大别-苏鲁高压、超高压变质带榴辉岩和脉体中磷灰石氯含量和流体盐度关系的研究

引用本文

张灵敏, 刘景波, 程南飞, 叶凯, 郭顺, 陈意, 毛骞. 2013. 大别-苏鲁高压、超高压变质带榴辉岩和脉体中磷灰石氯含量和流体盐度关系的研究. 岩石学报, 29(5): 1525-1539 复制到剪切板

ZHANG LM, LIU JB, CHENG NF, YE K, GUO S, CHEN Y and MAO Q. 2013. Study on the relationship between the fluid salinity and chlorine content of apatites in eclogite and veins from HP and UHP metamorphic belt of the Dabie-Sulu. Acta Petrologica Sinica, 29(5): 1525-1539(in Chinese with English abstract) 复制到剪切板

大别-苏鲁高压、超高压变质带榴辉岩和脉体中磷灰石氯含量和流体盐度关系的研究

张灵敏^1,2, 刘景波¹, 程南飞^1,2, 叶凯¹, 郭顺¹, 陈意¹, 毛骞¹

1. 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室，北京 100029;
2. 中国科学院大学，北京 100049

2013-02-10 收稿; 2013-04-15 改回.

基金项目: 本文受国家973项目(2009CB825001) 和国家自然科学基金项目(41072049、41090371) 联合资助

第一作者简介: 张灵敏，女，1986年生，博士生，岩石学专业，E-mail: zhanglingmin@mail.igcas.ac.cn

摘要: 流体的盐度对含羟基变质矿物组合的稳定温压条件和岩石-流体的相互作用有重要影响。流体的盐度可从矿物中氯含量的角度加以研究。磷灰石是一个含氯矿物，作为副矿物广泛分布在各种岩石中，且能在较宽的温压范围内稳定存在。本文选择大别-苏鲁造山带中典型的高压、超高压岩石开展了磷灰石成分的研究，结合前人流体包裹体的研究结果，探讨了榴辉岩相条件下流体盐度和磷灰石中的氯含量之间的关系。榴辉岩和脉体中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值与已有的流体包裹体盐度呈很好的线性正相关。榴辉岩和脉体中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值范围为0.00~0.35时，对应的流体包裹体盐度约为0~40%NaCleqv。

关键词: 大别-苏鲁造山带榴辉岩榴辉岩相脉体磷灰石盐度

Study on the relationship between the fluid salinity and chlorine content of apatites in eclogite and veins from HP and UHP metamorphic belt of the Dabie-Sulu

ZHANG LingMin^1,2, LIU JingBo¹, CHENG NanFei^1,2, YE Kai¹, GUO Shun¹, CHEN Yi¹, MAO Qian¹

1. State Key Laboratory of Lithospheric Evolution, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
2. University of Chinese Academey of Sciences, Beijing 100049, China

Abstract: Fluid salinity plays an important role on P-T stability fields of hydroxyl-bearing mineral assemblages and metasomatism during fluid-rock interaction. Salinity of fluid may be determined by chlorine (Cl) contents of minerals. Apatite, as a ubiquitous mineral in various rocks, is an ideal candidate for the study on the relationship between salinity in fluid and Cl content in apatite due to its simple chemical compositions and broad stable P-T field. This paper focuses on measurement of the compositions of apatites in eclogite-facies veins and host eclogites from HP-UHP metamorphic belt of the Dabie-Sulu eclogite-bearing. Combining with the data of salinity of fluid inclusions from other researchers, we built the relationship between the salinities of fluid inclusions and chlorine content of apatites in eclogite and hosted veins. It shows positively correlated between X_ClAp/X_OHAp ratios in apatites and the salinities of fluid inclusions from the eclogites and veins. The X_ClAp/X_OHAp ratios in apatite from 0.00 to 0.35 are approximately equilibrated with the salinities from 0 to 40% NaCleqv in fluid inclusions.

Key words: The Dabie-Sulu orogenic belt Eclogite Eclogitic facies vein Apatite Salinity

流体是控制变质作用的最重要的因素之一。例如，流体的含量和成分决定着羟基矿物组合的温压条件。流体通过弱化矿物的强度导致岩石大规模的变形。流体与岩石的交代作用形成不同类型的蚀变岩石和脉体。高压、超高压变质过程中，流体影响或决定着俯冲带岩石变质作用的特征和岛弧岩浆的形成(Peacock, 1990; Scambelluri and Philippot, 2001; Manning, 2004; Hermann et al., 2006; Guo et al., 2012)。因此，高压、超高压流体成分、含量、行为特征的研究是目前岩石学研究最前沿的课题之一。研究岩石中流体的最直接对象是流体包裹体，流体包裹体中主要类型之一是流体的盐度。高盐度的流体包裹体在榴辉岩以及其中的高压、超高压脉体中均有发育(Philippot and Selverstone, 1991; Philippot et al., 1998; Scambelluri et al., 1998; Glassley, 2001; Svensen et al., 2001; Xiao et al., 2000, 2002; Fu et al., 2001, 2002)。除了流体包裹体外，高盐度的流体可以通过含氯矿物加以研究。如角闪石、黑云母、方柱石、磷灰石等含羟基矿物均含少量的氯, 可用来研究岩石中盐流体的特征(Mora and Valley, 1989; Nijland et al., 1993; Markl and Bucher, 1998; Kullerud and Erambert, 1999; Kullerud, 2000; Liu et al., 2009, 2011; 张灵敏和刘景波, 2012)。

在含氯矿物中，磷灰石是一个产状广泛、成分简单的矿物。磷灰石由三个端员组分组成，即氟磷灰石[Ca₅(PO₄)₃F]、氯磷灰石[Ca₅(PO₄)₃Cl]、羟基磷灰石[Ca₅(PO₄)₃OH]。磷灰石的稳定温压范围比较宽，从低级到高级变质岩中都可以存在(Spear and Pyle, 2002)。俯冲带的岩石中，磷灰石以副矿物出现在岩石和脉体中(Philippot and Selverstone, 1991; Franz et al., 2001)。磷灰石中的挥发组分与流体成分直接相关(Korzhinskiy, 1981; Yardley, 1985; Zhu and Sverjensky, 1991, 1992; Brenan, 1993; Piccoli and Candela, 1994; Penniston-Dorland and Ferry, 2005; Antignano and Manning, 2008; Webster et al., 2009)，因此可以用磷灰石挥发份的组成特征来反演岩石中流体的成分特征。

