1622 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2013,29(5) 1 引言东海片麻岩中含柯石英包体的锆石幔部 SHRIMPU 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

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1 /2013/029(05) ActaPetrologicaSinica 岩石学报苏北东海青龙山变斑状榴辉岩的变质演化 1,2 严溶 1 杨建军 YANRong 1,2 andyangjianjun 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, 北京中国科学院大学, 北京 StateKeyLaboratoryofLithosphericEvolution,InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China 2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China 收稿, 改回 YanR andyangjj 2013 MetamorphicevolutionofporphyroblasticeclogiteinQinglongshanofDonghaiofnorthern JiangsuProvince ActaPetrologicaSinica,29(5): Abstract ParteclogitesinQinglongshanarecharacterizedbyepidote,kyaniteandtalcporphyroblast,buttheirpeakmetamorphic mineralasemblagesarecomposedoffine grainedgarnet+omphacite+phengite+coesite+rutile+epidoteinmatrix Themineralsin thepeakasembkageshowshapepreferedorientationdefiningtherockfoliation Thepeakasemblagedefinedbygarnetcompositional isoplethsinthecalculatedphasediagram isgarnet+omphacite+phengite+kyanite+rutile+coesite+lawsonite+talc,inconsistent withthepetrographicobservation Thediscrepancyprobablyresultedfrom theasumptionofpurewatertobetheultrahigh presure (UHP)fluidphase Therandomlyorientedporphyroblastsoverprinttherockfoliation,implyingthattheycrystalizedlaterthanthe peakasemblageunderaweakshearstresfield Bothpetrographyandphasediagrammodelingdemonstrateacrystalizationsequence ofkyanite epidote talc Themodeofepidoteincreasesdramaticalyresultingintheformationofporphyroblastsat<2GPa Thecoesite pseudomorphsintheepidoteporphyroblastsdonotnecesarilyimplythattheycrystalizedinthestabilityfieldofcoesite Rapid decreaseinp TwasmorelikelythecuaseofinclusionoftheUHPasemblageintheepidoteporphyroblasts TheP Tpathdefinedby themineralasemblagesistypicalythehair pintype Hydrousmineralswerepresentinaltheasemblagesatdiferentmetamorphic stages,theiramountsincreasedduringretrogresion,implyingcontinuousingresoffluidsintotherock Keywords Qinglongshan;Eclogite;Phasediagrammodeling;Porphyroblast;P Tpath 摘要青龙山部分榴辉岩以含绿帘石蓝晶石和滑石变斑晶为特征, 但是其峰变质矿物组合由基质中细粒的石榴石 + 绿辉石 + 多硅白云母 + 柯石英 + 金红石 + 绿帘石构成, 它们定向分布形成片理构造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观察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绿帘石在 <2GPa 大量生长形成变斑晶, 它包含柯石英并不一定说明二者平衡共生, 更可能是温压快速下降后峰变质组合被绿帘石变斑晶包含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出现于岩石的各个变质组合, 并且沿退变质 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关键词青龙山 ; 榴辉岩 ; 相图模拟 ; 变斑晶 ;P T 路径中图法分类号 P 本文受国家自然科学基金项目 ( ) 和科技部项目 (2009CB825001) 联合资助. 第一作者简介 : 严溶, 女,1981 年生, 博士, 变质岩石学专业,E mail:yr0270@163.com 通讯作者 : 杨建军, 男,1956 年生, 研究员, 变质岩石学专业,E mail: jyang@mail.igcas.ac.cn

2 1622 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2013,29(5) 1 引言东海片麻岩中含柯石英包体的锆石幔部 SHRIMPU 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(Lietal.,1994;Li,1996) 原岩年龄为 762±28Ma(Amesetal.,1996) 对于青龙山榴辉岩,Zhangetal.(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) Matinsonetal.(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 Matinsonet 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 Zhangetal.(1995) 和 Zhang(2005) 估算峰变质条件为 :T=700~890,P>2 8GPa Matinsonetal.(2004) 运用内洽热力学数据集温压计 (Internalyconsistentthermodynamic datasetthermobarometry) 和 RavnaandTery(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 (Poweletal.,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 (WeiandPowel,2003;YangandPowel,2006; Clarkeetal.,2006;Weietal.,2009,2010) 图 1 青龙山地理位置和野外露头地质图 ( 图 1b 据 RumbleandYui,1998 修改 ) 数字代表省去前缀 07QL 的样品号 Fig.1 OutcropmapandsamplelocalitionsoftheQinglongshaneclogites(Fig 1bafterRumbleandYui,1998)

