在二十世纪八九十年代，青藏高原周边陆续发现一些超高压变质岩的产出，分布于高原北部的柴北缘、北阿尔金、北祁连南阿尔金地区 (杨经绥等, 2001; 张建新等, 2002；Zhang et al., 2005; Wu et al., 1993；刘良等, 2002)。但在青藏高原内部少有榴辉岩的发现, 仅见的报道是羌塘中部戈木地区的榴辉岩, 其时代可能为三叠纪 (Guillot et al., 1997)。除了传统的蛇绿岩套外, 大陆内部的高压或超高压榴辉岩带也是识别板块或地块边界的重要标志之一。近期在高原内部拉萨地块内发现榴辉岩的出露，其对探讨青藏高原的地体结构、边界、演化历史等具有重要意义。先前的研究工作多集中在对榴辉岩的岩石学和地球化学研究 (杨经绥等, 2006; 陈松永等, 2007)，而对于岩石的矿物学研究还少有涉及。为此，本文对拉萨松多榴辉岩的主要矿物出溶体进行研究，意在揭示榴辉岩的成因以及变质条件。

1 区域地质背景

本研究采集的榴辉岩样品位于拉萨地块，拉萨以东100多千米的松多-工布江达一带 (如图 1星号处)。榴辉岩露头主要见于松多附近, 呈块状或透镜状产于前奥陶纪松多岩群变质岩中。榴辉岩体呈带状沿东西向延伸10km以上, 榴辉岩带宽度约500~600m (杨经绥等, 2006)。榴辉岩露头的新鲜面为灰绿色，中心部位比较新鲜, 保留有大量的绿辉石和石榴子石, 边部则角闪石化退变质强烈。

2 榴辉岩岩相学特征

松多榴辉岩多为中-粗粒变晶结构，块状构造，主要由石榴石、辉石、绿帘石、白云母、角闪石、石英和金红石组成，可含副矿物榍石、磷灰石和锆石。根据矿物含量的不同，具有出溶体的榴辉岩可分为金红石榴辉岩、多硅白云母榴辉岩和石英榴辉岩三种。在金红石榴辉岩和多硅白云母榴辉岩的石榴石中发育呈针状出产出金红石出溶体。在三种榴辉岩的单斜辉石中均发育出溶体，石英和富钾矿物出溶体呈叶片状产出。

3 榴辉岩主要矿物中的出溶体

本文对上述榴辉岩中的石榴石和辉石的出溶体进行了详细的矿物学研究，出溶体的物相鉴定采用中山大学测试中心JEOL公司生产的JXA-8800R电子探针进行，并配有Oxford Inca系列能谱仪。样品的面扫描分析测试条件：加速电压15kV, 探针束流2×10^-8A。电子束斑Focus状态 (约60nm)。能谱分析条件：加速电压20kV, 探针束流5×10^-9A。笔者通过电子探针上背散射电子图像的观察，选择电子探针上的面分析 (Map) 功能，结合能谱定性分析，对出溶体和寄主矿物进行了成分和形貌方面的研究。

3.1 石榴石中的金红石出溶体及意义

石榴石中金红石的出溶体的粒径较大的约3~5μm，其多出溶在自形的石榴石内部，形状短而密集 (图 2a)；也有些粒径≤1μm，出溶体密度小，细长，有两个出溶方向，交角约为60°左右 (图 2b)，其形态与Zhang et al. (2004)的实验结果相似，是沿着石榴石 (111) 八面体面方向出溶。

通过电子探针面扫描分析可知出溶体富含Ti元素，推断其为金红石。电子探针面扫描中 (图 3)，出溶体除了Ti元素含量比较高外，其他元素由于受到主矿物元素的影响，看不出元素分布的变化。而X射线能谱分析结果显示 (表 1)，在包裹体位置，Ti的含量升高，而其他元素含量较低。说明其出溶体的成分可能是TiO₂，推断为金红石。