近十年来，大别-苏鲁高压、超高压岩石中的流体包裹体研究已获得很多成果(Xiao et al., 2000, 2002; Franz et al., 2001; Fu et al. 2001, 2002; 范宏瑞等, 2005; 翟伟等, 2005, 2006; 沈昆等, 2003, 2005, 2008; Zhang et al., 2008)。含盐流体包裹体主要存在于蓝晶石、绿辉石、石榴石等榴辉岩相的矿物中，表明含盐流体出现在高压、超高压变质阶段。同时，这些榴辉岩中磷灰石也很发育(陈振宇等, 2006, 2009)，本文对榴辉岩中磷灰石氯含量进行了系统的研究，结合相应岩石中的流体包裹体资料，探讨了流体盐度与磷灰石中氯含量之间的关系。

1 地质背景和样品地点

大别-苏鲁造山带位于中国中东部，是由扬子板块在晚三叠世(245~219Ma) 向华北板块俯冲-碰撞形成(Li et al., 1993; Ames et al., 1993; Hacker et al., 1996; Rowley et al., 1997)。该造山带内广泛发育高压、超高压榴辉岩带，从东到西，榴辉岩带分布超过1000km，大体划分为三个部分，郯庐断裂以东的苏鲁榴辉岩带、郯庐断裂以西的安徽东大别榴辉岩带和商麻断裂以西的红安榴辉岩带(图 1)。

图 1 大别-苏鲁造山带地质简图以及采样位置 Fig. 1 The schematic geological map of the Dabie-Sulu orogenic belt (modified after Zhang et al., 2000), showing the locations of studied eclogite blocks

本文研究的样品来自苏鲁榴辉岩带西南端青龙山和池庄地区的榴辉岩，东大别榴辉岩带碧溪岭和朱家冲地区榴辉岩四个露头。前人对这些榴辉岩进行了岩石学、地球化学和年代学等方面的深入研究(例如：池庄榴辉岩：张泽明等, 2005; 沈昆等, 2008; Zhang et al., 2008。青龙山榴辉岩：Zheng et al., 1998; Zhang et al., 2005。碧溪岭榴辉岩：Zhang et al., 1995; Xiao et al., 2000。朱家冲榴辉岩：Wang et al., 1992; Castelli et al., 1998; Franz et al., 2001; Li et al., 2004; 石永红等, 2006)。

2 榴辉岩和脉体岩相学及磷灰石产状特征

池庄地区露头可观察到浅色镁铝型榴辉岩和深色钛铁型榴辉岩两大类。浅色镁铝型榴辉岩的矿物组成为石榴石(Grt)+绿辉石(Omp)+石英(Qtz)+金红石(Rt)+绿帘石(Ep)+多硅白云母(Phn)±黝帘石(Zo)±蓝晶石(Ky)。深色钛铁型榴辉岩的矿物组成主要为Grt+Omp+Qtz+Rt±Ep。榴辉岩中，磷灰石作为粒间矿物与石榴石、绿辉石、金红石、石英等矿物共生(图 2a)，另一些呈细小颗粒包裹在石榴石和绿辉石中(粒径约20~100μm)。池庄榴辉岩中脉体十分发育，根据产状和矿物组成特征，可划分石英脉、富绿辉石-石英脉、绿辉石-黝帘石-蓝晶石-石英脉和富多硅白云母-石英脉。石英脉主要矿物是石英，可含少量石榴石、绿辉石、磷灰石、金红石等。富绿辉石-石英脉主要由石英和绿辉石组成，其次是金红石、石榴石、磷灰石等。绿辉石-黝帘石-蓝晶石-石英脉由石英、黝帘石、蓝晶石、绿辉石、磷灰石及少量金红石、多硅白云母和石榴石等矿物组成。富多硅白云母-石英脉由多硅白云母和石英，及少量石榴石、绿辉石和磷灰石组成。绿辉石、蓝晶石和帘石等脉体矿物呈半自形-自形，粒度较大，长轴方向平行于脉体的生长方向。四类脉体中均有磷灰石发育，其中富绿辉石-石英脉和绿辉石-黝帘石-蓝晶石-石英脉中的磷灰石含量较高，较自形，粒度较大，粒径0.1~3mm，与脉体中其它矿物共生(图 2b)。

图 2 池庄榴辉岩和青龙山榴辉岩特征照片池庄榴辉岩(09CZ5a)(a) 和富绿辉石-石英脉(09CZ3a)(b) 的背散射图像，显示了磷灰石与榴辉岩相矿物平衡共生；青龙山榴辉岩(09QLS8) 显微照片(c) 和背散射图像(d)，磷灰石与石榴石、绿辉石、石英等矿物共生，磷灰石含有石榴石、绿辉石和绿帘石包裹体.矿物缩写根据Kretz (1983) Fig. 2 Photos of eclogites from Chizhuang and Qinglongshan Back-scattered electron (BSE) image of eclogite (a) and of omphacite-rich quartz vein (b) from Chizhuang, showing apatites coexist with eclogite facies minerals; photomicrograph (c) and BSE image (d) of the eclogite from Qinglongshan, showing apatites with the inclusions of garnet, omphacite and epidote. Mineral abreactions after Kretz (1983)

青龙山榴辉岩显示了强烈变形特征，岩石为S-L或L构造岩。矿物组成为Grt+Omp+Phn+Rt+Qtz±Ky±Ep±Tlc (滑石)±Amp (角闪石)。露头上观察到的绿帘石变斑晶常成层出现，且切割面理和线理。局部可见角闪石变斑晶，呈筛状变斑晶，包裹有石榴石、绿辉石、石英、金红石、蓝晶石和多硅白云母等矿物。榴辉岩中，磷灰石与石榴石、绿辉石等矿物平衡共生，有些磷灰石中含有石榴石和绿辉石包裹体，表明这些磷灰石是榴辉岩相阶段形成的矿物(图 2c, d)。此外，绿帘石筛状变斑晶中也含有磷灰石包裹体。

