2013, Vol. 29
2. 中国科学院大学，北京 100049
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
东海片麻岩中含柯石英包体的锆石幔部SHRIMP U-Pb年龄为229±4Ma，含石英的增生锆石年龄为211±4Ma (刘福来等, 2003)。由青龙山榴辉岩中石榴石、绿辉石、多硅白云母和全岩获得的Sm-Nd等时线年龄为226.3±4.5Ma，Rb-Sr年龄为219.5±0.5Ma (Li et al., 1994; Li, 1996)。原岩年龄为762±28Ma (Ames et al., 1996)。
对于青龙山榴辉岩，Zhang et al. (1995)认为峰变质矿物组合为：石榴石+绿辉石+多硅白云母+蓝晶石+金红石+柯石英+绿帘石+滑石，柯石英稳定范围内有两期重结晶作用，早期阶段包括石榴石、绿辉石、蓝晶石、绿帘石和金红石，它们构成岩石的片理。晚期粗粒的绿帘石和角闪石变斑晶形成，它们切割片理并包含早期的矿物。绿帘石包含柯石英假象，因此与柯石英的稳定共生。他们估算峰变质温度为685~885℃(30kbar)。Mattinson et al.(2004)认为青龙山榴辉岩经历了进变质、峰变质、早期的退变质和角闪岩相退变质四个阶段。进变质阶段由石榴石中更富铁部分及其中的钠云母+角闪石+绿帘石包体为代表。峰变质阶段的矿物为：石榴石，绿辉石，多硅白云母，金红石，绿帘石，蓝晶石，滑石和柯石英。退变质早期阶段绿帘石和蓝晶石变斑晶生长。斜长石+角闪石+钠质普通角闪石后成合晶，钠云母、钠长石、高铁的绿帘石和角闪石表明发生过一个角闪岩相退变质阶段。Zhang (2005)也辨别出四个变质阶段，与Mattinson et al.(2004)的区别在于绿帘石和滑石没有被视为峰变质矿物。而Yang (2004)则认为青龙山榴辉岩峰变质矿物组合为石榴石+绿辉石+蓝晶石+金红石(+柯石英)，绿帘石与部分石英是最晚期流体沿微裂隙活动的产物。绿帘石变斑包裹大量石榴石、绿辉石、替代绿辉石的后成合晶、白云母以及金红石，因此晚于峰变质矿物形成，甚至晚于后成合晶。
青龙山榴辉岩的变质P-T路径和峰变质温压也存在争议。Zhang et al. (1995)和Zhang (2005)估算峰变质条件为：T=700~890℃，P>2.8GPa。Mattinson et al.(2004)运用内洽热力学数据集温压计(Internally consistent thermodynamic dataset thermobarometry) 和Ravna and Terry (2004)温压计得出青龙山榴辉岩的峰变质温压是P=3.0~3.5GPa，T=600~700℃。
上述不同作者的工作看似存在较大的争议，主要在于多硅白云母、绿帘石和滑石等含水矿物是否属于峰变质组合。根据笔者的岩相学研究，青龙山榴辉岩可以分出细粒块状或片状、中粒块状或片状、条带状等几个类型，它们局部都有绿帘石等矿物作为变斑晶出现。不同工作所得出的结论可能与所研究的榴辉岩类型不同有关。本文采用岩相学观察和定量相图相结合的方法，研究青龙山一个典型的榴辉岩类型--含绿帘石、蓝晶石和滑石变斑晶的榴辉岩--的矿物组合随P-T的变化。利用对应具体岩石组成的P-T假切面(pseudosection) 可以定量阐述矿物和流体在P-T-X空间内的相平衡关系(Powell et al., 1998)，从而可以解释矿物环带、包裹体、反应结构的形成等，确定榴辉岩形成的P-T条件和P-T-t路径(Wei and Powell, 2003; Yang and Powell, 2006; Clarke et al., 2006; Wei et al., 2009, 2010)。
2 区域地质背景苏鲁和大别山超高压地块将北部太古代的中朝克拉通与南部元古代的扬子克拉通分开，在白垩纪被郯鲁走滑断层分开了500km的左行位移(Xu，1993)。苏鲁地块主要由石英-长石-黑云母片麻岩、角闪岩、大理岩、变质花岗岩、榴辉岩、变沉积岩和超基性岩组成。超高压变质作用的指示矿物柯石英在苏鲁广泛出露，常常作为包体出现在石榴石、绿辉石、蓝晶石、绿帘石和锆石中(Yang and Smith, 1989; Enami and Zang, 1990; Hirajima et al., 1990; Wang et al., 1993; Ye et al., 2000)。在苏鲁中部的仰口榴辉岩中发现了粒间柯石英(叶凯等, 1996；Liou and Zhang, 1996)，在苏鲁南部的岚山头榴辉岩有粒间柯石英假象(杨建军, 1991)。在石榴石橄榄岩和辉石岩，变质花岗岩，蓝晶石石英岩以及硬玉岩中也确定了超高压矿物组合(Hirajima et al., 1993；Yang et al., 1993；Enami et al., 1993; Zhang et al., 1995)。
位于苏鲁南部的东海地区主要是由花岗片麻岩、表壳岩和少量基性-超基性岩组成。表壳岩可划分为四个单元。从北西向南东分别是：(1) 大理岩-角闪岩单元，(2) 二云母和二长石片麻岩单元，(3) 黑云母和/或白云母片麻岩单元，(4) 云母片麻岩夹石英岩单元。四个单元中均出现少量榴辉岩。花岗质片麻岩包括五种类别：(1) 具线理的混合岩化的钾长石片麻岩，伴有大量的花岗质、长石和石英脉；(2) 黑云母片麻岩并伴有少量的基性矿物( < 1%~3vol%)，显示由富石英和富长石条带的组成层所定义的片麻理，(3) 含石榴石的片麻岩，并伴有少量的黑云母、白云母和绿帘石，绿帘石稍微线理化，(4) 角闪石和黑云母片麻岩，包含大量的基性矿物(>10%~15vol%)，显示出与花岗闪长岩相似的特征，(5) 含霓石的片麻岩，包含许多高钾和高钠的钠质-钙质角闪石。所有的花岗质片麻岩和表壳岩都经历了200~115Ma的大体积的花岗岩侵入，被白垩纪地层和第三纪的玄武岩不整合覆盖(Zhang et al., 2002)。
位于东海地区的青龙山，是走向为NNE-SSW方向延伸的低山脊，青龙山出露两个片理化程度不同的榴辉岩露头(图 1b、图 2a)，北部片理化程度强，南部片理化程度稍弱，榴辉岩的西边出露多硅白云母-石英(柯石英？)-石榴石片岩。石榴石、绿辉石富集条带以及绿辉石、白云母颗粒的压扁和定向排列显示榴辉岩片理构造。局部榴辉岩的片理发生弯曲，形成褶皱和窗棱构造(图 2b)。出露于青龙山顶的榴辉岩以绿帘石局部含量高(达40vol%) 为特征。粗粒自形的绿帘石切穿由细粒石榴石、绿辉石、蓝晶石、白云母和石英构成的片理构造(图 2c、图 3a)。