3 严溶等 : 苏北东海青龙山变斑状榴辉岩的变质演化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 (YangandSmith,1989;Enami andzang,1990;hirajimaetal.,1990;wangetal.,1993;ye etal.,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;LiouandZhang,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 (Hirajimaetal.,1993;Yangetal., 1993;Enamietal.,1993;Zhangetal.,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 (Zhangetal.,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) 3 岩相学特征青龙山含绿帘石蓝晶石和滑石变斑晶的榴辉岩由细粒图 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 FieldviewsshowingtheoccurenceoftheQinglongshan eclogites 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

4 １６２４ＡＰＳｎ岩石学报２０１３２９５变质阶段进变质阶段峰变质阶段退变质阶段石榴石绿辉石白云母ｍｕ金红石ｕ柯石英蓝晶石ｋｙｐ绿帘石滑石角闪石ｍｐ石英ｑ钠云母ｐ钛铁矿ｍ绿泥石ｈ斜长石ｐ图４变斑状榴辉岩的矿物共生组合Ｆ４Ｍｎｍｂｎｐｐｈｙｂ图３青龙山样品０７ＱＬ０３的显微镜照片和背散射图像闪石和石英等矿物图３ｂ金红石中亦包含其它矿物细粒的石榴石绿辉石多硅白云母蓝晶石石英和金红石其本身部分被钛铁矿取代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粗粒１０３０ｍｍ无定向的变斑晶以自形的绿帘石变绿辉石中的石榴石白云母和蓝晶石包体绿帘切割片理ｂ斑晶为主半自形他形蓝晶石和滑石变斑晶含量和粒度递石的石榴石绿辉石和柯石英假象绿辉石中石榴石和绿减它们包含粒度与基质矿物相近的石榴石绿辉石多硅帘石包体绿帘石包含石榴石绿辉石柯石英假象和金红石白云母柯石英假象金红石蓝晶石绿帘石和石英图３ｂ绿帘石包含石榴石绿辉石柯石英假象和蓝晶石其中的ｄ蓝晶石包含石榴石绿辉石和白云母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蓝晶石中见柯石英假象滑石被绿帘石中滑石被角闪石包围绿辉石周围角闪石包围交代ｈ见角闪石和钠长石后者仍保留与基质一致的早期片理构造石英聚合体构ｆ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基质和绿帘石变斑晶内的滑石都被角闪石包围交代图３ｈ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４Ｆ３Ｐｈｍｐｈｎｄｂｋｄｎｍ７ＱＬ０３ｎｐｐｈｙｂ０４矿物化学他形的蓝晶石及滑石变斑晶呈无定向生长切割片理由此矿物化学组成由中国科学院地质与地球物理研究所岩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石圈国家重点实验室ＪＥＯＬ８１００电子探针分析测定工作条受到剪切应力的环境因而推断峰变质矿物组合包括基质件为１０ｎＡ电流和１５ｋＶ加速电压电子束斑一般小于２μｍ中构成片理的高压矿物ｍｕｋｙｕｐ矿物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半自形微粒细粒００５缩写见图４石榴石呈自形学计量系数Ｄｐ１９８７原始结果经由ＪＥＯＬ提供的ＺＡＦ０３２ｍｍ常有金红石或钠云母包裹其中绿辉石呈半自他形微粒中粒００５１４０ｍｍ常包含石榴石绿辉形石金红石白云母钠云母柯石英假象蓝晶石绿帘石角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Ｐｙｍ３３５０Ｇ３２５０Ａ９２４