碧溪岭榴辉岩由深色钛铁型榴辉岩和浅色镁铝型榴辉岩组成，原岩为堆晶辉长岩类。深色钛铁型榴辉岩矿物颗粒相对较粗，矿物组成为Grt+Omp+Rt±Qtz，部分绿辉石发生退变，具有后成合晶边。浅色镁铝型榴辉岩矿物颗粒相对较细，矿物组成为Grt+Omp+Phn+Rt+Zo±Ky±Qtz±Tlc，绿辉石和石榴石中含有柯石英或柯石英假象，石榴石、石英呈长条状集合体与柱状绿辉石定向排列构成岩石面理(图 3a)。两类榴辉岩均有磷灰石发育，与绿辉石、石榴石等矿物共生(图 3b)。此外，榴辉岩中的局部发生了强烈退变质作用，转变为石榴角闪岩，可观测到很多磷灰石颗粒与石榴子石、绿帘石等共生。碧溪岭榴辉岩中主要发育绿辉石脉和蓝晶石-多硅白云母-石英脉。绿辉石脉发育在深色榴辉岩中，主要由绿辉石组成，可见一些金红石和磷灰石，绿辉石的粒度大，粒径约2~4mm，边部具有后成合晶退变边，磷灰石与绿辉石共生，粒径约1~2mm，局部富集(图 3a)。蓝晶石-多硅白云母-石英脉主要发育在浅色榴辉岩中，含有蓝晶石、多硅白云母和石英等矿物，蓝晶石呈长柱状，可达3~5mm。该类脉体中磷灰石颗粒粗大，与蓝晶石、多硅白云母共生，磷灰石中可见蓝晶石、绿辉石包裹体(图 3c)，指示磷灰石是榴辉岩相变质阶段的矿物。

图 3 碧溪岭榴辉岩和朱家冲榴辉岩特征照片碧溪岭绿辉石脉与围岩榴辉岩(10BXLZ2) 的显微照片(a)，碧溪岭榴辉岩(10BXLZ2)(b) 和蓝晶石-多硅白云母-石英脉(10DB55)(c) 的BSE图像, 显示了磷灰石包裹细粒蓝晶石和绿辉石; (d)-朱家冲蓝晶石-多硅白云母-石英脉和围岩榴辉岩(10DB86) 的显微照片; (e)-朱家冲榴辉岩(10DB85) BSE图像.Ec-榴辉岩; Vein-脉体; Sym-后成合晶 Fig. 3 Photos of eclogites from Bixiling and Zhujiachong Photomicrograph of omphacite vein and host eclogite from Bixiling (a), BSE images of Bixiling eclogite (b) and Ky-Phn-Qtz vein (c), showing the inclusions of kyanite and omphacite in apatite; (d)-photomicrograph of Ky-Phn-Qtz vein and host eclogite; (e)-BSE image of eclogite from Zhujiachong. Ec-eclogite; Sym-symplectite

朱家冲榴辉岩矿物组成为Grt+Omp+Phn+Rt+Ep+Ky+Qtz±Tlc±Pg (钠云母)。石榴石常呈环礁状，中间包裹多硅白云母、蓝晶石、石英、磷灰石等矿物。岩石退变质作用相对强烈，绿辉石有明显的后成合晶退变边，石榴石边缘有角闪石的反应边，多硅白云母边部退变为黑云母+斜长石组合(图 3d)。磷灰石与石榴石、绿辉石、多硅白云母、绿帘石共生，为榴辉岩相阶段的矿物。此外，环礁状石榴石中，磷灰石与多硅白云母、石英、绿辉石共生(图 3e)。朱家冲榴辉岩中发育蓝晶石-多硅白云母-石英脉、帘石-多硅白云母-石英脉等。蓝晶石、多硅白云母、磷灰石等脉体矿物颗粒粗大，较自形，部分颗粒呈集合体定向排列(图 3d)。脉体中磷灰石含量较少，与石英、蓝晶石和多硅白云母共生，粒径达1mm。

3 实验分析方法

矿物成分采用中国科学院地质与地球物理研究所的JXA-8100电子探针进行分析。实验条件：加速电压为15kV、电子束流为10nA、电子束斑直径1~5μm (根据矿物颗粒大小调整)。天然和人工合成的矿物用来做标样，采用ZAF校正。电子背散射图像(BSE) 也在同一台仪器上采集。磷灰石的分析结果见表 1和图 4。

表 1 榴辉岩和脉体中代表性磷灰石的探针成分(wt%) Table 1 Representative analyses of apatites from the studied rocks (wt%)

