青藏高原羌塘中部榴輝巖巖石學(xué)研究進(jìn)展

王曉賽，杜瑾雪，王根厚

(中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083)

青藏高原羌塘中部榴輝巖巖石學(xué)研究進(jìn)展

王曉賽，杜瑾雪，王根厚

(中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083)

羌塘中部低溫高壓變質(zhì)帶是青藏高原內(nèi)部延伸規(guī)模最大的高壓變質(zhì)帶，是了解青藏高原早期形成與演化的重要窗口。該高壓變質(zhì)帶沿龍木錯(cuò)—雙湖縫合帶出露，主要由多硅白云母片巖、藍(lán)片巖和榴輝巖等組成，其中榴輝巖在片石山、果干加年山、戈木及岡瑪錯(cuò)等地區(qū)出露。羌塘中部榴輝巖以透鏡體狀、塊狀和互層狀產(chǎn)出于多硅白云母片巖或變沉積巖中。現(xiàn)有資料表明，榴輝巖變質(zhì)作用峰期階段礦物組合為石榴石+綠輝石+多硅白云母+金紅石±藍(lán)閃石±石英；部分地區(qū)榴輝巖石榴石中發(fā)現(xiàn)的盒子狀綠簾石+鈉云母兩相包裹體和傳統(tǒng)地質(zhì)溫壓計(jì)結(jié)果均表明，榴輝巖變質(zhì)作用峰期可能達(dá)到了硬柱石榴輝巖相。盡管部分榴輝巖中保留了綠輝石出溶葉片狀石英，石榴石出溶金紅石、石英、角閃石針狀體和磷灰石出溶金紅石等疑似超高壓變質(zhì)作用證據(jù)，但迄今為止，榴輝巖中還未發(fā)現(xiàn)柯石英、金剛石等典型超高壓指示礦物，并且石榴石成分“超高壓指針”以及傳統(tǒng)地質(zhì)溫壓計(jì)重新計(jì)算均表明羌塘中部榴輝巖并未經(jīng)歷超高壓變質(zhì)作用。榴輝巖折返P-T軌跡具有近等溫降壓的特點(diǎn)，經(jīng)歷了多期退變質(zhì)作用。

巖石學(xué)；榴輝巖；高壓變質(zhì)作用；地質(zhì)溫壓計(jì)；P-T軌跡；龍木錯(cuò)—雙湖縫合帶；羌塘中部；青藏高原

0 引 言

(超)高壓變質(zhì)巖石是板塊匯聚時(shí)構(gòu)造熱事件的最重要見證者，獲得俯沖和造山事件準(zhǔn)確的壓力(P)-溫度(T)-時(shí)間(t)軌跡對(duì)于揭示板塊構(gòu)造的發(fā)生發(fā)展過程、(超)高壓變質(zhì)地體地質(zhì)演化歷史以及造山帶形成演化及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制具有關(guān)鍵作用[1]；同時(shí)，(超)高壓變質(zhì)巖石是表殼巖石俯沖至地殼或地幔深處并折返回地表的巖石，因此，它對(duì)于揭示地幔動(dòng)力學(xué)、地幔-地殼的相互作用以及地球深部物質(zhì)的循環(huán)等具有重要意義[2]。代表洋殼俯沖產(chǎn)物的低溫高壓變質(zhì)巖(如藍(lán)片巖和榴輝巖)作為古生代造山帶邊界的重要記錄者，因其獨(dú)特的地質(zhì)意義引起地學(xué)界廣泛關(guān)注[3-5]。

羌塘盆地位于青藏高原中北部，地處岡瓦納大陸與歐亞大陸的交匯部位，記錄了青藏高原早期生長和特提斯洋演化的重要信息[6-8]，是研究古特提斯洋俯沖消減與兩大陸碰撞造山過程的關(guān)鍵地區(qū)。盆地中央出露了一條近EW向展布的低溫高壓變質(zhì)帶，即龍木錯(cuò)—雙湖縫合帶。該高壓變質(zhì)帶是青藏高原內(nèi)部延伸規(guī)模最大的高壓變質(zhì)帶，是了解青藏高原早期形成與演化的重要窗口。帶內(nèi)出露的榴輝巖對(duì)于揭示該縫合帶的分布范圍、形成、演化及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制具有重要作用，同時(shí)為進(jìn)一步探討青藏高原的構(gòu)造格局、地質(zhì)演化以及特提斯構(gòu)造域的大陸動(dòng)力學(xué)特征提供一定的約束[9]。本文系統(tǒng)總結(jié)了羌塘中部榴輝巖巖石學(xué)研究的最新進(jìn)展，并探討其中存在的問題。文中礦物縮寫參考文獻(xiàn)[10]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

青藏高原羌塘盆地位于班公湖—怒江縫合帶和金沙江縫合帶之間，盆地中央出露的龍木錯(cuò)—雙湖縫合帶將羌塘盆地分為北側(cè)羌北—昌都板塊和南側(cè)羌南—寶山板塊[11-12]。自北向南，羌塘中部構(gòu)造格架主要分為北羌塘上古生界—侏羅系沉積區(qū)、羌塘中部增生雜巖區(qū)/變質(zhì)帶(CQAC/CQMB)、二疊系沉積區(qū)和南羌塘上三疊統(tǒng)—侏羅系沉積區(qū)等幾個(gè)主要部分(圖1[13])。區(qū)內(nèi)發(fā)育的巖漿活動(dòng)主要表現(xiàn)為北羌塘南緣的那底崗日火山巖、岡塘錯(cuò)花崗巖以及斷續(xù)分布的裂谷型基性巖墻群。依布茶卡逆沖斷層將二疊系沉積物推覆至上三疊統(tǒng)—侏羅系沉積物之上，同時(shí)發(fā)育區(qū)域性走滑斷層。作為古洋殼殘片的蛇綠混雜巖主要出露在角木日、果干加年山及桃形湖—岡瑪錯(cuò)地區(qū)[14]。區(qū)內(nèi)發(fā)育的高壓變質(zhì)巖(如榴輝巖、藍(lán)片巖)主要沿龍木錯(cuò)—雙湖縫合帶分布，同時(shí)這也是識(shí)別該變質(zhì)帶邊界的重要依據(jù)。