5 严溶等 : 苏北东海青龙山变斑状榴辉岩的变质演化 1625 表 1 变斑状榴辉岩中代表性石榴石的电子探针分析 (wt%) Table1 Selectedmicroprobeanalysesforgarnetinporphyroblasticeclogite(wt%) 矿物 g R g R g M g M g M g M g C g C g C SiO TiO Al 2 O Cr 2 O FeO MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O 总量 O 12 Si Ti Al Cr Fe Fe Mn Mg Ca Na K 总量 X alm X sps X py X gr 注 :g R 表示石榴石边缘 ;g M 表示石榴石幔部 ;g C 表示石榴石核部分升高,X Mg 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 Prp Alm Gro Spe 1 2 从核部到边缘镁铝榴石组分升高,X Mg 值增大 (0 42~0 56), 铁铝榴石组分降低 ( 图 6b) 绿辉石在基质中组成为 :Jd Acm Aug ( 表 2 图 7) 石榴石中的绿辉石包体组成为 Jd Acm Aug 蓝晶石和绿帘石变斑晶中的绿辉石包体组成为 :Jd Acm Aug 角闪石中的绿辉石包体组成为 :Jd Acm Aug 绿辉石中的帘石包体显示环带, 从核部 X Fe (=Fe 3+ /(Al 图 5 石榴石的组成范围 Fig.5 Compositionrangeofgarnet Sps 1 3 ( 表 1 图 5) 薄片 07QL03 2 中绿帘石包含的石榴石组成为 :Prp Alm Gro Spe 1 2 从核部到边缘, 镁铝榴石组分降低,X Mg 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 Prp Alm Gro Spe 1 2, 从核部到边缘, 镁铝榴石和钙铝榴石组 +Fe 3+ )=0 22~0 23 到边缘 X Fe =0 15~0 17 蓝晶石中绿帘石包体 X Fe =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 X Fe =0 13~0 18, 而外部浅色部分的 X Fe =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 Leakeetal.,1997)) 不同类型岩石中角闪石的类型和产

6 1626 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2013,29(5) 表 2 变斑状榴辉岩中代表性绿辉石的电子探针分析 (wt%) Table2 Selected microprobe analyses for omphacite in porphyroblasticeclogite(wt%) 矿物 o 1 o 2 o 3 o 4 o 5 o 6 o 7 o 8 SiO TiO Al 2 O Cr 2 O FeO MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O 总量 O 6 Si Al Fe Fe Mg Ca Na 总量 Acm Aug Jd 表 3 变斑状榴辉岩中代表性角闪石的电子探针分析 (wt%) Table3 Selected microprobe analyses for amphibole in porphyroblasticeclogite(wt%) 矿物 amp1 amp2 amp3 amp4 amp5 SiO TiO Al 2 O FeO MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O 总量 O 23 Si Ti Al Cr Fe Fe Mn Mg Ca Na K 表 4 变斑状榴辉岩中代表性云母的电子探针分析 (wt%) Table4 Selectedmicroprobeanalysesformuscoviteinporphyroblasticeclogite(wt%) 矿物 pa1 pa2 pa3 pa4 pa5 pa6 mu1 mu2 mu3 mu4 mu5 SiO TiO Al 2 O FeO MgO CaO Na 2 O K 2 O 总量 O 11 Si Ti Al Fe Mg Ca Na K 总量 X Mg X Ca X Na X K

严溶等 : 苏北东海青龙山变斑状榴辉岩的变质演化 1627 图 6 石榴石颗粒的组成剖面 Fig.6 Zoningprofilesofgarnetgrains 图 7 绿辉石的组成范围 Fig.

34,X K =0 64~0 71,X Mg =0 60~0 62 (X Na =Na/(Na+K+Ca),X K =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,X Na =0 11~0 16,X K =0 83~0 88,X Mg

Mg =0 65~0 74( 表 4 图 9) 石榴石和绿辉石中的钠云母包体组成为 :X Na =0 82~ 0 90,X K =0 03~0 14,X Ca =0-03~0 08 绿帘石内的钠云母包体组成为 :X Na =0 92~0 97,X K =0 0~0 03,X Ca = 0