样品号	09cz2	09cz3	09cz4	09cz4	09cz12	09cz12	09cz13b	09cz19a	09cz25	09cz27b	10cz5	10cz6	10cz7	10cz7	10cz7	10cz12	09cz3	09cz4	09cz4	09cz5a	09cz5a	09cz6a	09cz10	09cz11a	09cz19a	09cz19a	09cz20b	09cz20b	09cz22-1	09cz22-1	09cz22-1	09cz26b	10cz9	10cz9	09QLS2	09QLS2	09QLS4	09QLS4	09QLS8	09QLS8	09QLS8	09QLS9	09QLS15	09QLS15	10bxlz1	10bxlz2	10db49	10db54	10db54	10db55	02DB19	02DB19	03BD6	03BD6	06db68	06db68	06db68	10bxlz5	10bxlz5	10db45	10db45	10db48	10db48	10db54	10db56	06BD21	06DB14	06DB14	06DB14	06DB14	10db86	10db85	06DB20
分析点	281ap4	56ap2	43ap5L	46ap6	31ap1	43ap2	372ap1	402ap5	249ap2	73ap2	233ap3	271ap2	251ap2L	254ap3	261ap4	218ap1	54ap1-6	34ap3-4	38ap4-2	24ap2-7	32ap2-13	192ap5-3	384ap3-6	357ap1-5	202ap1-3	229ap2-9	333ap3-3	307ap3-8	22ap3-3	25ap2-2	29ap2-6	93ap1-6	60ap1-1	69ap2	145ap1	157ap3	256ap7	262ap9	331ap8	120ap2-1	123ap5	116ap6	169ap2	182ap5	190ap1	242ap2	105ap2	178ap10	186ap11	130ap3	310ap1	318ap2	66ap2	67ap2	113ap1L	120ap2L	135ap6	210ap2	212ap2	56ap2	67ap3	93ap1	97ap2	161ap4	112ap3	56ap3	14ap3	21ap5	28ap7	6ap1	104ap1	78ap1	76ap1
位置	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	q V	q V	q V	omp-q V	omp-q V	omp-q V	omp-q V	omp-q V	ky-zo-q V	ky-zo-q V	ky-zo-q V	ky-zo-q V	ky-zo-q V	ky-zo-q V	ky-zo-q V	ky-zo-q V	ky-zo-q V	ky-zo-q V	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	am-R	am-R	omp V	omp V	omp V	ky-q V	ky-q V	ky-q V	Zo-Ec	Zo-Ec	Ti-Fe Ec	Ti-Fe Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	Ec	MgAl Ec	MgAl Ec	Ti-Fe Ec	Ti-Fe Ec	Ec	MgAl Ec	MgAl Ec	MgAl Ec	MgAl Ec	MgAl Ec	MgAl Ec	Ec	Ec	phn-q V
SiO₂	0.11	0.03	0.03	0.06	0.01	0.03	0.05	0.03	0.07	0.12	0.03	0.03	0.00	0.00	0.03	0.03	0.06	0.00	0.00	0.03	0.06	0.00	0.00	0.00	0.01	0.00	0.00	0.01	0.00	0.00	0.01	0.00	0.03	0.00	0.02	0.26	0.02	0.00	0.00	0.10	0.05	0.00	0.02	0.03	0.00	0.01	0.04	0.00	0.02	0.04	0.00	0.05	0.02	0.03	0.04	0.03	0.01	0.03	0.07	0.02	0.00	0.03	0.05	0.03	0.00	0.00	0.18	0.01	0.00	0.03	0.01	0.06	0.02
FeO	0.43	0.00	0.30	0.57	0.01	0.03	0.11	0.02	0.26	0.37	0.10	0.03	0.05	0.05	0.01	0.05	0.07	0.03	0.15	0.03	0.09	0.05	0.08	0.03	0.01	0.08	0.02	0.02	0.06	0.05	0.09	0.01	0.00	0.00	0.00	0.15	0.04	0.03	0.08	0.58	0.09	0.00	0.12	0.12	0.03	0.07	0.05	0.04	0.02	0.01	0.06	0.19	0.08	0.05	0.09	0.16	0.09	0.10	0.23	0.17	0.14	0.10	0.11	0.10	0.05	0.01	0.07	0.05	0.19	0.06	0.13	0.05	0.06
MnO	0.00	0.00	0.00	0.00	0.03	0.05	0.01	0.00	0.01	0.02	0.01	0.02	0.03	0.01	0.05	0.00	0.00	0.02	0.00	0.00	0.00	0.04	0.00	0.02	0.02	0.05	0.03	0.00	0.02	0.02	0.01	0.02	0.00	0.01	0.02	0.04	0.01	0.00	0.00	0.00	0.02	0.00	0.05	0.06	0.02	0.00	0.00	0.01	0.00	0.00	0.00	0.02	0.00	0.00	0.04	0.02	0.00	0.01	0.02	0.02	0.00	0.04	0.00	0.01	0.03	0.02	0.00	0.00	0.02	0.01	0.04	0.01	0.00
MgO	0.05	0.03	0.08	0.02	0.01	0.00	0.02	0.00	0.07	0.06	0.03	0.00	0.00	0.01	0.04	0.01	0.05	0.04	0.04	0.02	0.03	0.01	0.02	0.00	0.01	0.04	0.03	0.04	0.03	0.04	0.03	0.03	0.00	0.01	0.00	0.09	0.00	0.03	0.02	0.05	0.04	0.02	0.01	0.00	0.02	0.00	0.01	0.02	0.00	0.02	0.03	0.04	0.02	0.04	0.00	0.01	0.03	0.05	0.03	0.05	0.05	0.02	0.04	0.05	0.04	0.00	0.00	0.03	0.03	0.03	0.00	0.02	0.06
SrO	0.29	0.32	0.17	0.14	0.15	0.05	0.57	0.00	0.00	0.24	0.37	0.17	0.03	0.03	0.06	0.15	0.30	0.32	0.34	0.59	0.28	0.37	0.30	0.26	0.11	0.01	0.13	0.05	0.03	0.11	0.00	0.23	0.00	0.00	0.05	0.01	0.36	0.69	0.44	0.31	0.52	0.42	0.01	0.17	0.37	0.20	0.33	0.10	0.06	0.06	0.03	0.00	0.46	0.28	0.20	0.21	0.21	0.36	0.26	0.60	0.43	0.21	0.29	0.14	0.12	0.16	0.21	0.09	0.41	0.53	0.11	0.32	0.68
CaO	54.58	55.45	54.80	54.83	55.54	55.20	55.57	55.86	55.50	55.06	53.87	54.28	53.98	54.07	54.01	54.17	55.38	55.32	55.66	55.82	55.54	56.18	56.31	55.82	55.74	56.39	56.49	56.64	55.97	56.11	53.06	56.23	55.66	55.75	55.22	54.59	55.74	55.41	55.33	54.75	54.58	54.88	56.59	56.56	54.30	55.07	53.91	54.81	54.55	54.31	55.30	54.37	54.83	54.97	55.79	55.00	54.95	53.89	53.47	53.78	54.07	53.55	54.00	54.88	54.14	54.84	55.86	55.75	55.58	55.98	56.12	55.53	55.97
P₂O₅	43.00	43.14	42.49	41.54	41.98	43.98	43.13	43.56	43.08	41.97	43.06	43.19	43.04	43.21	42.79	42.95	42.56	42.51	42.78	41.10	41.08	40.70	41.30	43.14	41.25	41.42	41.09	41.55	42.83	40.98	45.28	41.38	41.83	41.92	42.86	42.47	43.00	42.62	43.13	42.84	43.14	42.35	41.87	41.73	42.42	42.51	42.84	43.06	43.18	42.81	43.18	43.09	43.58	42.76	42.85	42.58	42.46	42.93	43.03	42.44	43.18	42.77	42.58	43.14	42.86	43.51	42.77	43.25	43.02	43.31	42.40	42.70	42.41
F	2.51	2.23	1.35	1.21	2.13	1.55	2.27	2.54	2.31	2.49	2.42	2.62	1.54	1.79	2.40	2.11	2.42	2.35	2.42	2.80	2.50	2.80	2.60	2.20	2.60	2.90	3.10	3.40	2.15	1.99	1.44	2.70	2.71	2.20	2.33	3.13	3.47	3.20	3.26	3.04	3.60	3.79	2.81	2.50	2.12	1.69	2.47	2.12	1.66	1.82	1.60	1.30	2.37	2.38	1.20	1.26	1.76	2.23	2.91	0.64	0.78	0.93	2.18	1.50	1.98	2.15	2.52	2.50	2.79	2.87	1.97	2.01	3.25
Cl	0.06	0.14	1.31	1.95	0.10	0.55	0.04	0.05	0.42	0.05	0.07	0.03	1.10	0.69	0.18	0.12	0.07	0.07	0.10	0.12	0.05	0.02	0.01	0.04	0.22	0.16	0.05	0.01	0.17	0.77	1.67	0.03	0.04	0.82	0.29	0.16	0.17	0.24	0.13	0.17	0.14	0.06	0.16	0.11	0.33	0.86	0.56	0.30	0.22	0.70	0.86	0.89	0.18	0.17	0.58	0.45	0.34	0.38	0.23	1.35	0.96	1.46	0.25	0.38	0.23	0.02	0.02	0.01	0.00	0.03	0.01	0.02	0.00