圖件引自文獻(xiàn)[13]有所修改圖1 青藏高原羌塘中部高壓變質(zhì)帶地質(zhì)簡圖Fig.1 Simplified Geological Map of High-pressure Metamorphic Belt in Central Qiangtang of Qinghai-Tibet Plateau

有關(guān)羌塘中部地區(qū)高壓變質(zhì)巖的報(bào)道始于1915年[15]，20世紀(jì)90年代開始，前人進(jìn)行了一系列的巖石學(xué)、地球化學(xué)、同位素年代學(xué)等方面的研究，獲得了大量的研究成果[8-9,13,16-24]?，F(xiàn)有資料表明，龍木錯(cuò)—雙湖縫合帶近EW向展布(圖1)，西起紅脊山，經(jīng)岡瑪錯(cuò)、果干加年山、片石山、藍(lán)嶺至東端雙湖地區(qū)，長度超過500 km，面積約20 000 km2。帶內(nèi)出露多種高壓變質(zhì)巖，主要有榴輝巖、藍(lán)片巖、石榴石多硅白云母片巖和藍(lán)閃石大理巖等[9,16,19-20,25-29]。多硅白云母、金紅石、藍(lán)閃石、硬玉、硬柱石等常見的高壓礦物在這條高壓變質(zhì)帶中都有出現(xiàn)[30-31]，但目前尚未發(fā)現(xiàn)柯石英、金剛石等超高壓指示礦物。這些巖石組合和礦物學(xué)特點(diǎn)表明，龍木錯(cuò)—雙湖縫合帶為一條低溫高壓變質(zhì)帶。同位素年代學(xué)研究表明，羌塘中部高壓變質(zhì)帶的峰期變質(zhì)時(shí)代為230～243 Ma(鋯石U-Pb定年[24]及石榴石Lu-Hf定年[32])，通過白色云母或角閃石Ar-Ar定年測(cè)定獲得了其折返時(shí)間在213～227 Ma之間[18,20,33-36]，因此，羌塘中部高壓變質(zhì)帶的主體時(shí)代為中晚三疊世。地球化學(xué)研究表明，該地區(qū)榴輝巖和藍(lán)片巖的原巖顯示了正常型洋中脊玄武巖(N-MORB)、富集型洋中脊玄武巖(E-MORB)和洋島玄武巖(OIB)的地球化學(xué)及巖石組合特征，表明羌塘中部低溫高壓變質(zhì)帶形成于洋殼俯沖環(huán)境[25,27]，因此，羌塘中部的榴輝巖可能是三疊紀(jì)古特提斯洋閉合、冷洋殼俯沖消減的產(chǎn)物，該變質(zhì)帶極有可能是岡瓦納大陸及歐亞大陸的界線。值得注意的是，果干加年山地區(qū)南羌塘晚古生代地層(展金組)的變泥質(zhì)巖石夾層中也識(shí)別出了硬玉和多硅白云母等典型的低溫高壓變質(zhì)礦物，暗示區(qū)域內(nèi)同樣存在部分南羌塘北緣陸殼物質(zhì)俯沖消減的證據(jù)[31]。

目前榴輝巖的出露區(qū)(表1)主要有片石山地區(qū)[9,37]、果干加年山地區(qū)[38]、岡瑪錯(cuò)地區(qū)[39-40]及戈木日地區(qū)[41]，且多呈EW向展布。榴輝巖主要呈透鏡狀或巨厚塊狀產(chǎn)于石榴石白云母片巖、白云母藍(lán)閃石片巖和大理巖中，或與大理巖、變沉積巖互層(表1)。榴輝巖多數(shù)呈塊狀構(gòu)造，其內(nèi)礦物(如石榴石、綠輝石、白色云母(包括多硅白云母和鈉云母)等)均勻分布，在片石山地區(qū)也有少量榴輝巖中礦物發(fā)生明顯分異而呈條帶狀構(gòu)造[42-43]。

表1 羌塘中部榴輝巖分布Tab.1 Distribution of Eclogites in Central Qiangtang

2 礦物組合特征

青藏高原羌塘中部榴輝巖主要為變質(zhì)基性巖，也有少量榴輝巖相變沉積巖。其礦物組成包括石榴石、綠輝石、角閃石、多硅白云母/鈉云母、金紅石、石英、榍石、綠簾石/黝簾石、斜長石、硬綠泥石和綠泥石等礦物。峰期礦物組合為石榴石+綠輝石+多硅白云母+金紅石+硬柱石(假象)±藍(lán)閃石±石英[9,24,43-45]。榴輝巖相變沉積巖的峰期礦物組合與上述基性榴輝巖相似，為石榴石+綠輝石+金紅石+多硅白云母+石英。