前人研究表明，石榴石中出溶金红石可认为是超高压条件下形成的超硅 (supersilicic) 石榴石或者镁铁铝榴石 (majoritie) 或者是超钛石榴石 (supertitanic garnet) 在降压过程中Ti以氧化物形式出溶的结果。如，超硅石榴石形成压力＞7GPa (Van Roermund et al., 2001; 刘良等, 2005) 超钛石榴石形成压力在5~15GPa (牛贺才等, 2007; Zhang et al., 2003) 等。石榴石中钛的溶解度主要受压力的控制, 通过实验研究证实, 在超高压条件下高钛石榴石内存在Ti⁴⁺+M²⁺=Al³⁺+Al³⁺偶合类质同象置换 (Zhang et al., 2003; 杨家喜和刘良, 2003)。其耦合关系可认为是Na+P=Ca+Si, Na+Ti=Ca+Al, 或Mg+Ti=2Al (Ye et al., 2000)。因此认为在超硅石榴石和超钛石榴石中，金红石的出溶机制基本相同，在石榴石晶格中，Ti⁴⁺首先进入石榴石晶体四面体位置取代Si⁴⁺；多余的Ti⁴⁺与二价阳离子一起替代晶体中的三价阳离子进入八面体位置Ti⁴⁺+M²⁺=Al³⁺+Al³⁺，在八面体位置上发生了不同价态离子的偶合类质同像置换。Ti元素的加入，使得石榴石的密度增大，这需要在极高的压力下才能完成。化学研究和实验岩石学资料表明，其俯冲要达到地幔深度，才能达到要求的压力条件，因此松多榴辉岩的石榴石中金红石的出溶可作为该岩石曾经历超高压的证据之一。

3.2 单斜辉石中的出溶体及其意义

显微镜下可见单斜辉石内部密集平行排列的叶片状、片状出溶体，X射线能谱成分分析为石英或K质矿物。石英出溶体横断面直径1~3μm，最大可达6μm，长几十微米 (图 4)，在辉石核部密集平行排列。辉石的能谱分析结果成分变化不大，与绿辉石成分相当，而辉石中出溶体的能谱分析结果显示其主要成分为SiO₂，由电子探针成分扫描图 (图 5) 和X射线能谱分析结果 (表 2) 可知，单斜辉石中的SiO₂的成分含量很高，推断出溶体为石英。

在显微镜下单斜辉石中还可以看到一些较石英出溶体还小，且定向排列的叶片状出溶体 (图 6)。这种出溶体在单斜辉石中较少见，宽度多小于2μm, 个别3~4μm, 长度为5~20μm。能谱结果显示寄主矿物成分与单斜辉石相同，而出溶体的电子探针面扫描 (图 7) 和能谱成分分析结果 (表 3) 可知，其出溶体的成分K、Al和Si的含量相对寄主矿物的含量高，由于出溶体较小，所测能谱结果常带有寄主矿物信息，在剔除寄主矿物信息之后，初步认定其出溶体的成分与钾长石成分相似。而在矿物出溶体出现在绿辉石矿物颗粒无裂隙处，表明不可能是交代作用产生的钾质矿物。

自Smith et al. (1984)在榴辉岩的单斜辉石中发现石英出溶体后，很多学者在世界上超高压变质岩石中都有发现这种针状石英出溶结构, 如哈萨克斯坦Kokchetav massif、挪威Caledonides和中国大别与天山等地 (Dobrzhinetskaya et al., 2002; Smith et al., 1988; 苏文等, 2001; Dingwell and Brearley, 1985; 张建新等, 2002; 梁金龙等, 2006; Zhang et al., 2007; 2011。部分学者认为早期的单斜辉石在P≥2.5GPa和T=927℃条件下含有稳定的Ca-Eskola组分或富硅组分，压力降低导致二氧化硅呈针状体出溶。这种Ca-Eskola组分被高温高压实验 (Wood, 1978; Zharikov et al., 1984; Mao et al., 1971; Angel et al., 1988) 研究证实其形成条件至少＞3GPa，1100~1700℃的条件下。并认为含Ca-Eskola组分的单斜辉石能够稳定在超高压条件 (石英-柯石英转变线之上)，通过降压退变质反应而分解出石英：2Ca_0.5□_0.5AlSi₂O₆→CaAl₂SiO₆+3SiO₂(Zharikov et al., 1984)。