O=F+Cl	1.07	0.97	0.86	0.95	0.92	0.78	0.96	1.08	1.07	1.06	1.03	1.11	0.90	0.91	1.05	0.92	1.03	1.01	1.04	1.21	1.06	1.18	1.10	0.94	1.14	1.26	1.32	1.43	0.94	1.01	0.98	1.14	1.15	1.11	1.05	1.35	1.50	1.40	1.40	1.32	1.55	1.61	1.22	1.08	0.97	0.91	1.17	0.96	0.75	0.92	0.87	0.75	1.04	1.04	0.64	0.63	0.82	1.02	1.28	0.57	0.55	0.72	0.97	0.72	0.89	0.91	1.07	1.05	1.17	1.22	0.83	0.85	1.37
total	99.96	100.37	99.67	99.37	99.04	100.66	100.81	100.98	100.65	99.32	98.93	99.26	98.87	98.95	98.52	98.67	99.88	99.65	100.45	99.30	98.57	98.99	99.52	100.57	98.83	99.79	99.62	100.29	100.32	99.06	100.61	99.49	99.12	99.60	99.74	99.55	101.31	100.82	100.99	100.52	100.63	99.91	100.42	100.20	98.64	99.50	99.04	99.50	98.96	98.85	100.19	99.20	100.50	99.64	100.15	99.09	99.03	98.96	98.97	98.50	99.06	98.39	98.53	99.51	98.56	99.80	100.56	100.64	100.87	101.63	99.96	99.87	101.08
Fe²⁺	0.029	0.000	0.020	0.039	0.001	0.002	0.007	0.001	0.017	0.025	0.007	0.002	0.003	0.003	0.001	0.003	0.005	0.002	0.010	0.002	0.006	0.003	0.005	0.002	0.001	0.005	0.001	0.001	0.004	0.003	0.006	0.001	0.000	0.000	0.000	0.010	0.003	0.002	0.005	0.039	0.006	0.000	0.008	0.008	0.002	0.005	0.003	0.003	0.001	0.001	0.004	0.013	0.005	0.003	0.006	0.011	0.006	0.007	0.016	0.012	0.009	0.007	0.007	0.007	0.003	0.001	0.005	0.003	0.013	0.004	0.009	0.003	0.004
Mn	0.000	0.000	0.000	0.000	0.002	0.003	0.001	0.000	0.001	0.001	0.001	0.001	0.002	0.001	0.003	0.000	0.000	0.001	0.000	0.000	0.000	0.003	0.000	0.001	0.001	0.003	0.002	0.000	0.001	0.001	0.001	0.001	0.000	0.001	0.001	0.003	0.001	0.000	0.000	0.000	0.001	0.000	0.003	0.004	0.001	0.000	0.000	0.001	0.000	0.000	0.000	0.001	0.000	0.000	0.003	0.001	0.000	0.001	0.001	0.001	0.000	0.003	0.000	0.001	0.002	0.001	0.000	0.000	0.001	0.001	0.003	0.001	0.000
Mg	0.006	0.004	0.010	0.002	0.001	0.000	0.002	0.000	0.008	0.007	0.004	0.000	0.000	0.001	0.005	0.001	0.006	0.005	0.005	0.002	0.004	0.001	0.002	0.000	0.001	0.005	0.004	0.005	0.004	0.005	0.004	0.004	0.000	0.001	0.000	0.011	0.000	0.004	0.002	0.006	0.005	0.002	0.001	0.000	0.002	0.000	0.001	0.002	0.000	0.002	0.004	0.005	0.002	0.005	0.000	0.001	0.004	0.006	0.004	0.006	0.006	0.002	0.005	0.006	0.005	0.000	0.000	0.004	0.004	0.004	0.000	0.002	0.007
Sr	0.013	0.015	0.008	0.007	0.007	0.002	0.026	0.000	0.000	0.011	0.017	0.008	0.001	0.001	0.003	0.007	0.014	0.015	0.016	0.028	0.013	0.018	0.014	0.012	0.005	0.000	0.006	0.002	0.001	0.005	0.000	0.011	0.000	0.000	0.002	0.000	0.017	0.032	0.020	0.014	0.024	0.020	0.000	0.008	0.017	0.009	0.015	0.005	0.003	0.003	0.001	0.000	0.021	0.013	0.009	0.010	0.010	0.017	0.012	0.028	0.020	0.010	0.014	0.006	0.006	0.007	0.010	0.004	0.019	0.024	0.005	0.015	0.031
Ca	4.669	4.721	4.723	4.783	4.808	4.657	4.719	4.721	4.722	4.763	4.640	4.660	4.657	4.651	4.672	4.670	4.752	4.756	4.753	4.874	4.862	4.926	4.891	4.743	4.870	4.890	4.919	4.895	4.774	4.906	4.464	4.884	4.828	4.827	4.734	4.704	4.745	4.748	4.714	4.684	4.668	4.745	4.868	4.873	4.709	4.746	4.659	4.698	4.678	4.688	4.716	4.667	4.657	4.720	4.757	4.733	4.741	4.649	4.617	4.670	4.642	4.645	4.678	4.691	4.674	4.670	4.759	4.733	4.730	4.731	4.807	4.751	4.788
Si	0.009	0.002	0.002	0.005	0.001	0.002	0.004	0.002	0.006	0.010	0.002	0.002	0.000	0.000	0.002	0.002	0.005	0.000	0.000	0.002	0.005	0.000	0.000	0.000	0.001	0.000	0.000	0.001	0.000	0.000	0.001	0.000	0.002	0.000	0.002	0.021	0.002	0.000	0.000	0.008	0.004	0.000	0.002	0.002	0.000	0.001	0.003	0.000	0.002	0.003	0.000	0.004	0.002	0.002	0.003	0.002	0.001	0.002	0.006	0.002	0.000	0.002	0.004	0.002	0.000	0.000	0.014	0.001	0.000	0.002	0.001	0.005	0.002
P	2.906	2.902	2.894	2.864	2.872	2.932	2.894	2.909	2.896	2.869	2.931	2.930	2.934	2.937	2.925	2.926	2.886	2.888	2.887	2.836	2.842	2.820	2.835	2.897	2.848	2.838	2.827	2.838	2.886	2.832	3.010	2.840	2.867	2.868	2.904	2.892	2.893	2.886	2.903	2.896	2.915	2.893	2.846	2.841	2.907	2.895	2.926	2.917	2.926	2.920	2.910	2.923	2.925	2.901	2.887	2.896	2.895	2.926	2.936	2.912	2.929	2.931	2.915	2.914	2.924	2.928	2.879	2.902	2.893	2.893	2.870	2.887	2.867
Sum	7.632	7.644	7.657	7.700	7.692	7.598	7.653	7.633	7.650	7.686	7.602	7.603	7.597	7.594	7.611	7.609	7.668	7.667	7.671	7.744	7.732	7.771	7.747	7.655	7.727	7.741	7.759	7.742	7.670	7.752	7.486	7.741	7.697	7.697	7.643	7.641	7.661	7.672	7.644	7.647	7.623	7.660	7.728	7.736	7.638	7.656	7.607	7.626	7.610	7.617	7.635	7.613	7.612	7.644	7.665	7.654	7.657	7.608	7.592	7.631	7.606	7.600	7.623	7.627	7.614	7.607	7.667	7.647	7.660	7.659	7.695	7.664	7.699
F	1.267	1.121	0.687	0.623	1.089	0.772	1.138	1.267	1.160	1.272	1.230	1.328	0.784	0.909	1.225	1.074	1.226	1.193	1.220	1.443	1.292	1.449	1.333	1.104	1.341	1.485	1.593	1.735	1.082	1.027	0.715	1.384	1.388	1.125	1.179	1.592	1.744	1.619	1.639	1.535	1.817	1.934	1.427	1.271	1.085	0.860	1.260	1.073	0.840	0.927	0.806	0.659	1.188	1.206	0.604	0.640	0.896	1.136	1.483	0.328	0.395	0.476	1.115	0.757	1.009	1.081	1.267	1.253	1.402	1.432	0.996	1.015	1.641
Cl	0.016	0.038	0.357	0.538	0.027	0.147	0.011	0.013	0.113	0.014	0.019	0.008	0.300	0.188	0.049	0.033	0.019	0.019	0.027	0.033	0.014	0.006	0.003	0.011	0.061	0.044	0.014	0.003	0.046	0.213	0.445	0.008	0.011	0.225	0.079	0.044	0.046	0.065	0.035	0.046	0.038	0.016	0.044	0.030	0.091	0.235	0.153	0.081	0.060	0.191	0.232	0.242	0.048	0.046	0.157	0.123	0.093	0.104	0.063	0.371	0.261	0.401	0.069	0.103	0.063	0.005	0.005	0.003	0.000	0.008	0.003	0.005	0.000