7 严溶等 : 苏北东海青龙山变斑状榴辉岩的变质演化 1627 图 6 石榴石颗粒的组成剖面 Fig.6 Zoningprofilesofgarnetgrains 图 7 绿辉石的组成范围 Fig.7 Compositionrangeofomphacite 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, 少量为镁红闪石白云母作为包体出现在绿辉石内, 其组成为 :Si=3 27~ 3 31,X Na =0 28~0 34,X K =0 64~0 71,X Mg =0 60~0 62 (X Na =Na/(Na+K+Ca),X K =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,X Na =0 11~0 16,X K =0 83~0 88,X Mg =0 64~0 73 角闪石内多硅白云母组成为 :Si=3 61~3 62,X Na =0 02~ 0 03,X K =0 89~0 93,X Mg =0 78~0 79 基质中的多硅白云母组成为 :Si=3 37~3 58,X Na =0 07~0 12,X K =0 85~ 0 93,X Mg =0 65~0 74( 表 4 图 9) 石榴石和绿辉石中的钠云母包体组成为 :X Na =0 82~ 0 90,X K =0 03~0 14,X Ca =0-03~0 08 绿帘石内的钠云母包体组成为 :X Na =0 92~0 97,X K =0 0~0 03,X Ca = 0 02~0 05( 表 4) 滑石以富镁 [Mg/(Mg+Fe 2+ )=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 5 相平衡计算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)

8 1628 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2013,29(5) 表 5 变斑状榴辉岩中代表性滑石的电子探针分析 (wt%) Table5 Selectedmicroprobeanalysesfortalcinporphyroblasticeclogite(wt%) 矿物 ta1 ta2 ta3 ta4 ta5 ta6 ta7 ta8 ta9 ta10 ta11 SiO Al 2 O FeO MgO CaO Na 2 O K 2 O 总量 O 22 Si Al Fe Mg Ca Na K 总量 Mg/(Mg+Fe) 图 8 角闪石的组成范围 Fig.8 Compositionrangeofamphibole sodic calcicamphibolecompositions(0 5 Na B 1 5);calcic amphibolecompositions(na B <0 5) Namesfolow Leakeetal. (1997) ( 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 Na 2 O CaO K 2 O FeO MgO Al 2 O 3 SiO 2 H 2 O TiO 2 Fe 2 O 3 图 9 多硅白云母的 Al Si 图 Fig.9 Alvs Sidiagramforphengite (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 (bulkcomposition) 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

9 严溶等 : 苏北东海青龙山变斑状榴辉岩的变质演化 1629 表 6 沿图 11 退变质 P T 轨迹不同位置计算的矿物含量 Table6 PhasemodecalculatedatdiferentlocationalongtheretrogradeP TpathinFig 11 点号 P(GPa)T( ) hb gl chl mu pa ep ru q g ta ky o law coe A B C D E F G H I J K L M N O 薄片估计注 : 表中矿物代号分别为 :hb 普通角闪石 ;gl 蓝闪石 ;chl 绿泥石 ;mu 白云母 ;pa 钠云母 ;ep 绿帘石 ;ru 金红石 ;q 石英 ;g 石榴石 ;ta 滑石 ;ky 蓝晶石 ;o 绿辉石 ;law 硬柱石 ;coe 柯石英图 10 变斑状榴辉岩 (07QL03)Fe 2 O 3 =12%FeO T 时的 P T 假切面总组成为 (mol%):sio 2 =53 12,Al 2 O 3 =12 81,CaO=12 57,MgO=10 91,FeO=6 38,K 2 O=0 21,Na 2 O=2 26,TiO 2 =0 86,Fe 2 O 3 = 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 Tpseudosectionforsample07QL03withFe 2 O 3 =12%FeO T