|
图 1 青龙山地理位置和野外露头地质图(图 1b据Rumble and Yui, 1998修改) 数字代表省去前缀07QL的样品号 Fig. 1 Outcrop map and sample localitions of the Qinglongshan eclogites (Fig. 1b after Rumble and Yui, 1998) |
|
图 2 青龙山榴辉岩的野外产状图片 (a)-片理化强的岩体；(b)-片理化弱的岩体；(c)-榴辉岩相片理发生弯曲，形成褶皱，可见绿帘石的条带 Fig. 2 Field views showing the occurrence of the Qinglongshan eclogites |
|
图 3 青龙山样品07QL03的显微镜照片和背散射图像 (a)-细粒的石榴石、绿辉石、多硅白云母、蓝晶石、石英和金红石定向分布构成片理，粗粒自形的绿帘石和他形的蓝晶石及滑石切割片理; (b)-绿辉石中的石榴石、白云母和蓝晶石包体，绿帘石的石榴石、绿辉石和柯石英假象; (c)-绿辉石中石榴石和绿帘石包体，绿帘石包含石榴石、绿辉石、柯石英假象和金红石; (d)-绿帘石包含石榴石、绿辉石、柯石英假象和蓝晶石，其中的蓝晶石包含石榴石、绿辉石和白云母; (e)-蓝晶石包含石榴石和绿辉石，绿帘石包含石榴石和绿辉石，滑石包含石榴石、绿辉石、白云母和滑石; (f)-绿帘石中的石榴石、绿辉石、柯石英假象和黝帘石保持片理构造; (g)-蓝晶石中见柯石英假象，滑石被角闪石包围交代，(h)-绿帘石中滑石被角闪石包围，绿辉石周围见角闪石和钠长石 Fig. 3 Photomicrographs and backscattered electron images in porphyroblastic eclogite (07QL03) |
青龙山含绿帘石、蓝晶石和滑石变斑晶的榴辉岩由细粒榴辉岩叠加生长粗粒的变斑晶形成。榴辉岩样品07QL03-05具斑状变晶结构，块状或片状构造。细粒他形的石榴石、绿辉石、多硅白云母、蓝晶石、石英、金红石和绿帘石平衡共生，它们局部定向分布构成片理(图 3a)。粗粒自形的绿帘石和他形的蓝晶石及滑石变斑晶呈无定向生长，切割片理。由此可见变斑晶晚于构成片理的细粒基质矿物结晶于岩石不再受到剪切应力的环境。因而推断峰变质矿物组合包括基质中构成片理的高压矿物：g+o+coe+mu+ky+ru+ep (矿物缩写见图 4)。石榴石呈自形-半自形，微粒-细粒(0.05~0.32mm)，常有金红石或钠云母包裹其中。绿辉石呈半自形-他形，微粒-中粒(0.05~1.40mm)，常包含石榴石、绿辉石、金红石、白云母、钠云母、柯石英假象、蓝晶石、绿帘石、角闪石和石英等矿物(图 3b, c)。金红石中亦包含其它矿物，其本身部分被钛铁矿取代。
|
图 4 变斑状榴辉岩的矿物共生组合 Fig. 4 Mineral assemblage in porphyroblastic eclogite |
粗粒(1.0~3.0mm) 无定向的变斑晶以自形的绿帘石变斑晶为主，半自形-他形蓝晶石和滑石变斑晶含量和粒度递减。它们包含粒度与基质矿物相近的石榴石、绿辉石、多硅白云母、柯石英假象、金红石、蓝晶石、绿帘石、和石英(图 3b-f)，后者仍保留与基质一致的早期片理构造。石英聚合体构成柯石英假象并在其周围的绿帘石或蓝晶石中引起放射状裂开(图 3f, g)。基质和绿帘石变斑晶内的滑石都被角闪石包围交代(图 3g, h)。基质中钠云母环绕蓝晶石生长。绿泥石和斜长石常见于退变质较强烈的榴辉岩和绿帘角闪岩中。矿物组合演化见图 4。
4 矿物化学矿物化学组成由中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈国家重点实验室JEOL8100电子探针分析测定，工作条件为10nA电流和15kV加速电压，电子束斑一般小于2μm，矿物化学式采用电价平衡法并假设各个矿物具有理想的化学计量系数(Droop，1987)。原始结果经由JEOL提供的ZAF程序修正。所有的分析均以天然或合成的晶体作为标准。
榴辉岩样品07QL03中石榴石组成为Pyr32-50Alm33-50Grs9-24Sps1-3(表 1、图 5)。薄片07QL03-2中绿帘石包含的石榴石组成为：Prp37-44Alm34-44Gro15-22Spe1-2。从核部到边缘，镁铝榴石组分降低，XMg值(=Mg/(Fe+Mg)，下同) 减小，铁铝榴石组分则升高。部分蓝晶石中的石榴石包体组成为Prp38-43Alm34-41Gro19-22Spe1-2，从核部到边缘，镁铝榴石和钙铝榴石组分升高，XMg值增大(0.48~0.56)，铁铝榴石组分则降低(图 6a)。基质石榴石组成为Prp34-44Alm34-48Gro15-23Spe1-2。从核部到边缘镁铝榴石组分升高，XMg值增大(0.42~0.56)，铁铝榴石组分降低(图 6b)。
|
图 5 石榴石的组成范围 Fig. 5 Composition range of garnet |
|
图 6 石榴石颗粒的组成剖面 Fig. 6 Zoning profiles of garnet grains |
|
表 1 变斑状榴辉岩中代表性石榴石的电子探针分析(wt%) Table 1 Selected microprobe analyses for garnet in porphyroblastic eclogite (wt%) |
绿辉石在基质中组成为：Jd26-36Acm15-28Aug39-54。(表 2、图 7)。石榴石中的绿辉石包体组成为Jd30-32Acm22-26Aug42-47。蓝晶石和绿帘石变斑晶中的绿辉石包体组成为：Jd26-35Acm17-27Aug39-55。角闪石中的绿辉石包体组成为：Jd28-31Acm21-25Aug43-48。
|
图 7 绿辉石的组成范围 Fig. 7 Composition range of omphacite |
|
|