石榴石未遭受強(qiáng)烈退變質(zhì)作用改造，呈自形—半自形斑狀變晶結(jié)構(gòu)，體積分?jǐn)?shù)為25%～50%，粒度通常介于0.1～0.5 mm之間，個(gè)別可達(dá)1 mm[9,43]。岡瑪錯(cuò)地區(qū)榴輝巖中石榴石粒度普遍較大(0.5～2.0 mm)[24,39]，而果干加年山地區(qū)榴輝巖石榴石粒度普遍較小(0.05～0.10 mm)[38]。細(xì)粒石榴石通常不含包裹體，而粒度較大的石榴石中可含有少量包裹體，如石英、綠簾石、金紅石、榍石、綠輝石、斜長石、鈉云母等，其中綠輝石主要集中在石榴石邊部[43]。在片石山地區(qū)出露的榴輝巖石榴石中包裹有藍(lán)閃石、多硅白云母和凍藍(lán)閃石等礦物，大多數(shù)包裹體粒度小于0.01 mm，而位于石榴石核部的包裹體粒度可達(dá)0.10 mm[24]。在戈木地區(qū)發(fā)現(xiàn)的榴輝巖相變沉積巖石榴石中殘留有綠泥石、硬綠泥石等包裹體[41]。

綠輝石主要以3種形式產(chǎn)出：①在基質(zhì)中呈保存較好的礦物變晶，與石榴石共生，并可見三連點(diǎn)結(jié)構(gòu)，受后期退變質(zhì)作用影響較?。虎谑芎笃谕俗冑|(zhì)作用影響，被角閃石(藍(lán)閃石、凍藍(lán)閃石、陽起石)環(huán)繞或包裹；③呈細(xì)小包裹體產(chǎn)于石榴石中[24,43]。受全巖化學(xué)成分控制和退變質(zhì)作用程度的影響，綠輝石體積分?jǐn)?shù)亦發(fā)生較明顯的變化(20%～40%[9,24,43-44])；在一些發(fā)生強(qiáng)烈退變質(zhì)作用的榴輝巖(例如岡瑪錯(cuò)地區(qū)榴輝巖)中，綠輝石體積分?jǐn)?shù)很少或沒有，其邊緣完全退變成纖維狀陽起石和鈉長石[24]；果干加年山地區(qū)榴輝巖較新鮮，其綠輝石體積分?jǐn)?shù)為65%～70%[38]。

角閃石體積分?jǐn)?shù)較大，且在榴輝巖不同部位也不一致，一般在20%～40%之間。角閃石呈半自形—他形板柱狀、粒狀，粒度多在0.5～1.0 mm之間，大者可達(dá)3.0 mm。角閃石主要有3種產(chǎn)狀：①包裹于石榴石中，成分上主要為藍(lán)閃石和凍藍(lán)閃石[24]；②在基質(zhì)中呈他形顆粒分布于綠輝石和多硅白云母周圍，成分上主要為藍(lán)閃石、青鋁閃石、鐵透藍(lán)閃石、凍藍(lán)閃石等[9,24,44]；③在后成合晶中呈他形或纖維狀晶體，成分主要為陽起石[24,43]?；|(zhì)中角閃石多為綠輝石退變而成，片石山地區(qū)榴輝巖中同一綠輝石顆粒上可見綠輝石→藍(lán)閃石→凍藍(lán)閃石的轉(zhuǎn)變過程[24,44]。

圖(a)底圖引自文獻(xiàn)[47]，圖(b)底圖引自文獻(xiàn)[48]；XWEF為鈣-鎂-鐵輝石組分摩爾分?jǐn)?shù)，XJd為硬玉組分摩爾分?jǐn)?shù)，XAeg為霓石組分摩 爾分?jǐn)?shù)；文獻(xiàn)[9]和[43]為片石山地區(qū),文獻(xiàn)[38]為果干加年山地區(qū),文獻(xiàn)[39]和[40]為岡瑪錯(cuò)地區(qū)，文獻(xiàn)[25]、[41]和[46]為戈木日 地區(qū)，文獻(xiàn)[24]為片石山地區(qū)和岡瑪錯(cuò)地區(qū)圖2 羌塘中部榴輝巖中石榴石和綠輝石成分圖解Fig.2 Compositional Variations of Garnet and Omphacite of Eclogites in Central Qiangtang

榴輝巖中多硅白云母體積分?jǐn)?shù)一般小于5%，通常呈細(xì)小板條狀、鱗片狀，長0.01～0.10 mm，局部大者可達(dá)0.20 mm，多與綠輝石和石榴石平衡共生[38,43]。鈉云母或生長于多硅白云母邊部，或包裹于石榴石中與綠簾石共生構(gòu)成硬柱石假象[43]。

綠簾石/黝簾石也多為退變質(zhì)作用過程中形成的，其產(chǎn)狀有3種：①少量包裹于石榴石中，與鈉云母構(gòu)成盒子狀、柱狀硬柱石假象[43]；②生長在石榴石邊部(Outer Rim)，為石榴石退變而成，部分與黑云母構(gòu)成石榴石假象[37]；③分布于基質(zhì)中，呈細(xì)粒狀，局部可見綠簾石脈體[43]。

石英呈包裹體狀產(chǎn)出于石榴石中或其交界處。值得注意的是，在綠輝石中見有疑似超高壓變質(zhì)作用的葉片狀石英出溶[25,41]。鈦鐵礦和榍石為金紅石退變質(zhì)作用的產(chǎn)物[9,37]。

3 礦物化學(xué)特征

3.1 石榴石

羌塘中部榴輝巖石榴石成分以鐵鋁榴石組分(Alm)為主(摩爾分?jǐn)?shù)(XAlm)為53.34%～69.48%)，岡瑪錯(cuò)地區(qū)榴輝巖石榴石核部鐵鋁榴石組分低至46.29%[24]，其次是鈣鋁榴石組分(摩爾分?jǐn)?shù)(XGrs)為22.26%～33.90%)和鎂鋁榴石組分(摩爾分?jǐn)?shù)(XPrp)為1.65%～11.56%[9,24-25,38-41,43,46])。在不同地區(qū)不同巖塊及塊體的不同部位，石榴石成分有所變化，但均相當(dāng)于Coleman等分類中的C類(低溫)榴輝巖石榴石[圖2(a)][47]。