10 1630 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2013,29(5) 图 11 变斑状榴辉岩 (07QL03)Fe 2 O 3 =23%FeO T 时的 P T 假切面总组成为 (mol%):sio 2 =54 0,Al 2 O 3 =12 66,CaO=13 09,MgO=11 03,FeO=5 76,K 2 O=0 21,Na 2 O=2 36,TiO 2 =0 88,Fe 2 O 3 = 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 Tpseudosectionforsample07QL03withFe 2 O 3 =23%FeO T 成 (Carsonetal.,1999;WarenandWater,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 (Carsonetal.,1999),WarenandWater(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 (Weietal.,2010) 所用的相同对基性岩作相图计算一般取 Fe 2 O 3 为全铁 (FeO T ) 的 12%( 如娄玉行等,2009), 此时样品 07QL03 的总组成摩尔百分含量为 SiO 2 =53 12,Al 2 O 3 =12 81,CaO=12 57,MgO= 10 91,FeO=6 38,K 2 O=0 21,Na 2 O=2 26,TiO 2 =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 Fe 2 O 3 矿物的含量及其实际组成 ( 表 6) 估计全岩 Fe 2 O 3 为 23% 总组成的摩尔百分比为 SiO 2 =54 0,Al 2 O 3 =12 66,CaO=13 09, MgO=11 03,FeO=5 76,K 2 O=0 21,Na 2 O=2 36,TiO 2 = 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,Fe 2 O 3 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 6 榴辉岩的演化历史 6 1 进变质阶段 Matinsonetal.(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 (ErnstandLiu1998;Schmidtand Poli1998), 推测青龙山榴辉岩进变质早期压力在 1 2~ 2 2GPa Zhangetal.(2005) 运用石榴石角闪石温压计

11 严溶等 : 苏北东海青龙山变斑状榴辉岩的变质演化 1631 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 PhasemodecalculatedatdiferentlocationalongtheretrogradeP Tpathinthephasediagram(Fig 11) (GrahamandPowel,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 8GPa 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 (PowelandHoland,2008) 例如, 在 P T 假切面中石榴石的 X Mg 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 Weietal.,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 Matinsonetal.(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+h 2 O 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 YangandPowel,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 (Hermannetal.,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 (Zhangetal.,1995; Matinsonetal.,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

12 1632 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2013,29(5) 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 (Matinsonetal.,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 (YangandPowel,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 Mosenfelderetal.,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 (Teryet 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 References 电子探针工作是在毛骞和马玉光的帮助下完成的 AmesL,ZhouGZandXiongBC.1996.Geochronologyandisotopic characterofultrahigh presuremetamorphism withimplicationsfor colisionofthesino KoreanandYangtzecratons,centralChina. Tectonics,15(2): CarsonCJ,PowelRandClarkeGL.1999.Calculatedmineralequilibria foreclogitesincao Na 2 O FeO MgO Al 2 O 3 SiO 2 H 2 O:Application tothepouéboterane,pam Peninsula,NewCaledonia.Journalof MetamorphicGeology,17(1):9-24 ClarkeGL,PowelRandFitsherbertJA.2006.Thelawsoniteparadox: Acomparisonoffieldevidenceandmineralequilibriamodeling. JournalofMetamorphicGeology,24(8): Droop GTR A general equation for estimating Fe 3+ in feromagnesiansilicatesandoxidesfrom microprobeanalysis,using stoichiometriccriteria.mineralogicalmagazine,51: EnamiM and ZangQ Quartzpseudomorph aftercoesitein eclogites from Shandong Province, E. China. American Mineralogist,75: EnamiM,ZangQandYinYJ.1993.High presureeclogitesinnorthern Jiangsu southern Sandong Province, eastern China. Journalof MetamorphicGeology,11(4): ErnstWGandLiuJ.1998.Experimentalphase equilibriumstudyofal andticontentsofcalcicamphiboleinmorb:a semiquantitative thermobarometer.americanmineralogist,83: GrahamCM andpowelr.1984.agarnet hornblendegeothermometer: Calibration,testing,andapplicationtothePelonaSchist,Southern California.JournalofMetamorphicGeology,2(1):13-31 HermannJ,SpandlerC,HackA andkorsakovav.2006.aqueous fluidsandhydrousmeltsinhigh presureandultra highpresure rocks:implicationsforelementtransferinsubductionzones.lithos, 92(3-4): HirajimaT,IshiwateriA,CongBL,ZhangRY,BannoSandNozakaT IdentificationofcoesiteinMengzhongeclogitefrom Donghai County, northeastern Jiangsu Province, China. Mineralogical Magazine,54: HirajimaT, WalisSR, ZhaiMG and Ye K Eclogitized metagranitoidfromthesu Luultra highpresure(uhp)province, easternchina.proceedingsofthejapanacademy.ser.b:physical AndBiologicalSciences,69(10): LeakeBE,WooleyAR,ArpsCE Setal.1997.Nomenclatureof amphiboles: Reportofthe Subcomitee on Amphiboles ofthe International Mineralogical Asociation, Commision on New MineralsandMineralNames.AmericanMineralogist,82(9-10): LiSG,WangSS,ChenYZetal.1994.Excesargoninphengitefrom eclogite:evidencefromdatingofeclogitemineralsbysm Nd,Rb Sr and 40 Ar/ 39 Armethods.ChemicalGeology,112(3-4): LiS.1996.Isotopicgeochronology.In:CongB (ed.).ultrahigh PresureMetamorphicRocksintheDabieshan SuluRegionofChina. Beijing:KluwerAcademicPublisher, LiouJG andzhangry.1996.occurencesofintergranularcoesitein ultrahigh ProcksfromtheSuluregion,easternChina:Implications forlackoffluidduringexhumation.americanmineralogist,81(9-10): LiuFL,XuZQandSongB.2003.DeterminationofUHPandretrograde metamorphicagesofthesuluterane:evidencefromshrimpu Pb datingonzirconsofgneisicrocks.actageologicasinica,77(2): (inChinesewithEnglishabstract)