表 2 变斑状榴辉岩中代表性绿辉石的电子探针分析(wt%) Table 2 Selected microprobe analyses for omphacite in porphyroblastic eclogite (wt%) |
绿辉石中的帘石包体显示环带，从核部XFe(=Fe3+/(Al+Fe3+)=0.22~0.23到边缘XFe=0.15~0.17。蓝晶石中绿帘石包体XFe=0.21~0.25。绿帘石变斑晶的组成不均匀，并且不具有简单环带。绿帘石变斑晶中环绕蓝晶石的深色部分XFe=0.13~0.18，而外部浅色部分的XFe=0.21~0.25。
角闪石的组成范围比较广泛，包括镁绿铁闪石、冻蓝闪石、阳起石、镁角闪石、浅闪石、钙镁闪石、韭闪石、镁绿钠闪石、蓝透闪石和镁红闪石(表 3、图 8)(角闪石的命名参考Leake et al., 1997))。不同类型岩石中角闪石的类型和产状有所不同。冻蓝闪石在岩石中最常见，通常为变斑晶，常包含滑石。变斑状榴辉岩(07QL03) 的角闪石主要为冻蓝闪石，少量为镁红闪石。
|
图 8 角闪石的组成范围 Fig. 8 Composition range of amphibole sodic-calcic amphibole compositions (0.5≤NaB≤1.5); calcic amphibole compositions (NaB < 0.5). Names follow Leake et al. (1997) |
|
|
表 3 变斑状榴辉岩中代表性角闪石的电子探针分析(wt%) Table 3 Selected microprobe analyses for amphibole in porphyroblastic eclogite (wt%) |
白云母作为包体出现在绿辉石内，其组成为：Si=3.27~3.31，XNa=0.28~0.34，XK=0.64~0.71，XMg=0.60~0.62。(XNa=Na/(Na+K+Ca)，XK=K/(Na+K+Ca)，下同)。多硅白云母作为绿辉石和蓝晶石中包体组成为：Si=3.33~3.45，XNa=0.11~0.16，XK=0.83~0.88，XMg=0.64~0.73。角闪石内多硅白云母组成为：Si=3.61~3.62，XNa=0.02~0.03，XK=0.89~0.93，XMg=0.78~0.79。基质中的多硅白云母组成为：Si=3.37~3.58，XNa=0.07~0.12，XK=0.85~0.93，XMg=0.65~0.74(表 4、图 9)。
|
图 9 多硅白云母的Al-Si图 Fig. 9 Al vs.Si diagram for phengite |
|
|
表 4 变斑状榴辉岩中代表性云母的电子探针分析(wt%) Table 4 Selected microprobe analyses for muscovite in porphyroblastic eclogite (wt%) |
石榴石和绿辉石中的钠云母包体组成为：XNa=0.82~0.90，XK=0.03~0.14，XCa=0-03~0.08。绿帘石内的钠云母包体组成为：XNa=0.92~0.97，XK=0.0~0.03，XCa=0.02~0.05(表 4)。
滑石以富镁[Mg/(Mg+Fe2+)=0.92~0.96]和贫铝(0.04~0.79) (表 5) 为特征。偶尔见微粒的滑石被包含在石榴石变斑晶、蓝晶石和绿帘石中。作为包裹体的滑石组成上与基质滑石相同。
|
|
表 5 变斑状榴辉岩中代表性滑石的电子探针分析(wt%) Table 5 Selected microprobe analyses for talc in porphyroblastic eclogite (wt%) |
本文使用热力学计算软件THERMOCALC (3.31) 计算了代表性变斑状榴辉岩样品07QL03的P-T假切面(pseudosection)(图 10、图 11)，P-T范围是0.5~4GPa，500~800℃。依据苏鲁青龙山高压榴辉岩的主要矿物组成及其组成特征，这里选择Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-TiO2-Fe2O3 (NCKFMASHTO) 为模拟体系。流体视为纯水并设为过剩相。在进行假切面计算时，总组成(bulk composition) 的确定是重要环节。这里采用在薄片中统计可能平衡共生矿物的体积百分数与相应的电子探针分析数据结合估计有效总组成(Carson et al., 1999；Warren and Water, 2006；娄玉行等，2009)。考虑到石榴石具有环带，取其边缘组成和的体积二分之一(Carson et al., 1999)，Warren and Water (2006)认为这种计算方法得到的总组成更适合确定进变质阶段到峰变质阶段的P-T路径。计算涉及的矿物固溶体活度模型与魏春景等(Wei et al., 2010) 所用的相同。
|
图 10 变斑状榴辉岩(07QL03) Fe2O3=12%FeOT时的P-T假切面 总组成为(mol%)：SiO2=53.12, Al2O3=12.81, CaO=12.57, MgO=10.91, FeO=6.38, K2O=0.21, Na2O=2.26, TiO2=0.86，Fe2O3=0.87.双变域为浅蓝色，三变及更高变度的区域颜色渐深.红色圆点为等值线确定的石榴石组成环带对应的温压条件，由低到高对应石榴石的核心到边缘 Fig. 10 P-T pseudosection for sample 07QL03 with Fe2O3=12%FeOT |
|
图 11 变斑状榴辉岩(07QL03) Fe2O3=23%FeOT时的P-T假切面 总组成为(mol%)：SiO2=54.0, Al2O3=12.66, CaO=13.09, MgO=11.03, FeO=5.76, K2O=0.21, Na2O=2.36, TiO2=0.88，Fe2O3=1.75.双变域为浅蓝色，三变及更高变度的区域颜色渐深.浅灰色粗线代表由矿物组合确定的P-T路径，其上的绿色圆点为计算矿物相含量选取的位置，深灰色粗线代表由石榴石组成等值线确定的P-T路径，其上的红色圆点为等值线确定的石榴石组成环带对应的温压条件，由低到高对应石榴石的核心到边缘 Fig. 11 P-T pseudosection for sample 07QL03 with Fe2O3=23%FeOT |