石榴石X-射線衍射成分圖像和成分剖面探針分析表明，除戈木地區(qū)少數(shù)榴輝巖樣品中石榴石成分均勻外[25]，多數(shù)榴輝巖中石榴石具有明顯的成分環(huán)帶：由核部到邊部，鐵鋁榴石和鎂鋁榴石組分摩爾分?jǐn)?shù)逐漸增加，岡瑪錯(cuò)地區(qū)部分樣品中鎂鋁榴石組分摩爾分?jǐn)?shù)高達(dá)15.28%[40]，鈣鋁榴石和錳鋁榴石組分(Sps)摩爾分?jǐn)?shù)逐漸減少[24,39][圖3(a)、(b)]，岡瑪錯(cuò)地區(qū)部分樣品中錳鋁榴石組分摩爾分?jǐn)?shù)(XSps)甚至從約20%降低至0%[24]，屬于典型的生長環(huán)帶，說明石榴石為進(jìn)變質(zhì)作用過程中形成的；也有部分樣品鈣鋁榴石組分顯示出一個(gè)小的但不規(guī)則的變化，整體表現(xiàn)為鈣鋁榴石在靠近邊部時(shí)出現(xiàn)局部最高點(diǎn)，之后又逐漸降低[24][圖3(c)]。

圖(c)中綠泥石(Chl)和綠簾石(Ep)所指位置表示這 兩種包裹體在石榴石中的產(chǎn)出位置圖3 羌塘中部榴輝巖中石榴石環(huán)帶特征Fig.3 Compositional Profiles of Garnet of Eclogites in Central Qiangtang

3.2 綠輝石

羌塘中部榴輝巖單斜輝石在輝石分類圖解[圖2(b)]中均投影于綠輝石區(qū)域。綠輝石硬玉(Jd)組分摩爾分?jǐn)?shù)介于30.81%～46.60%之間[9,24,38-39,43,46]，榴輝巖相變沉積巖中綠輝石硬玉組分含量較少，為24.78%～27.07%[41]。雖然遭受不同程度的退變質(zhì)作用，片石山和岡瑪錯(cuò)地區(qū)未蝕變和強(qiáng)烈退變質(zhì)的榴輝巖中綠輝石成分都較為均勻，硬玉組分摩爾分?jǐn)?shù)為31.81%～41.68%，并且鋯石和石榴石中的綠輝石包裹體成分相似，硬玉組分摩爾分?jǐn)?shù)為26.25%～37.54%[24]。

3.3 多硅白云母

多硅白云母SiO2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)在49.25%～54.68%之間，每單位晶胞(pfu)Si原子數(shù)在3.33～3.58之間(以11個(gè)O原子計(jì)算)，屬典型的多硅白云母，也是典型的高壓變質(zhì)礦物[9,24-25,38-39,41,43]。

3.4 角閃石

羌塘中部榴輝巖中角閃石主要為鈉鈣質(zhì)角閃石和鈣質(zhì)角閃石類(如凍藍(lán)閃石、鎂紅閃石、鎂角閃石、陽起石、淺閃石和含鐵韭閃石等)，少量為鈉質(zhì)角閃石(如藍(lán)閃石、青鋁閃石)。鈉鈣質(zhì)角閃石類Na2O含量多在3.15%～5.27%之間，鈣質(zhì)角閃石類Na2O含量在2.25%～3.89%之間[43]，鈉質(zhì)角閃石類Na2O含量在5.60%～7.08%之間。榴輝巖中角閃石主要為退變質(zhì)作用過程中的產(chǎn)物，電子探針分析結(jié)果顯示退變質(zhì)作用早期為藍(lán)閃石，個(gè)別落入青鋁閃石區(qū)，之后出現(xiàn)凍藍(lán)閃石以及陽起石[9,37,44]。值得注意的是，在片石山及岡瑪錯(cuò)地區(qū)部分退變榴輝巖石榴石中包裹體藍(lán)閃石可能為進(jìn)變質(zhì)作用過程的殘余，其NaB值(單位分子B位置Na原子數(shù))(1.51～1.72 pfu)整體比基質(zhì)中藍(lán)閃石NaB值(1.73～1.82 pfu)及藍(lán)片巖中藍(lán)閃石NaB值(1.77～1.78 pfu)低，說明包裹體藍(lán)閃石可能與基質(zhì)中的藍(lán)閃石不是同期礦物[24]。

4 討 論

4.1 榴輝巖是否經(jīng)歷過超高壓變質(zhì)作用?