表 1 榴辉岩和脉体中代表性磷灰石的探针成分(wt%) Table 1 Representative analyses of apatites from the studied rocks (wt%)

图 4 榴辉岩和脉体中磷灰石的成分特征 (a)、(b) 分别是榴辉岩和脉体中磷灰石的F和Cl重量百分含量投图；(c)、(d) 分别是榴辉岩和脉体中磷灰石的F-Cl-OH投图 Fig. 4 The compositions of apatites from the studied rocks (a) and (b): F-Cl plots of the apatites in eclogite and veins, respectively; (c) and (d): F-Cl-OH plots for the apatites in the eclogite and veins, respectively

4 磷灰石的组分特征

池庄榴辉岩中磷灰石的氟和氯含量变化范围较大，氯含量的范围为0.01%~2.34%，氟含量的变化范围为0.74%~2.78%(图 4a)。四类脉体的磷灰石氯含量也有所差异，绿辉石-黝帘石-蓝晶石-石英脉中磷灰石的氯含量变化范围较大，在0.01%~0.91%之间，而石英脉、富绿辉石-石英脉和富多硅白云母-石英脉中磷灰石氯含量变化范围较小，在0~0.30%之间(图 4b和表 1；Ec-榴辉岩，V-脉体)。单颗粒剖面分析表明榴辉岩和脉体中的磷灰石均无氯成分环带。

青龙山榴辉岩中的磷灰石主要是氟磷灰石，氯含量很低，变化范围在0.01%~0.40%之间。

碧溪岭榴辉岩中磷灰石氯含量变化范围比较大，浅色榴辉岩中磷灰石氯含量变化范围为0.17%~1.42%，深色榴辉岩中磷灰石氯含量变化范围为0.12%~1.46%。同一样品中不同磷灰石颗粒之间氯含量也显示明显的差别，而单颗粒磷灰石并无明显的氯成分环带。脉体中磷灰石的氯含量比榴辉岩中的稍低，绿辉石脉和蓝晶石-多硅白云母-石英脉之间的磷灰石氯含量无明显差异，变化范围在0.22%~0.91%之间(图 4b)。

朱家冲榴辉岩中磷灰石氯含量很低( < 0.05%)(图 4a)。环礁状石榴石包裹的磷灰石和基质中的磷灰石的氯含量无明显差异，在0.0~0.04%之间。脉体中的磷灰石氯含量均低于榴辉岩中磷灰石氯含量，其含量低于0.03%，不同脉体中磷灰石氯含量没有差异，且单颗粒磷灰石也无明显的氯成分环带。

岩石中磷灰石组分整体呈现两个演化趋势(图 4c, d)：一种形式的取代关系是羟基(OH) 和氟(F) 之间的替代：Ap-F+OH=Ap-OH+F，(Ap-F代表氟磷灰石，Ap-OH代表羟基磷灰石)；另一种形式的取代关系是氯(Cl)、氟和羟基之间的替代：Ap-F-OH+Cl=Ap-Cl+F+OH，(Ap-Cl代表氯磷灰石)。由于氯离子半径比氟和羟基的离子半径大，相对不易取代。在流体低氯含量的情况下，主要是F和OH之间的替代，受氯组分的影响不大，这种取代关系主要体现在青龙山榴辉岩、池庄、朱家冲和碧溪岭低氯含量的磷灰石中。随着流体中氯含量的增加，Cl对F和OH同时取代，这种替代主要体现在碧溪岭和池庄榴辉岩中高氯含量的磷灰石中。

5 讨论 5.1 磷灰石中氯含量与平衡流体盐度的关系

磷灰石的氯含量是温度、压力和流体成分的函数(Zhu and Sverjensky, 1991, 1992; Brenan, 1993; Piccoli and Candela, 1994)。在给定的温压条件下，磷灰石氯含量与平衡溶液中氯的浓度呈正相关关系，与氟的浓度呈负相关关系。Brenan (1993)对磷灰石在不同溶液体系下进行了高温高压实验研究。在溶液体系中，磷灰石与流体可构成下列反应：

(1)

(2)

反应(1) 的平衡常数为K₁=a_HF×X_OHAp/a_H₂O×X_FAp；反应(2) 的平衡常数为K₂=a_HCl×X_OHAp/a_H₂O×X_ClAp。其中，a_HF和a_HCl分别代表溶液中HF和HCl的活度，X_ClAp、X_OHAp和X_FAp代表磷灰石三个端员的摩尔分数，X_ClAp=m_ClAp/(m_FAp+m_ClAp+m_OHAp)。磷灰石的X_FAp/X_OHAp=1/K₁×(a_HF/a_H₂O) 和X_ClAp/X_OHAp=1/K₂× (a_HCl/a_H₂O) 可以反映流体中a_HCl/a_H₂O和a_HF/a_H₂O比值特征。以盐流体-磷灰石描述岩石中磷灰石成分的变化特征时，X_ClAp/X_OHAp和X_FAp/X_OHAp的值可近似为流体盐度和氟含量变化的量度。