13 严溶等 : 苏北东海青龙山变斑状榴辉岩的变质演化 1633 LouYX,WeiCJ,ChuH etal.2009.metamorphicevolutionofhigh presureeclogitefrom Hong'an,WesternDabieOrogen,central China:Evidencefrompetrographyandcalculatedphaseequilibriain system Na 2 O CaO K 2 O FeO MgO Al 2 O 3 SiO 2 H 2 O O (Fe 2 O 3 ). ActaPetrologicaSinica,25(1): (inChinesewithEnglish abstract) MatinsonCG,ZhangRY,TsujimoriTandLiouJG.2004.Epidote rich talc kyanite phengiteeclogites,suluterane,easternchina:p T f O2 estimatesandthesignificanceoftheepidote talcasemblagein eclogite.americanmineralogist,89(11-12): MosenfelderJL,SchertlHP,SmythJRandLiouJG.2005.Factorsinthe preservation of coesite: The importance of fluid infiltration. AmericanMineralogist,90(5): PowelR,HolandTJBandWorleyB.1998.Calculatingphasediagrams involvingsolidsolutionsvianon linearequations,withexamples usingthermocalc.journalofmetamorphicgeology,16(4): PowelR and Holand TJB On thermobarometry. Journalof MetamorphicGeology,26(2): RavnaEK andterymp.2004.geothermobarometryofuhpandhp eclogitesandschists:anevaluationofequilibriaamonggarnet clinopyroxene kyanite phengite coesite/quartz. Journal of MetamorphicGeology,22(6): RumbleDandYuiTF.1998.TheQinglongshanoxygenandhydrogen isotope anomaly near Donghai in Jiangsu Province, China. GeochimicaetCosmochimicaActa,62(19-20): SchmidtMW andpolis.1998.experimentalybasedwaterbudgetsfor dehydratingslabsandconsequencesforarcmagmageneration.earth andplanetaryscienceleters,163(1-4): TeryMP, Robinson P and Ravna EJK Kyanite eclogite thermobarometry and evidence forthrusting ofuhp overhp metamorphicrocks,nord yane,western gneisregion, Norway. AmericanMineralogist,85(11-12): WangQC,IshiwatariA,ZhaoZYetal.1993.Coesite bearinggranulite retrograded from eclogite in Weihai, eastern China. European JournalofMineralogy,5(1): Waren CJ and Waters DJ Oxidised eclogites and garnet blueschistsfrom Oman:P T pathmodelinginthencfmasho system.journalofmetamorphicgeology,24(9): WeiCJandPowelR.2003.Phaserelationsinhigh presuremetapelites inthesystem KFMASH(K 2 O FeO MgO Al 2 O 3 SiO 2 H 2 O) with application to naturalrocks. Contributions to Mineralogy and Petrology,145(3): WeiCJ,YangY,SuXL,SongSGandZhangLF.2009.Metamorphic evolutionoflow TeclogitefromthenorthQilianorogen,NW China: Evidencefrompetrologyandcalculatedphaseequilibriainthesystem NCKFMASHO.JournalofMetamorphicGeology,27(1):55-70 WeiCJ,LiYJ,YuY andzhangjs Phaseequilibriaand metamorphicevolutionofglaucophane bearinguhpeclogitesfrom the western Dabieshan Terane, Central China. Journal of MetamorphicGeology,28(6): XuJ.1993.BasiccharacteristicsandtectonicevolutionoftheTanchung Lujiangfaultzone.In:XuJ(ed.).TheTancheng LujiangWrench