羌塘中部高壓變質(zhì)帶中發(fā)現(xiàn)了一些可能指示高壓/超高壓變質(zhì)作用的證據(jù)。Zhang等在戈木地區(qū)發(fā)現(xiàn)榴輝巖綠輝石中出溶葉片狀石英[25]；武海等在岡瑪錯(cuò)地區(qū)發(fā)現(xiàn)榴輝巖石榴石中出溶金紅石、石英、角閃石針狀體以及磷灰石中出溶金紅石等[40]?；谶@些礦物出溶現(xiàn)象，羌塘中部榴輝巖可能經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用。Tang等采用石榴石-單斜輝石礦物對(duì)以及綠輝石中硬玉組分壓力計(jì)獲得了509 ℃ ～576 ℃、27 kbar的變質(zhì)溫壓條件[41]。但是，Zhai等根據(jù)石榴石-單斜輝石-多硅白云母溫壓計(jì)計(jì)算得到榴輝巖的峰期壓力為20～25 kbar，并且未發(fā)現(xiàn)柯石英、金剛石等超高壓特征變質(zhì)礦物，因而認(rèn)為羌塘中部榴輝巖并未經(jīng)歷過超高壓變質(zhì)作用[24]。

那么，羌塘中部出露的榴輝巖到底有沒有經(jīng)歷過超高壓變質(zhì)作用呢？綠輝石中石英的出溶依賴于單斜輝石中Ca-Eskol分子的分解(2Ca0.5□0.5AlSi2O6→CaAl2SiO6+3SiO2)，Ca-Eskol分子在低壓時(shí)極不穩(wěn)定，利用單斜輝石中Ca-Eskol分子溶解度精確計(jì)算榴輝巖的壓力仍有一些爭議和不確定性[49]，并且綠輝石中的石英也有可能是“正?！鄙L的[50]。Zhang等計(jì)算獲得的戈木地區(qū)榴輝巖綠輝石中Ca-Eskol分子摩爾分?jǐn)?shù)約為7%[25]；而Page等的研究表明Ca-Eskol分子摩爾分?jǐn)?shù)在5%～10%范圍內(nèi)，單斜輝石中針狀石英出溶體的形成并不一定需要超高壓條件[51]。另外，筆者采用Ravna等所標(biāo)定的石榴石-單斜輝石-多硅白云母溫壓計(jì)[52]對(duì)文獻(xiàn)[41]中榴輝巖的峰期溫壓條件進(jìn)行了重新估算，結(jié)果表明其峰期溫壓條件為516 ℃～581 ℃、20.5～22.0 kbar，并未達(dá)到超高壓變質(zhì)條件。

Hwang等針對(duì)石榴石中定向針狀金紅石的出溶成因提出了3種可能模式[53]：①從早期礦物繼承來的；②溶解和再沉淀的；③石榴石發(fā)生裂開和裂開縫合過程伴隨著金紅石的沉淀。但這3種模式并不能完美解釋石榴石與定向針狀金紅石的關(guān)系。經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用的石榴石中通?？捎^察到3、4組各自相互平行定向的針狀金紅石，其定向受石榴石晶格的控制[54]，一般平行于石榴石的<111>方向，也有部分金紅石的[001]方向與石榴石<111>方向存在27.6°的夾角[55]。而岡瑪錯(cuò)地區(qū)榴輝巖石榴石中僅“出溶”一組金紅石[40]，其形態(tài)特征與文獻(xiàn)[55]、[56]所提到的典型超高壓出溶體形態(tài)并無較好的相關(guān)性，因而羌塘中部榴輝巖石榴石中金紅石并不是典型的出溶體，而是普通礦物包裹體，并不能反映超高壓變質(zhì)條件。

Du等基于對(duì)新疆西南天山榴輝巖石榴石成分的研究，認(rèn)為繪有石英-柯石英轉(zhuǎn)變線的Grs-Prp圖解可以用于有效辨別榴輝巖是否經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用[57]。筆者將羌塘中部榴輝巖石榴石成分?jǐn)?shù)據(jù)投入該圖解(圖4)中，發(fā)現(xiàn)榴輝巖石榴石成分均投影于石英所在的高壓區(qū)域，而非柯石英所在的超高壓區(qū)域，Zhang等在戈木地區(qū)發(fā)現(xiàn)的“超”高壓榴輝巖[25]及武海等在岡瑪錯(cuò)地區(qū)發(fā)現(xiàn)的“超”高壓榴輝巖[40]石榴石成分亦未進(jìn)入柯石英穩(wěn)定域。

圖中陰影部分為新疆西南天山超高壓榴輝巖石榴石成分[57]；①號(hào) 線表示MORB成分下石英-柯石英轉(zhuǎn)變線[58]；②號(hào)線表示新疆西 南天山含柯石英假象榴輝巖石英-柯石英轉(zhuǎn)變線；③號(hào)線表示 新疆西南天山含柯石英榴輝巖石英-柯石英轉(zhuǎn)變線[59]圖4 羌塘中部榴輝巖中石榴石Grs-Prp圖解Fig.4 Grs-Prp Diagram of Garnet of Eclogites in Central Qiangtang

綜上所述，羌塘中部榴輝巖中盡管存在多種疑似超高壓變質(zhì)作用的證據(jù)，但榴輝巖未見柯石英和金剛石等超高壓指示礦物，榴輝巖石榴石-單斜輝石-多硅白云母溫壓計(jì)計(jì)算結(jié)果和石榴石成分Grs-Prp圖解也表明其峰期溫壓條件未達(dá)到超高壓變質(zhì)條件。因此，就已有證據(jù)來看，羌塘中部榴輝巖并未經(jīng)歷超高壓變質(zhì)作用。