对基性岩作相图计算一般取Fe2O3为全铁(FeOT) 的12%(如娄玉行等，2009)，此时样品07QL03的总组成摩尔百分含量为SiO2=53.12，Al2O3=12.81，CaO=12.57，MgO=10.91，FeO=6.38，K2O=0.21，Na2O=2.26，TiO2=0.86，O=0.87。计算的假切面如图 10。该图中绿帘石不在柯石英的稳定域内，因而不能模拟岩相学观察到的峰变质矿物组合(g+o+coe+mu+ky+ru+ep)。为此本文依据含Fe2O3矿物的含量及其实际组成(表 6) 估计全岩Fe2O3为23%。总组成的摩尔百分比为SiO2=54.0，Al2O3=12.66，CaO=13.09，MgO=11.03，FeO=5.76，K2O=0.21，Na2O=2.36，TiO2=0.88，O=1.75。图 11是对应此总组成的P-T假切面。对比图 10和图 11可见，Fe2O3的增高使得绿帘石的稳定范围向高压大幅度扩展，并与柯石英稳定共存，给出了峰变质矿物组合。
|
|
表 6 沿图 11退变质P-T轨迹不同位置计算的矿物含量 Table 6 Phase mode calculated at different location along the retrograde P-T path in Fig. 11 |
Mattinson et al. (2004)根据总组成为洋中脊玄武岩的样品中角闪石分解实验研究(Ernst and Liu 1998；Schmidt and Poli 1998)，推测青龙山榴辉岩进变质早期压力在1.2~2.2GPa。Zhang et al. (2005)运用石榴石-角闪石温压计(Graham and Powell, 1984) 推测这个阶段的温压条件为：P=1GPa，T=550~600℃。本文的观察表明，角闪石、绿帘石、斜长石、绿泥石、白云母、钠云母和钠长石作为包体出现在青龙山榴辉岩的石榴石和绿辉石中。在相图中(图 10、图 11)，这些包体矿物多数在≤0.8 GPa和≤575℃的区域共存。
6.2 峰变质阶段从矿物组合推断，青龙山变斑状榴辉岩的峰变质温压为>650℃和2.8~3.25GPa (图 11)。
另一方面，矿物等值线温压计可以用来确定峰变质条件(Powell and Holland, 2008)。例如，在P-T假切面中石榴石的XMg和Z (=Ca/(Ca+Mg+Fe)) 等值线与实测的石榴石组成比较可以确定其结晶条件(如Wei et al., 2009, 2010)。从图 11可见石榴石的组成环带记录了一段进变质过程。最高温压对应于石榴石边缘的组成，为P=2.9~3.2GPa，T=640~670℃。但是，这些组成均位于g-o-mu-ky-ru-coe-law-ta组合的区域，如果把这一结果视为峰变质条件，就意味着硬柱石和滑石也属于峰变质组合，而帘石不属于峰变质组合。本文的岩相学观察表明峰变质组合由构成片理的基质高压矿物代表，其中没有硬柱石或其假象。硬柱石也没有作为包裹体在高压矿物中出现。Mattinson et al.(2004)描述了绿帘石包含石英并与蓝晶石接触的现象，认为是硬柱石分解反应law=zo+ky+q+H2O的产物。本文作者在大量的类似结构中见到绿帘石包含的不止有石英，更多的是石榴石和绿辉石等矿物，因而未能证实这种“硬柱石假象”的存在。假如硬柱石曾作为峰变质矿物出现，它的假象也应当沿片理方向分布。滑石变斑晶切割基质的片理，或被角闪石包围交代一同被包裹在绿帘石变斑晶中。这些现象不能说明它属于峰变质矿物组合。本文未能成功应用石榴石组成等值线温压计获得峰变质组合，原因可能在于计算相图时假设流体为纯水。当流体中含有大量其它组分时，图中的矿物组合边界向低温方向移动(如Yang and Powell, 2006)。在温度较高的超高压变质条件下，与地壳物质平衡的流体可能含显著量的溶质(Hermann et al., 2006)。因此，更符合实际的相图涉及的流体可能不是纯水，因而包括硬柱石和滑石的矿物组合的稳定温度降低，可能导致石榴石组成等值线不再落入其稳定范围。
图 11显示绿帘石部分地与柯石英构成稳定组合。这种绿帘石应当是构成片理的细粒绿帘石。通常认为，包含柯石英的绿帘石变斑晶是与柯石英平衡的(Zhang et al., 1995; Mattinson et al., 2004)。按此逻辑，包含柯石英假象的绿帘石变斑晶中的滑石也可以被认为是结晶于柯石英稳定范围。本文作者认为，且不论包围滑石的角闪石和绿辉石的后成合晶也被绿帘石变斑晶包裹(Yang, 2004)，仅根据包含关系把柯石英的寄主矿物也当作与之平衡的超高压矿物的做法不总是可靠的。例如，超高压榴辉岩中的石榴石常包含许多低压矿物，后者是进变质包体而不属于超高压组合。对于一个特定的包含结构，假如不涉及机械作用，只能说明寄主矿物结晶较晚，并不能说明包体和寄主矿物达到了平衡。是否处于平衡状态，需要做相关系的热力学分析。一方面，青龙山榴辉岩中绿帘石变斑晶包含的柯石英假象周围形成放射状裂纹，指示形成包含结构时柯石英尚未转变为石英。另一方面，绿帘石变斑晶切割了峰变质矿物构成的片理，晚于峰变质组合单独生长为巨粒变斑晶。其内外的超高压矿物粒度相差不大，内部的包体仍保留了片理构造(图 3a)。因此，绿帘石变斑晶包含柯石英并不指示其在超高压条件下结晶。
可见，把绿帘石和滑石变斑晶与超高压矿物(石榴石、绿辉石等) 组分之间可以写出的变质反应当作温压计来估计榴辉岩的峰变质条件(Mattinson et al., 2004) 是缺乏依据的。矿物温压计所涉及的各相必须属于同一个稳定组合才有实际意义(Yang and Powell, 2006)。
6.3 退变质阶段由于绿帘石和蓝晶石在退变质早期的弱应力条件下持续结晶，它们和稍后结晶的滑石形成变斑晶并切切割了峰变质矿物组合所构成的片理。从图 12a中看到蓝晶石在A、B、C点的含量达到最大，形成变斑晶，从I点开始减少。绿帘石在A、B、C均出现，但是量很少，从I点开始大量增加。滑石从I点开始出现，之后不断减少。从图 12b中看到，蓝晶石含量在E、F、G、H区域持续增加，形成变斑晶，从I点开始减少。绿帘石从F点开始出现，但是到I点才开始大量增加，形成变斑晶。因此可见绿帘石变斑晶包含蓝晶石变斑晶的现象。滑石从I点开始出现，但是数量不大，部分滑石及其角闪石边被绿帘石变斑晶包含。角闪石从J点开始出现，钠云母则从K点开始结晶。