我们分析测试结果显示，不同露头榴辉岩中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp变化范围不同，反映了岩石中流体盐度的变化。图 5给出了榴辉岩和各类脉体中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值的变化范围。青龙山榴辉岩中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值变化范围为0.02~0.3，个别值可高达0.45(图 5a)。池庄榴辉岩磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值大致可分三个范围：0~0.15，0.2~0.4，0.55~0.65(图 5b)。碧溪岭浅色榴辉岩和深色榴辉岩中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值均有两个变化范围，在低比值范围(0.05~0.15) 内二者相似；高比值范围二者差别明显，深色榴辉岩的为0.2~0.3，浅色榴辉岩的为0.3~0.35；退变榴辉岩中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值很低( < 0.05)(图 5e)。朱家冲榴辉岩中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp值特别低( < 0.015)(图 5g)。与榴辉岩相似，各类脉体中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值也有不同的范围。池庄发育的石英脉、富绿辉石-石英脉和富多硅白云母-石英脉中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值相对较低，分别为0.01~0.15，0~0.1，0.01~0.06；绿辉石-黝帘石-蓝晶石-石英脉中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值相对较高，有三个范围：0~0.05，0.08~0.2和0.25~0.45(图 5c, d)。碧溪岭绿辉石脉中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp有0.05~0.1和0.18~0.25两个变化范围，蓝晶石-多硅白云母-石英脉中的磷灰石的两个范围分别为0.08~0.12和0.16~0.28(图 5f)。朱家冲脉体中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值均很低( < 0.014)(图 5h)。

图 5 榴辉岩和脉体中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值的直方图 Fig. 5 Histograms for X_ClAp/X_OHAp ratio of apatites from the eclogites and hosted veins

从Brenan (1993)实验研究的结果来看，在给定的温压条件下，磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值与流体盐度呈正相关关系，因此，该比值可用来探讨与磷灰石平衡的流体的盐度特征。朱家冲榴辉岩中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp值特别低，反映了其平衡流体盐度非常低。青龙山、池庄和碧溪岭榴辉岩中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp变化很大，表明与磷灰石平衡的流体的盐度变化很大。各类脉体中磷灰石组分所反映的流体成分也不同(图 5)。发育在池庄榴辉岩中的绿辉石-黝帘石-蓝晶石-石英脉中X_ClAp/X_OHAp比值变化范围大，表明形成此类脉体的流体盐度变化范围较大。池庄其他三类脉体中磷灰石组分相似，均具有较低X_ClAp/X_OHAp比值，表明成脉流体的盐度较低。碧溪岭榴辉岩中的两类脉体中磷灰石均具有很高X_ClAp/X_OHAp比值，反映了成脉流体盐度较高。朱家冲两类脉体中的磷灰石组分反映了成脉流体的盐度很低。

5.2 流体包裹体盐度和磷灰石氯含量的关系

如前面所述，磷灰石的X_ClAp/X_OHAp与平衡流体的盐度呈直线正相关系，如果认为同一地区流体包裹体所代表的流体与岩石中磷灰石达到了平衡，那么磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值和流体包裹体所反映的盐度大小应该存在相关关系。结合大别-苏鲁高压、超高岩石中流体包裹体的研究结果，我们进一步探讨了自然样品中二者之间的相关关系。前人研究的流体包裹体结果与我们研究的相应岩石和脉体中磷灰石成分结果如表 2所示。

表 2 各地区流体包裹体的研究结果 Table 2 The results of fluid inclusions from the previous literatures

露头	数据来源	期次	包裹体类型	寄主矿物	捕获阶段	盐度(wt%NaCleqv)	磷灰石的X_Clap/X_OHap
池庄	沈昆等, 2008; Zhang et al., 2008	①	多相固体包裹体(I型)	蓝晶石中，偶见于黝帘石中	蓝晶石、褐帘石、黝帘石生长期间	-	-
		②	多子晶流体包裹体(Ⅱ型)	褐帘石和黝帘石	蓝晶石、褐帘石、黝帘石生长期间	0~7.86	0~0.05
		③	H₂O-CO₂包裹体(Ⅲ型)	蓝晶石，偶见于黝帘石中	-	-	-
		④	高盐度盐水包裹体(Ⅳ型) 含少量CO₂、N₂	多见于石英中，也见于褐帘石和黝帘石中	蓝晶石、褐帘石、黝帘石生长期间	31.12~≥53	0.25~0.45
		⑤	中-低盐度H₂O包裹体(V型)	多见于石英中，也见于褐帘石和黝帘石中	超高压变质峰期早期减压阶段或者最晚期流体	5.26~21.26	0.08~0.2
青龙山	翟伟等, 2005	①	富N₂包裹体		超高压变质峰期阶段
		②	高盐度NaC1+CaC1₂+H₂O体系流体包裹体		柯石英榴辉岩相阶段	22.5~23.2	0.02~0.30
		③	中高盐度含Mg²⁺或Fe²⁺的NaC1-H₂O体系流体包裹体	绿帘石	石英榴辉岩相阶段	12.6~16	-
		④	中等盐度水溶液包裹体		角闪岩相退变阶段	6.4~11.7	-
		⑤	低盐度的水溶液包裹体		折返晚期绿片岩相退变质阶段	3.3~0.2	-
碧溪岭	Xiao et al., 2000	①	原生富钙卤水包裹体	蓝晶石中的石英包裹体	可能来自进变质阶段	>40	-
		②	原生高盐度NaC1卤水包裹体	绿辉石、蓝晶石	残余的峰期变质阶段	>23	0.2~0.35
		③	原生中等盐度NaC1包裹体	基质石英	早期退变质阶段	13.94~23	0.05~0.15
		④	富CO₂包裹体	绿辉石和基质石英	可能与共生的高盐度包裹体同一期	-	-
		⑤	低盐度水溶液次生包裹体	基质石英	退变质晚期阶段	0~9.21	0~0.05
朱家冲	Franz et al., 2001	①	原生CO₂和NaC1-KC1-H₂O气液两相包裹体	蓝晶石	进变质阶段	0.7~2.1	0~0.015
		②	假次生CO₂单相包裹体	石英	峰期变质阶段	-	-
		③	次生NaC1-KC1-H₂O包裹体	重结晶的石英	早期退变质阶段	0.7~9.3	-