4.2 榴輝巖是否經(jīng)歷了硬柱石榴輝巖相變質(zhì)作用？

實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)及相平衡模擬均顯示硬柱石榴輝巖通常產(chǎn)于洋殼冷俯沖變質(zhì)帶中[60-61]。前人運(yùn)用多種礦物溫壓計(jì)獲得羌塘中部榴輝巖的峰期溫壓為410 ℃～535 ℃、15.6～27.0 kbar[24]，個(gè)別溫度可到625 ℃[25](表2)。利用石榴石-單斜輝石-多硅白云母溫壓計(jì)計(jì)算的峰期溫壓條件變化范圍如此之大的可能原因有[60]：①綠輝石中Fe3+含量的不確定性；②不同公式間校準(zhǔn)方式的不同；③降壓過程中石榴石與單斜輝石間的不平衡。這些計(jì)算出的溫壓范圍部分不屬于榴輝巖相(圖5)。李才等計(jì)算出的壓力范圍為15.6～23.5 kbar(部分位于藍(lán)片巖相)[35]，與巖相學(xué)的觀察不一致。另外，Zhang等根據(jù)文獻(xiàn)[62]中石榴石-單斜輝石溫度計(jì)計(jì)算的溫度范圍較大(482 ℃～625 ℃)[25]，該版本的溫度計(jì)考慮的成分參數(shù)較為簡單且未考慮Ca-Mg之間的畸形占位對(duì)平衡常數(shù)(KD)的影響，因此，應(yīng)用線性方程求解的溫度范圍不甚合理。綜上所述，羌塘中部榴輝巖仍屬于典型的低溫榴輝巖，溫壓范圍為410 ℃～472 ℃、20～25 kbar[24,39]，且其峰期溫壓條件多位于硬柱石榴輝巖相區(qū)域(圖5)。片石山地區(qū)榴輝巖具有E-MORB和OIB地球化學(xué)特征，與三江地區(qū)蛇綠巖相似，形成于洋中脊和熱點(diǎn)疊加的構(gòu)造環(huán)境[23,45]，果干加年山地區(qū)榴輝巖原巖為亞堿性玄武巖，具有較低的稀土元素總含量((51.19～59.43)×10-6)和輕稀土元素虧損(w(La)N/w(Yb)N=0.59～0.70)的特征，不具有Nb、Ta、Ti虧損的特征，這與N-MORB特征一致，同樣表明其原巖形成于洋中脊環(huán)境[27]。因此，該地區(qū)榴輝巖為典型的洋殼冷俯沖作用的產(chǎn)物。

表2 羌塘中部榴輝巖溫壓條件Tab.2 P-T Conditions of Eclogites in Central Qiangtang

底圖引自文獻(xiàn)[2]，有所修改；GR為麻粒巖相，HGR為高壓麻粒巖相，AM為角閃巖相，EA為綠簾角閃巖相，BS為藍(lán)片巖相，GS為綠片巖相，EC為榴輝巖相(包括硬柱石榴輝巖相(Lws-EC)、綠簾榴輝巖相(Ep-EC)、角閃榴輝巖相(Amp-EC))；①為地溫梯度線；②為柯石英(Coe)-石英(Q)轉(zhuǎn)變線；③為鈉長石(Ab)-硬玉+ 石英轉(zhuǎn)變線；④為片石山地區(qū)榴輝巖所經(jīng)歷的P-T軌跡[43]； ⑤為岡瑪錯(cuò)地區(qū)榴輝巖所經(jīng)歷的P-T軌跡[24]；⑥為片石山 地區(qū)榴輝巖所經(jīng)歷的P-T軌跡[24]圖5 羌塘中部榴輝巖溫壓條件及P-T軌跡Fig.5 P-T Conditions and P-T Paths of Eclogites in Central Qiangtang

筆者統(tǒng)計(jì)了目前已發(fā)表的羌塘中部榴輝巖石榴石成分?jǐn)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其鎂鋁榴石組分摩爾分?jǐn)?shù)普遍小于15%，鈣鋁榴石組分在22%～34%之間。將這些石榴石成分投入Wei等所計(jì)算的MORB成分P-T視剖面圖[60]中，發(fā)現(xiàn)羌塘中部榴輝巖峰期溫壓條件為440 ℃～560 ℃、20～25 kbar，主要集中在485 ℃～535 ℃、20～23 kbar范圍內(nèi)，位于藍(lán)閃石硬柱石榴輝巖相穩(wěn)定域。這也與翟慶國等在片石山地區(qū)榴輝巖石榴石中發(fā)現(xiàn)的盒子狀鈉云母+綠簾石組合包裹體(硬柱石假象[43])和Zhai等在片石山地區(qū)榴輝巖石榴石中發(fā)現(xiàn)的藍(lán)閃石包裹體等巖相學(xué)現(xiàn)象一致[24]。但是，盡管羌塘中部一些地區(qū)(例如紅脊山地區(qū))藍(lán)片巖中發(fā)現(xiàn)了保存完好的硬柱石[30,63]，然而到目前為止，榴輝巖中還未發(fā)現(xiàn)保存完好的硬柱石。