|
图 12 计算的退变质P-T路径不同位置的矿物含量(对应图 11) Gl-蓝闪石，hb-普通角闪石; 其它矿物代号见图 4 Fig. 12 Phase mode calculated at different location along the retrograde P-T path in the phase diagram (Fig. 11) |
由矿物组合限定的青龙山变斑状榴辉岩P-T路径为典型的“发卡式”(图 11)，大致沿进变质P-T路径顺时针返回。岩石的各个变质组合都有含水矿物，沿退变质P-T路径陆续结晶更大量的含水矿物(图 12)，表明在退变质过程中不断有流体渗入岩石。因此，缺乏流体不应是青龙山粒间柯石英能够保存到绿帘石变斑晶形成条件(图 11中从H点到K点) 的原因(对比Mosenfelder et al., 2005)。另一方面，若温压下降速率足够快，也可以使超高压组合得以保存(Terry et al., 2000)。
7 结论通过研究，本文可得到以下结论：
(1) 岩相学观察显示，青龙山变斑状榴辉岩的峰变质矿物组合为基质中细粒的石榴石+绿辉石+多硅白云母+蓝晶石+金红石+柯石英。
(2) 代表性样品中含蓝晶石、绿帘石和滑石变斑晶的变斑状榴辉岩的相图中石榴石组成等值线温压计确定的峰变质组合为：石榴石+绿辉石+多硅白云母+蓝晶石+金红石+柯石英+硬柱石+滑石，与岩相学观察结果不符。这可能是超高压变质流体显著偏离计算相图假设的流体相为纯水所致。
(3) 无定向的变斑晶切割片理，晚于峰变质组合。结晶于弱剪切应力的环境。岩相学和相图模拟结果显示，变斑晶的形成顺序为蓝晶石、绿帘石、滑石。前两者在超高压下开始生长故包含柯石英，绿帘石在 < 2Gpa持续生长形成变斑晶。
(4) 由矿物组合限定的青龙山变斑状榴辉岩P-T路径为典型的“发卡式”。含水矿物沿退变质P-T路径陆续结晶数量增多，表明在退变质过程中不断有流体渗入岩石。
致谢 电子探针工作是在毛骞和马玉光的帮助下完成的。| [] | Ames L, Zhou GZ, Xiong BC. 1996. Geochronology and isotopic character of ultrahigh-pressure metamorphism with implications for collision of the Sino-Korean and Yangtze cratons, central China. Tectonics, 15(2): 472–489. DOI:10.1029/95TC02552 |
| [] | Carson CJ, Powell R, Clarke GL. 1999. Calculated mineral equilibria for eclogites in CaO-Na2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O: Application to the Pouébo Terrane, Pam Peninsula, New Caledonia. Journal of Metamorphic Geology, 17(1): 9–24. DOI:10.1046/j.1525-1314.1999.00177.x |
| [] | Clarke GL, Powell R, Fitsherbert JA. 2006. The lawsonite paradox: A comparison of field evidence and mineral equilibria modelling. Journal of Metamorphic Geology, 24(8): 716–726. |
| [] | Droop GTR. 1987. A general equation for estimating Fe3+ in ferromagnesian silicates and oxides from microprobe analysis, using stoichiometric criteria. Mineralogical Magazine, 51: 431–435. DOI:10.1180/minmag |
| [] | Enami M, Zang Q. 1990. Quartz pseudomorph after coesite in eclogites from Shandong Province, E. China. American Mineralogist, 75: 381–386. |
| [] | Enami M, Zang Q, Yin YJ. 1993. High-pressure eclogites in northern Jiangsu-southern Sandong Province, eastern China. Journal of Metamorphic Geology, 11(4): 589–603. DOI:10.1111/jmg.1993.11.issue-4 |
| [] | Ernst WG, Liu J. 1998. Experimental phase-equilibrium study of Al-and Ti contents of calcic amphibole in MORB: A semiquantitative thermobarometer. American Mineralogist, 83: 952–969. DOI:10.2138/am-1998-9-1004 |
| [] | Graham CM, Powell R. 1984. A garnet-hornblende geothermometer: Calibration, testing, and application to the Pelona Schist, Southern California. Journal of Metamorphic Geology, 2(1): 13–31. DOI:10.1111/jmg.1984.2.issue-1 |