FaultSystem.Chichester:JohnWiley&SonsInc.,17-50 Yang JandSmithDC.1989.Evidenceforaformersanidinecoesite eclogiteatlanshantou,easternchina,andtherecognitionofthe Chinese Su LuCoesite Eclogite Province.TeraAbstracts,1:26 Yang J.1991.Eclogites,GarnetPyroxenites,andUltrabasitesfrom Shandongand Jiangsu Provinces. Beijing: GeologicalPublishing House,1-99(MonographinChinesewithEnglishsummary) Yang J,GodardG,KienastJ,LuYZandSunJX.1993.Ultrahigh presure (60kbar) magnesite bearing garnet peridotites from northeasternjiangsu,china.thejournalofgeology,101(5): Yang JandPowelR.2006.Calculatedphaserelationsinthesystem Na 2 O CaO K 2 O FeO MgO Al 2 O 3 SiO 2 H 2 O with applications to UHPeclogitesandwhiteschists.JournalofPetrology,47(10): YangTN Retrograded texturesand asociated mastransfer: Evidence for aqueous fluid action during exhumation of the Qinglongshaneclogite,southernSuluultrahighpresuremetamorphic terane,easternchina.journalofmetamorphicgeology,22(7): YeK,HirajimaT,IshiwatariA,GouJH andzhaimg.1996.the discoveryofintergranularcoesiteineclogitefromyangkou,qingdao. ChineseScienceBuletin,41(15): (inChinese) YeK,YaoY,KatayamaIetal.2000.Largearealextentofultrahigh presuremetamorphisminthesuluultrahigh presureteraneofeast China:Newimplicationsfrom coesiteandomphaciteinclusionsin zirconofgraniticgneis.lithos,52(1-4): ZhangRY, HirajimaT, BannoS, CongBL and Liou JG Petrologyofultrahigh presurerocksfromthesouthernsu Luregion, easternchina.journalofmetamorphicgeology,13(6): ZhangZM,XuZQ,LiuFLetal.2002.Compositionandmetamorphism oftherootofthesouthernsuluorogen.geologicalbuletinofchina, 21(10): (inChinesewithanEnglishabstract) ZhangZM, XiaoYL, Liu FL, Liou JG and Jochen Hoefs PetrogenesisofUHPmetamorphicrocksfromQinglongshan,southern Sulu,east centralchina.lithos,81(1-4): 附中文参考文献刘福来, 许志琴, 宋彪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 SHRIMPU-Pb 定年的证据. 地质学报,77 (2): 娄玉行, 魏春景, 初航等西大别造山带红安高压榴辉岩的变质演化 : 岩相学与 Na 2 O CaO K 2 O FeO MgO Al 2 O 3 SiO 2 H 2 O O (Fe 2 O 3 ) 体系中相平衡关系. 岩石学报,25(1): 杨建军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): 张泽明, 许志琴, 刘福来, 孟繁聪, 杨天南, 李天福, 殷秀兰南苏鲁造山带根部的物质组成及变质作用. 地质通报,21(10):

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Microsoft Word doc 进展 2013 年第 58 卷第 22 期 :2159 ~ 2164 www.scichina.com csb.scichina.com 中国科学杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 高压 - 超高压榴辉岩的峰期矿物组合与 P-T 条件模拟魏春景 *, 田作林, 张立飞造山带与地壳演化教育部重点实验室, 北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871 * 联系人, E-mail:

1622 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2013,29(5) 1 引言 东海片麻岩中含柯石英包体的锆石幔部 SHRIMPU 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

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