苑婷媛等報(bào)道了戈木日地區(qū)的榴輝巖，采用相平衡模擬及金紅石鋯含量溫度計(jì)的方法獲得榴輝巖相峰期變質(zhì)溫壓為695 ℃、16.6 kbar，因而認(rèn)為該榴輝巖為中溫榴輝巖，而非硬柱石榴輝巖[46]。該榴輝巖石榴石由核部至邊部鎂鋁榴石組分摩爾分?jǐn)?shù)先升高后降低，幔部摩爾分?jǐn)?shù)高達(dá)19.88%，而鈣鋁榴石組分逐漸降低，其摩爾分?jǐn)?shù)在24.84%～32.04%之間。筆者認(rèn)為P-T視剖面圖中石榴石鎂鋁榴石組分摩爾分?jǐn)?shù)等值線、鈣鋁榴石組分摩爾分?jǐn)?shù)等值線以及鐵鋁榴石組分摩爾分?jǐn)?shù)等值線近乎平行，并用于確定變質(zhì)溫壓條件存在較大的誤差；同樣將該成分投入Wei等所計(jì)算的MORB成分P-T視剖面圖[60]中，發(fā)現(xiàn)溫度大于600 ℃時(shí)石榴石鎂鋁榴石組分摩爾分?jǐn)?shù)等值線與鈣鋁榴石組分摩爾分?jǐn)?shù)等值線也近乎平行；假如該榴輝巖的確為中溫榴輝巖，石榴石鎂鋁榴石組分摩爾分?jǐn)?shù)等值線和鈣鋁榴石組分摩爾分?jǐn)?shù)等值線又會(huì)受到全巖成分的影響[64]，因此，該峰期溫壓條件(695 ℃、16.6 kbar)可能并不合適。并且，該石榴石成分依然可以投到Coleman等提出的榴輝巖分類圖解[47]中的C類(低溫)榴輝巖區(qū)域(圖2)。Zack等標(biāo)定的金紅石鋯石含量溫度計(jì)均未考慮壓力的影響，獲得的溫度分別為654 ℃～723 ℃[65]、599 ℃～642 ℃[66]，因此，筆者認(rèn)為利用考慮了壓力影響的Tomkins等的溫度計(jì)[67]進(jìn)行計(jì)算更合適，得到的溫度為580 ℃ ～600 ℃。綜上所述，苑婷媛等報(bào)道的戈木地區(qū)榴輝巖[46]可能并非中溫榴輝巖，其是否含硬柱石及是否經(jīng)歷了硬柱石榴輝巖相仍有待深入研究。

因此，查明羌塘中部榴輝巖中硬柱石的形成和保存機(jī)制能為揭示洋殼是否為冷俯沖以及榴輝巖、藍(lán)片巖折返機(jī)制提供有力依據(jù)[68]。

4.3 變質(zhì)作用P-T軌跡

羌塘中部榴輝巖普遍經(jīng)歷了峰期硬柱石榴輝巖相變質(zhì)作用，峰期溫壓條件為410 ℃～472 ℃、20～25 kbar[24,39]。根據(jù)榴輝巖石榴石中的藍(lán)閃石、凍藍(lán)閃石、多硅白云母包裹體，推測(cè)其經(jīng)歷了藍(lán)片巖相進(jìn)變質(zhì)作用過程[24,43]，因此，羌塘中部榴輝巖俯沖過程具有升溫升壓型的P-T軌跡(圖5)。但榴輝巖折返過程的P-T軌跡卻存在較大爭議：Zhai等獲得的折返P-T軌跡具有早期等溫降壓的特點(diǎn)[24,43]，而Tang等獲得的P-T軌跡具有早期升溫降壓的特點(diǎn)[41]。

Zhai等的研究認(rèn)為，羌塘中部榴輝巖早期退變質(zhì)作用階段，藍(lán)閃石、凍藍(lán)閃石和鈉長石取代綠輝石或形成綠輝石的退變質(zhì)邊[24,44]，在同一綠輝石礦物顆粒上可以見到綠輝石→藍(lán)閃石→凍藍(lán)閃石的連續(xù)轉(zhuǎn)變，暗示退變質(zhì)早期可能經(jīng)歷了藍(lán)片巖相變質(zhì)作用，凍藍(lán)閃石的出現(xiàn)可能暗示在減壓過程中達(dá)到綠簾角閃巖相變質(zhì)作用[69]。榴輝巖基質(zhì)中的綠簾石或綠簾石脈以及毛發(fā)狀陽起石等礦物生長于前期礦物的邊緣或裂隙中，表明其可能經(jīng)歷了綠片巖相退變質(zhì)作用[24,43]。

Tang等所研究的榴輝巖相變沉積巖的P-T軌跡具有以下幾個(gè)階段[41]：采用石榴石-單斜輝石地質(zhì)溫度計(jì)以及綠輝石中硬玉組分壓力計(jì)獲得了509 ℃～576 ℃、27 kbar的峰期溫壓條件；利用石榴石中的角閃石包裹體與石榴石組成的石榴石-角閃石地質(zhì)溫度計(jì)獲得了超過650 ℃的早期抬升階段角閃巖相變質(zhì)溫度條件；利用石榴石中硬綠泥石和綠泥石包裹體所構(gòu)成的Fe2+-Mg交換溫度計(jì)計(jì)算出(472±30)℃以及多硅白云母Si等值線，獲得了(535±40)℃、6～9 kbar的綠片巖相退變質(zhì)溫壓條件。

采用礦物對(duì)溫壓計(jì)計(jì)算變質(zhì)作用各階段溫壓條件的先決條件是礦物對(duì)達(dá)到熱力學(xué)平衡。Tang等分別采用石榴石-單斜輝石、石榴石-角閃石地質(zhì)溫度計(jì)計(jì)算了變質(zhì)作用峰期和折返早期角閃巖相的溫壓條件[41]，這表明作者假設(shè)石榴石與單斜輝石、角閃石都達(dá)到平衡，因此，由同一共生礦物組合獲得變質(zhì)作用兩個(gè)不同階段的溫壓條件是否合理需要仔細(xì)斟酌。另外，用于計(jì)算榴輝巖綠片巖相退變質(zhì)作用溫壓條件的硬綠泥石和綠泥石包裹于石榴石中，可能是進(jìn)變質(zhì)作用殘余而非退變質(zhì)作用產(chǎn)物，因而計(jì)算出的(472±30)℃也有可能是進(jìn)變質(zhì)作用某一階段的溫度條件。

綜上所述，羌塘中部榴輝巖可能經(jīng)歷了進(jìn)變質(zhì)階段藍(lán)片巖相、峰期硬柱石榴輝巖相、退變質(zhì)階段藍(lán)片巖相、綠簾角閃巖相和綠片巖相變質(zhì)作用，變質(zhì)作用P-T軌跡具有俯沖升溫升壓和早期折返等溫降壓的特點(diǎn)。