| [] | Hermann J, Spandler C, Hack A, Korsakov AV. 2006. Aqueous fluids and hydrous melts in high-pressure and ultra-high pressure rocks: Implications for element transfer in subduction zones. Lithos, 92(3-4): 399–417. DOI:10.1016/j.lithos.2006.03.055 |
| [] | Hirajima T, Ishiwateri A, Cong BL, Zhang RY, Banno S, Nozaka T. 1990. Identification of coesite in Mengzhong eclogite from Donghai County, northeastern Jiangsu Province, China. Mineralogical Magazine, 54: 579–584. DOI:10.1180/minmag |
| [] | Hirajima T, Wallis SR, Zhai MG, Ye K. 1993. Eclogitized metagranitoid from the Su-Lu ultra-high pressure (UHP) province, eastern China. Proceedings of the Japan Academy. Ser. B: Physical And Biological Sciences, 69(10): 249–254. DOI:10.2183/pjab.69.249 |
| [] | Leake BE, Woolley AR, Arps CE S, et al. 1997. Nomenclature of amphiboles: Report of the Subcomittee on Amphiboles of the International Mineralogical Association, Commission on New Minerals and Mineral Names. American Mineralogist, 82(9-10): 1019–1037. |
| [] | Li SG, Wang SS, Chen YZ, et al. 1994. Excess argon in phengite from eclogite: Evidence from dating of eclogite minerals by Sm-Nd, Rb-Sr and 40Ar/39Ar methods. Chemical Geology, 112(3-4): 343–350. DOI:10.1016/0009-2541(94)90033-7 |
| [] | Li S. 1996. Isotopic geochronology. In: Cong B (ed.). Ultrahigh-Pressure Metamorphic Rocks in the Dabieshan-Sulu Region of China. Beijing: Kluwer Academic Publisher, 90-105 |
| [] | Liou JG, Zhang RY. 1996. Occurrences of intergranular coesite in ultrahigh-P rocks from the Sulu region, eastern China: Implications for lack of fluid during exhumation. American Mineralogist, 81(9-10): 1217–1221. DOI:10.2138/am-1996-9-1020 |
| [] | Liu FL, Xu ZQ, Song B. 2003. Determination of UHP and retrograde metamorphic ages of the Sulu terrane: Evidence from SHRIMP U-Pb dating on zircons of gneissic rocks. Acta Geologica Sinica, 77(2): 229–237. |
| [] | Lou YX, Wei CJ, Chu H, et al. 2009. Metamorphic evolution of high-pressure eclogite from Hong'an, Western Dabie Orogen, central China: Evidence from petrography and calculated phase equilibria in system Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-O (Fe2O3). Acta Petrologica Sinica, 25(1): 124–138. |
| [] | Mattinson CG, Zhang RY, Tsujimori T, Liou JG. 2004. Epidote-rich talc-kyanite-phengite eclogites, Sulu terrane, eastern China: P-T-fO2 estimates and the significance of the epidote-talc assemblage in eclogite. American Mineralogist, 89(11-12): 1772–1783. DOI:10.2138/am-2004-11-1224 |
| [] | Mosenfelder JL, Schertl HP, Smyth JR, Liou JG. 2005. Factors in the preservation of coesite: The importance of fluid infiltration. American Mineralogist, 90(5): 779–789. |