Ca-Eskola辉石是由Eskola于1921年报道了一种M2位占一半空位的单斜辉石，化学式是Ca_0.5□_0.5AlSi₂O₆。在Ca-Eskola分子中的空位随着温压条件改变会充填不同的组分，在超高压变质过程中形成的分解产物也不相同，即形成不同的出溶体。单斜辉石中富钾的矿物相的出溶体也被部分学者认为是含Ca-Eskola分子的单斜辉石分解的结果 (Zhu and Ogasawara, 2002; Smyth et al., 1980; Harlow, 1997)。

前人研究表明，在超高压条件下，单斜辉石中可出溶富钾的金云母，且出溶前的辉石是在8.0GPa压力下稳定存在的。反应模式:

(3Mg₂Si₂O₆+2KAlSi₂O₆) CPX=K₂Mg₆Si₆O₂₀(OH)₄(金云母)+4SiO₂(柯石英)。

Sato et al. (1997)等实验研究表明, 金云母+单斜辉石+石榴石的组合在6.5~8.0GPa (1000℃) 条件下稳定存在。我们曾在苏鲁石榴石橄榄岩的单斜辉石中发现有富钾矿物金云母的出现 (赵文霞等, 2004)。而单斜辉石出溶钾长石也较常见于变质岩中，在一些含有金刚石的变质岩中, 单斜辉石中K₂O的含量可达1.55%。此类高K₂O的单斜辉石常常含有钾长石, 有时为富钾云母的出溶条片, 可以作为超高压变质的标志 (游振东等, 2007)。

对于松多榴辉岩中的钾长石出溶体，可以推断是含Ca-Eskola分子的单斜辉石分解的结果。在超高压条件下，Ca-Eskola组分在单斜辉石的空位被K与Al配对以替代形式进入充填，由于K作为离子半径比较大的离子，占据了辉石中较小的M1和M2位置，特别是Al的离子半径较小，其有可能将M1位置压缩，M2位置增大，从而充填类似K这样的大离子半径的离子。许多证据和前人的研究表明其形成于超高压环境下，其压力至少>5GPa。置换化学式可表示为 (Reid et al., 1976)：

3KAlSi₂O₆+Ca_0.5□_0.5AlSi₂O₆→3KAlSi₃O₈+CaAl₂SiO₆。

研究表明，单斜辉石含钾长石或金云母出溶体，指示其形成压力应该在柯石英稳定区内，远大于矿物对温压计所计算的压力。

4 松多榴辉岩中矿物出溶体的发现和意义

根据石榴子石-绿辉石-多硅白云母压力计和石榴子石-绿辉石、石榴子石-多硅白云母温度计计算，松多榴辉岩的变质温压范围为630~777℃和2.58~2.70GPa (杨经绥等, 2006; Yang et al., 2009)。这一压力低于石英-柯石英转变线的压力。

本文中石榴石出溶的金红石针状体指示其俯冲深度要达到上地幔，才能达到要求的压力条件。而辉石中出溶的石英和含K质的出溶体，指示其榴辉岩的形成条件起码是在柯石英稳定区域，包含石英出溶体的辉石被证明形成于P≥2.5GPa，T=927℃的条件下，包含钾质出溶体的辉石被证明形成于P≥5GPa。因此，矿物出溶体指示的榴辉岩形成压力远大于矿物温压计所计算出来的压力。这些出溶体的存在证明了松多榴辉岩曾经历过超高压变质作用，其是在折返过程中温压的降低导致了多种矿物出溶体的形成。

地球化学和锆石测年结果表明，松多榴辉岩的原岩为洋壳岩石，变质作用发生在晚二叠纪，因此被认为是古特提斯洋深俯冲作用的产物 (杨经绥等, 2001; 李兆丽等, 2008; 陈松永等, 2007)。本研究表明，榴辉岩的主要矿物中含有金红石、石英和钾长石出溶体。这表明松多榴辉岩经历了5GPa的超高压变质作用，其俯冲深度可达150km，是世界上少见的洋壳岩石经历超高压变质作用的实例。

致谢 感谢张泽明研究员对本文提出的宝贵意见！