5 結(jié) 語

盡管學(xué)者們很早就開展了對(duì)青藏高原羌塘中部榴輝巖的地球化學(xué)、同位素年代學(xué)和礦物學(xué)等多方面的研究，在片石山、果干加年山、岡瑪錯(cuò)、戈木日等地區(qū)發(fā)現(xiàn)了榴輝巖，但是對(duì)榴輝巖巖石學(xué)的研究卻不夠深入，這也可能是造成對(duì)該高壓變質(zhì)帶(龍木錯(cuò)—雙湖縫合帶)具有不同認(rèn)識(shí)的一個(gè)重要原因。例如，多數(shù)學(xué)者認(rèn)同榴輝巖經(jīng)歷了峰期硬柱石榴輝巖相變質(zhì)作用，峰期階段礦物組合為石榴石+綠輝石+多硅白云母+金紅石+硬柱石(假象)±藍(lán)閃石±石英，但應(yīng)用傳統(tǒng)地質(zhì)溫壓計(jì)獲得的榴輝巖峰期變質(zhì)溫壓條件范圍較大，并且不同學(xué)者獲得的結(jié)果也差異巨大。羌塘中部自然環(huán)境惡劣，野外工作較難開展，榴輝巖的野外分布和產(chǎn)狀等還未進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，因而，盡管從目前已有資料來看，羌塘中部榴輝巖可能并未經(jīng)歷超高壓變質(zhì)作用，但區(qū)內(nèi)是否還有未被發(fā)現(xiàn)或未出露的超高壓榴輝巖還需進(jìn)一步調(diào)查。

另外，目前對(duì)羌塘中部榴輝巖P-T軌跡的刻畫還停留在采用傳統(tǒng)地質(zhì)溫壓計(jì)的研究階段，而本文所用的Prp-Grs圖解也僅僅是識(shí)別超高壓變質(zhì)作用的一個(gè)定性方法，因此，對(duì)羌塘中部榴輝巖的巖石學(xué)研究急需方法上的突破。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，近20年來通過熱力學(xué)相平衡模擬估算變質(zhì)作用溫壓條件(所謂的“視剖面圖溫壓計(jì)”[70])越來越受到重視，利用石榴石成分環(huán)帶在視剖面圖中投點(diǎn)能得到石榴石生長各階段的溫壓條件，進(jìn)而獲得整條P-T軌跡(例如文獻(xiàn)[71])。該方法優(yōu)越性在于：①更善于挖掘石榴石等礦物成分所蘊(yùn)含的溫壓條件信息；②直觀地展現(xiàn)巖石礦物組合隨溫壓條件變化而發(fā)生的變化；③通過繪制P(T)-X等圖解(X為全巖成分變量)，能更清楚地了解全巖成分對(duì)變質(zhì)作用過程中礦物組合演化的影響[72-77]。因此，將熱力學(xué)相平衡模擬方法引入羌塘中部榴輝巖的研究，能更全面、準(zhǔn)確地掌握羌塘中部低溫高壓變質(zhì)巖的變質(zhì)作用演化信息，從而為羌塘中部古特提斯洋盆的構(gòu)造演化及洋殼的俯沖折返機(jī)制等方面提供更為充分的依據(jù)。

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ReviewonPetrologyofEclogitesinCentralQiangtangofQinghai-TibetPlateau

WANG Xiao-sai, DU Jin-xue, WANG Gen-hou

(School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

The low-temperature high-pressure (LT-HP) metamorphic belt in central Qiangtang is the largest high-pressure metamorphic belt occurring in Qinghai-Tibet Plateau, and is an important window for understanding the early formation and evolution of Qinghai-Tibet Plateau. The high-pressure metamorphic belt is mainly exposed along Longmu Co-Shuanghu suture zone, and is composed of phengite schists, blueschists, eclogites and so on. Among these high-pressure rocks, the eclogites in central Qiangtang are found in Pianshishan, Guoganjianian Mt., Gemu and Gangma Co, and occur as lenses, blocks and layers in phengite schists or metasediments. Based on the available data, the mineral assemblage of the peak eclogite-facies stage of eclogites in central Qiangtang is garnet+omphacite+phengite+rutile±glaucophane±quartz. The pseudomorphs of box-shape epidote+paragonite found in garnet andP-Tresults from traditional geothermobarometers indicate that they have reached the lawsonite eclogite-facies metamorphism. Although some eclogites preserve the evidence of suspected ultra-high pressure metamorphism, such as the quartz lamellae exsolves from omphacite, the rutile, quartz or amphibole exsolve from garnet, and the rutile exsolves from apatite, there is no typical ultra-high pressure indicator mineral (such as coesite, diamond, etc.) in the eclogites. “The ultra-high pressure indicator” from garnet compositions andP-Trecalculation using traditional geothemobarometers indicate that the eclogites in central Qiangtang do not undergo the ultrahigh-pressure metamorphism. The eclogites in central Qiangtang have a retrogradeP-Tpath characterized by the isothermal decompression, and experience several stages of retrograde metamorphism.

petrology; eclogite; high-pressure metamorphism; geothermobarometer;P-Tpath; Longmu Co-Shuanghu suture zone; central Qiangtang; Qinghai-Tibet Plateau

P588.3

A

2017-04-26

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41502059)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2652015041)；中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(DD20160026)

王曉賽(1992-)，男，河北石家莊人，工學(xué)碩士研究生，E-mail:xiaosaiw@gmail.com。

杜瑾雪(1985-)，男，四川南充人，講師，理學(xué)博士，E-mail:jxdu@cugb.edu.cn。

1672-6561(2017)05-0620-13