| [] | Powell R, Holland TJB, Worley B. 1998. Calculating phase diagrams involving solid solutions via non-linear equations, with examples using thermocalc. Journal of Metamorphic Geology, 16(4): 577–588. DOI:10.1111/j.1525-1314.1998.00157.x |
| [] | Powell R, Holland TJB. 2008. On thermobarometry. Journal of Metamorphic Geology, 26(2): 155–179. DOI:10.1111/jmg.2008.26.issue-2 |
| [] | Ravna EK, Terry MP. 2004. Geothermobarometry of UHP and HP eclogites and schists: An evaluation of equilibria among garnet-clinopyroxene-kyanite-phengite-coesite/quartz. Journal of Metamorphic Geology, 22(6): 579–592. DOI:10.1111/jmg.2004.22.issue-6 |
| [] | Rumble D, Yui TF. 1998. The Qinglongshan oxygen and hydrogen isotope anomaly near Donghai in Jiangsu Province, China. Geochimica et Cosmochimica Acta, 62(19-20): 3307–3321. DOI:10.1016/S0016-7037(98)00239-7 |
| [] | Schmidt MW, Poli S. 1998. Experimentally based water budgets for dehydrating slabs and consequences for arc magma generation. Earth and Planetary Science Letters, 163(1-4): 361–379. DOI:10.1016/S0012-821X(98)00142-3 |
| [] | Terry MP, Robinson P, Ravna EJK. 2000. Kyanite eclogite thermobarometry and evidence for thrusting of UHP over HP metamorphic rocks, Nord∅yane, western gneiss region, Norway. American Mineralogist, 85(11-12): 1637–1650. DOI:10.2138/am-2000-11-1207 |
| [] | Wang QC, Ishiwatari A, Zhao ZY, et al. 1993. Coesite-bearing granulite retrograded from eclogite in Weihai, eastern China. European Journal of Mineralogy, 5(1): 141–152. DOI:10.1127/ejm/5/1/0141 |
| [] | Warren CJ, Waters DJ. 2006. Oxidised eclogites and garnet-blueschists from Oman: P-T path modelling in the NCFMASHO system. Journal of Metamorphic Geology, 24(9): 783–802. |
| [] | Wei CJ, Powell R. 2003. Phase relations in high-pressure metapelites in the system KFMASH (K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O) with application to natural rocks. Contributions to Mineralogy and Petrology, 145(3): 301–315. DOI:10.1007/s00410-003-0454-1 |
| [] | Wei CJ, Yang Y, Su XL, Song SG, Zhang LF. 2009. Metamorphic evolution of low-T eclogite from the north Qilian orogen, NW China: Evidence from petrology and calculated phase equilibria in the system NCKFMASHO. Journal of Metamorphic Geology, 27(1): 55–70. DOI:10.1111/jmg.2008.27.issue-1 |
| [] | Wei CJ, Li YJ, Yu Y, Zhang JS. 2010. Phase equilibria and metamorphic evolution of glaucophane-bearing UHP eclogites from the western Dabieshan Terrane, Central China. Journal of Metamorphic Geology, 28(6): 647–666. DOI:10.1111/(ISSN)1525-1314 |
| [] | Xu J. 1993. Basic characteristics and tectonic evolution of the Tanchung-Lujiang fault zone. In: Xu J (ed.). The Tancheng-Lujiang Wrench Fault System. Chichester: John Wiley & Sons Inc., 17-50 |