表 2 各地区流体包裹体的研究结果 Table 2 The results of fluid inclusions from the previous literatures

将榴辉岩和脉体中不同期次流体包裹体的盐度范围，与我们所测试的榴辉岩和脉体中磷灰石的X_ClAp/X_OHAP比值范围相互对应。具体情况如下：青龙山榴辉岩中磷灰石唯一的X_ClAp/X_OHAp区间范围(0.02~0.30，取峰值为0.12) 与超高压变质柯石英榴辉岩相阶段的高盐流体包裹体盐度对应(22.5%~23.2%NaCleqv)(翟伟等, 2005)；池庄绿辉石-黝帘石-蓝晶石-石英脉中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp三个峰值区间(0~0.05，取峰值为0.03；0.08~0.20，取峰值为0.1；0.25~0.45取峰值为0.3)，分别与三种流体包裹体盐度相对应：0~7.86%NaCleqv；5.26%~21.26%NaCleqv；31.12%~≥53%NaCleqv (沈昆等, 2008; Zhang et al., 2008)。碧溪岭榴辉岩中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp两个变化区间(0.05~0.15，取峰值为0.1；0.20~0.35取峰值为0.23)，分别对应于两期原生的流体包裹体盐度(13.94%~23%NaCleqv; >23%NaCleqv)，退变榴辉岩磷灰石的X_ClAp/X_OHAp变化范围(0~0.05，取峰值为0.025) 对应于后期退变质阶段晚期流体的盐度(0~9.21%NaCleqv)(Xiao et al., 2000)。朱家冲脉体中磷灰石X_ClAp/X_OHAp很低，变化区间(0~0.015) 对应于石英脉中进变质阶段蓝晶石内的原生流体包裹体盐度(0.7%~2.1%NaCleqv)(Franz et al., 2001)。

将以上所选榴辉岩或者脉体中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp峰值与相对应的流体包裹体盐度范围的平均值(%NaCleqv) 投图，发现二者呈很好的线性正相关(图 6)。这与实验研究的结果一致(Brenan，1993)。从图 6中我们可以看出高压、超高压岩石中磷灰石的氯组分与流体包裹体的盐度之间呈现很好的线性相关。榴辉岩和脉体中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值在0~0.35之间变化时，对应的流体包裹体的盐度范围约为0~40%NaCleqv。

图 6 磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值与流体包裹体的盐度关系投图池庄绿辉石-黝帘石-蓝晶石-石英脉中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp三个峰值分别对应三种流体包裹体盐度.青龙山榴辉岩中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp一个峰值对应超高压变质峰期流体的盐度.碧溪岭榴辉岩中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp两个峰值对应两期原生流体包裹体的盐度；碧溪岭退变质榴辉岩中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp峰值对应退变质晚期流体的盐度.朱家冲脉体中磷灰石的X_ClAp/X_OHAp值对应早期进变质阶段流体的盐度.流体包裹体资料见表 2 Fig. 6 Relation between X_ClAp/X_OHAp ratios of apatites and salinities of the fluid inclusions

5.3 流体成分与变质矿物共生组合的关系

在变质过程中，流体作为一个相与含羟基矿物组合平衡共生。流体成分强烈影响流体参与的变质反应。在相平衡模拟中，一般假设水的活度a_H₂O=1(例如，Yang and Powell, 2006; 娄玉行等, 2009; Wei et al., 2003, 2009, 2010)，即流体相作为纯水流体来考虑。通过前人流体包裹体的研究(Xiao et al., 2000; Franz et al., 2001; 翟伟等, 2005; 沈昆等, 2008; Zhang et al., 2008) 和我们对磷灰石成分的观察，证实大别-苏鲁高压、超高压变质带榴辉岩平衡的流体均为不同盐度的流体。朱家冲榴辉岩中流体的盐度很低， < 5%NaCleqv (图 6)，可以近似处理为纯水流体，而且其它三个露头榴辉岩中流体具有一定的盐度，相平衡计算中需要考虑水的活度。如果把盐流体作为理想体系考虑，即a_H₂O=X_H₂O，那么可以大致估算出我们所研究榴辉岩中流体的水活度，具体情况为：青龙山榴辉岩中流体的水活度为0.75；池庄绿辉石-黝帘石-蓝晶石-石英脉中不同盐度流体对应的水的活度分别约为0.95、0.85、0.58；碧溪岭榴辉岩中不同盐度流体水的活度约为0.80和0.65。

实际上，盐流体具有非理想体系特征，以NaCl-H₂O体系为例，当压力>0.2GPa，NaCl-H₂O体系是非理想的，表现为a_H₂O < X_H₂O，而且水活度随着压力升高而降低(Aranovich and Newton, 1996)。按照在压力为1.5GPa条件下的实验结果计算，青龙山榴辉岩流体中水的活度从理想的0.75降低到0.58，池庄绿辉石-黝帘石-蓝晶石-石英脉中不同盐度流体对应的水活度分别降低到0.88、0.72和0.40，碧溪岭榴辉岩流体中不同盐度流体水的活度则降低到0.65和0.45。我们研究的榴辉岩形成压力通常大于1.5GPa，流体中水活度a_H₂O应该比上述值更低。流体中水活度的降低将影响含水矿物组合的稳定温压范围和矿物的成分特征。与纯水平衡的变质矿物组合稳定的温压条件和与盐流体平衡的岩石稳定的温压条件应该有很大差别，因此，以纯水为假设计算的相图以及由此确定的温压条件可能与实际情况相差很大，其估算的岩石变质温压条件应该存在巨大的不确定性。

6 结论

(1) 池庄和碧溪岭榴辉岩中磷灰石的组分特征表明与其平衡的流体具有较低的氟含量和较高的盐度；青龙山榴辉岩中磷灰石的成分表明平衡流体具有高的氟含量和中等的盐度；朱家冲榴辉岩中磷灰石的成分表明平衡流体具有中等氟含量，很低的盐度。

(2) 榴辉岩和脉体中磷灰石X_ClAp/X_OHAp比值与前人流体包裹体研究反映的流体盐度相对应，二者呈很好的线性相关。榴辉岩和脉体磷灰石的X_ClAp/X_OHAp比值在0~0.35时，对应的流体包裹体盐度约为0~40%NaCleqv。

致谢样品分析过程中得到了中国科学院地质与地球物理研究所马玉光老师的协助；王清晨研究员和苏文研究员审阅了全文，并提出了宝贵的修改意见；在此一并表示衷心感谢。

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岩石学报 2013, Vol. 29 Issue (5): 1525-1539	PDF