb+ilm+q+H2O的矿物组合区内。结合石榴子石中包裹绿帘石的现象(图 3b)，推断进变质轨迹穿过了含有绿帘石的区域(ep+pl+g+hb+ilm+q+H2O)，这表明，利用石榴子石中的镁铝榴石含量和基质中斜长石的An最小值所限定的进变质轨迹更为可靠。产生这种差异的原因主要是因为石榴子石的成分在后期退变质过程中受到了一定程度的改造(Qian and Wei, 2016)，进而不能简单地仅使用石榴子石的成分环带来限定进变质过程。
5.1.2 峰期变质阶段如前文所述，在视剖面图中，利用斜长石中An的最小值和石榴子石边部镁铝榴石含量的最大值，笔者得到了石榴角闪岩的峰期变质条件为700℃/9.6kbar，而利用石榴子石中的钙铝榴石等值线和镁铝榴石等值线相交所得到的峰期温压条件为720℃/7.3kbar。结合岩相学中所观察到的结果，笔者认为前者更符合石榴角闪岩的岩相学特征。出现这种差异的原因主要是斜长石中Ca离子的扩散速率比石榴子石中Ca离子的扩散速率低(Spear, 1995)，因而石榴子石钙铝榴石含量可能在后期退变质作用中受到改造而不能记录峰期压力条件。而利用传统地质温压计所得到的峰期温度压力条件为655±40℃/8.4±0.8kbar，在误差允许的范围内，与相平衡模拟的结果基本一致。值得注意的是，这里利用相平衡模拟和传统地质温压计所得到的温度压力条件是峰期温度压力条件的最小值，主要是因为：(1)石榴子石边部均被“白眼圈”所包围，岩相学下无法找到石榴子石“真正”的边部；(2)石榴子石在较高的温度下发生了成分扩散，因而实际的峰期温压条件可能比当前得到温度压力条件要高一些，但不高于720℃(岩石中不包含透辉石)。
5.1.3 近等温降压退变质阶段和降温降压退变质阶段根据岩相学中所观察到的石榴子石周围发育“白眼圈”结构和基质中只出现了一种角闪石的现象，以及岩石中斜长石An值最大为0.68的证据(图 3e, f)，推测岩石经历了近等温降压和降温降压的退变质过程，石榴子石被消耗，可能发生的变质反应为g+q+H2O→hb+pl。在这个过程中，相平衡模拟显示斜长石的An值随着压力的降低而升高，这与基质中的斜长石具有比“白眼圈”结构中斜长石更高的An值相一致。另外，如前文所述，岩相学中所观察到的石榴子石核部出现的角闪石应该是后期的退变质过程中形成的，因为其内部包裹着众多退变质产物，如绿泥石，榍石。伴随着进一步的水化作用和抬升，石榴子石发生脆性破裂，并沿裂隙发育一定程度地绿泥石化，最终折返至上地壳层次。
5.2 大地构造意义中亚造山带主要由安底斯型岩浆弧、岛弧、增生楔和蛇绿岩残片组成，是一条多岛弧、多微陆块和多海山的增生型活动大陆边缘系列(李锦轶和肖序常, 1999)。伊犁地块作为中亚造山带中的一个微陆块，记录了奥陶-志留纪期间古亚洲洋俯冲消减相关的信息(Windley et al., 2007; 舒良树等, 2013; 王宗秀等, 2017)，如温泉县城南偏东部冲沟中的粗粒斜长角闪岩和西部苏鲁别真沟中灰色中粒斜长角闪岩的锆石SHRIMP U-Pb定年所确定的形成年龄分别为455.1±2.7Ma(2σ)和451.4±5.4Ma(2σ) (胡霭琴等, 2008)，温泉县城南偏西部的闪长岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄为452±7Ma，赛里木湖北侧的角闪岩中角闪石和正片麻岩中白云母的40Ar/39Ar年龄为443~413Ma (Wang et al., 2011)以及同一地区出露的白云母片岩中白云母的K-Ar年龄为430Ma(胡霭琴等, 1995)。另外，温泉县城南偏东部和西部苏鲁别真沟中出露的中粒斜长角闪岩和粗粒斜长角闪岩以及侵入其中的闪长岩均富集大离子亲石元素，明显亏损Nb、P、Ti等高场强元素，显示了岛弧钙碱性岩浆岩的特征，表明其可能形成于与古亚洲洋俯冲相关的岛弧或活动大陆边缘的构造环境(胡霭琴等, 2006; 李孔森等, 2013)。而中天山的巴伦台、红柳河、天湖，伊犁地块南缘以及南天山地区也发育类似的奥陶纪岛弧玄武岩(李伍平等, 2001; 胡霭琴等, 2007; Wang et al., 2008)，这种时空分布可能暗示着早古生代时期古亚洲洋在现今的温泉地区发生过俯冲作用(李孔森等, 2013)。
温泉地区出露的最古老的地层为温泉岩群，主要由混合岩、斜长角闪岩、变粒岩和斜长片麻岩等组成(胡霭琴等, 2008)。其中，部分粗粒斜长角闪岩具典型的岩浆结构(锆石SHRIMP U-Pb年龄为447~466Ma)，表明其实际上是形成于中-晚奥陶世的侵入岩(胡霭琴等, 2008; Wang et al., 2011)，可能形成于早古生代与古亚洲洋俯冲相关的俯冲环境中(Windley et al., 2007; 胡霭琴等, 2008; 李孔森等, 2013)；花岗质片麻岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄为907±11Ma (李孔森等, 2013)，眼球状片麻岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄为940~913Ma (胡霭琴等, 2010)，表明其形成于早新元古代的岩浆活动中，对应于罗迪尼亚大陆聚合过程中的地壳增厚-部分熔融和后造山岩浆作用(李孔森等, 2013; 舒良树等, 2013)，这一期岩浆-构造事件使得温泉岩群中的表壳岩石在格林威尔期的造山作用中经历了高度变形和角闪岩相的变质作用(李孔森等, 2013)。综合前人研究成果，不难发现，虽然前人对温泉岩群中出露的角闪岩相的岩石类型进行了较多的研究(胡霭琴等, 2008; 刘伟等, 2009; 王立新等, 2009; Wang et al., 2011)，但尚未有学者报道角闪岩相岩石的变质演化过程和峰期变质年龄。本次研究结果表明，温泉岩群中新发现的石榴角闪岩经历了高角闪岩相的变质作用，峰期温度压力条件为700℃/9.6kbar，峰期变质年龄为457±20Ma (陈有炘, 未发表数据)，该年龄与准噶尔和天山早古生代蛇绿岩的形成年龄相一致(张弛和黄萱, 1992; 肖文交等, 2006)，这为古亚洲洋在温泉地区的俯冲作用提供了新的证据。
6 结论研究区石榴角闪岩的变质演化可以划分为三个阶段：进变质阶段、峰期变质阶段、近等温降压和降温降压退变质阶段。峰期变质条件为700℃/9.6kbar。结合前人研究成果，推测石榴角闪岩形成于晚奥陶世古亚洲洋俯冲消减的环境中。
致谢 本文研究工作得到了中国地质大学(北京)王晓赛和史本巽的帮助和支持，两位审稿人和编辑的修改意见，使文章的质量进一步提高，在此一并致以诚挚的谢意。
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