| [] | Yang JJ, Smith DC. 1989. Evidence for a former sanidine coesite eclogite at Lanshantou, eastern China, and the recognition of the Chinese 'Su-Lu Coesite-Eclogite-Province'. Terra Abstracts, 1: 26. |
| [] | Yang JJ. 1991. Eclogites, Garnet Pyroxenites, and Ultrabasites from Shandong and Jiangsu Provinces. Beijing: Geological Publishing House: 1-99. |
| [] | Yang JJ, Godard G, Kienast J, Lu YZ, Sun JX. 1993. Ultrahigh pressure (60kbar) magnesite-bearing garnet peridotites from northeastern Jiangsu, China. The Journal of Geology, 101(5): 541–554. DOI:10.1086/648248 |
| [] | Yang JJ, Powell R. 2006. Calculated phase relations in the system Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O with applications to UHP eclogites and whiteschists. Journal of Petrology, 47(10): 2047–2071. DOI:10.1093/petrology/egl036 |
| [] | Yang TN. 2004. Retrograded textures and associated mass transfer: Evidence for aqueous fluid action during exhumation of the Qinglongshan eclogite, southern Sulu ultrahigh pressure metamorphic terrane, eastern China. Journal of Metamorphic Geology, 22(7): 653–669. DOI:10.1111/jmg.2004.22.issue-7 |
| [] | Ye K, Hirajima T, Ishiwatari A, Gou JH, Zhai MG. 1996. The discovery of intergranular coesite in eclogite from Yangkou, Qingdao. Chinese Science Bulletin, 41(15): 1407–1408. |
| [] | Ye K, Yao Y, Katayama I, et al. 2000. Large areal extent of ultrahigh-pressure metamorphism in the Sulu ultrahigh-pressure terrane of East China: New implications from coesite and omphacite inclusions in zircon of granitic gneiss. Lithos, 52(1-4): 157–164. DOI:10.1016/S0024-4937(99)00089-4 |
| [] | Zhang RY, Hirajima T, Banno S, Cong BL, Liou JG. 1995. Petrology of ultrahigh-pressure rocks from the southern Su-Lu region, eastern China. Journal of Metamorphic Geology, 13(6): 659–675. DOI:10.1111/jmg.1995.13.issue-6 |
| [] | Zhang ZM, Xu ZQ, Liu FL, et al. 2002. Composition and metamorphism of the root of the southern Sulu orogen. Geological Bulletin of China, 21(10): 609–616. |
| [] | Zhang ZM, Xiao YL, Liu FL, Liou JG, Jochen Hoefs. 2005. Petrogenesis of UHP metamorphic rocks from Qinglongshan, southern Sulu, east-central China. Lithos, 81(1-4): 189–207. DOI:10.1016/j.lithos.2004.10.002 |
| [] | 刘福来, 许志琴, 宋彪. 2003. 苏鲁地体超高压和退变质时代的厘定:来自片麻岩锆石微区SHRIMP U-Pb定年的证据. 地质学报, 77(2): 229–237. |
| [] | 娄玉行, 魏春景, 初航, 等. 2009. 西大别造山带红安高压榴辉岩的变质演化:岩相学与Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-O (Fe2O3) 体系中相平衡关系. 岩石学报, 25(1): 124–138. |
| [] | 杨建军. 1991. 苏鲁榴辉岩及有关超基性岩. 北京: 地质出版社. |
| [] | 叶凯, 平岛崇男, 石渡明, 郭敬辉, 翟明国. 1996. 青岛仰口榴辉岩中粒间柯石英的发现及其意义. 科学通报, 41(15): 1407–1408. |
| [] | 张泽明, 许志琴, 刘福来, 孟繁聪, 杨天南, 李天福, 殷秀兰. 2002. 南苏鲁造山带根部的物质组成及变质作用. 地质通报, 21(10): 609–616. |