柴北緣超高壓變質(zhì)帶折返過(guò)程對(duì)金紅石成礦的制約：

1、柴北緣超高壓變質(zhì)帶折返過(guò)程對(duì)金紅石成礦的制約：Exhumation Processes of UHP Metamorphic Belt in the Northern Qaidam andTheir Constraints to Rutile Mineralization ：Evidences from CompositionalZoning of Garnets in Yuqia and West Tieshiguan AreasCHEN Xin1， ZHENG Youye1， 2， 3， XU Rongke2， GUO Xianzheng2 ， WANG Huimin1， CAI Peng

2、jie2 ， DU Wenyang2， LIN Chenggui3 ， FANG Changtan3， LU Rui2 ， FAN Xianbin3(1. Faculty of Earth Resources ， China University of Geosciences ， Wuhan 430074 ， Hubei ， China ；Institute of Geological Survey， China Universityof Geosciences ， Wuhan 430074 ， Hubei ， China ；College of Earth Sciences and Reso

3、urces， ChinaUniversity of Geosciences ， Beijing 100083 ， China )0 引言柴達(dá)木盆地北緣 (簡(jiǎn)稱(chēng)“柴北緣”) 是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)并確立的 一條超高壓變質(zhì)帶， 位于祁連地塊與柴達(dá)木地塊之間， 從青海省 都蘭縣沙柳河野馬灘朝西北方向延伸到錫鐵山、 綠梁山、 鐵石 觀西、魚(yú)卡一帶，長(zhǎng)約 400 km，是典型的早古生代大陸型俯沖碰撞帶 17 。其中， 柯石英包裹體首先發(fā)現(xiàn)于都蘭北帶泥質(zhì)片麻 巖的鋯石中 8 ，之后在都蘭和魚(yú)卡榴輝巖薄片以及都蘭和錫鐵 山榴輝巖鋯石中有新的柯石英包裹體被發(fā)現(xiàn) 911 。綠梁山石榴 橄欖巖鋯石中發(fā)現(xiàn)有金剛石包裹體 12

4、 ，使阿爾金柴北緣地區(qū) 成為繼大別蘇魯?shù)貐^(qū)之后， 在中國(guó)發(fā)現(xiàn)的又一條被巨型走滑斷 裂所切割的咼壓一超咼壓變質(zhì)帶，引起了中外學(xué)者的普遍關(guān)注 1314 。鄭有業(yè)團(tuán)隊(duì)在開(kāi)展綠梁山雙口山礦產(chǎn)調(diào)查工作中， 在 成礦系列理論的指導(dǎo)下，通過(guò)與大別一蘇魯超高壓變質(zhì)帶類(lèi)比， 提出了在大柴旦一帶的超咼壓變質(zhì)帶內(nèi)有找到大中型榴輝巖 型金紅石礦床的遠(yuǎn)景， 并最終在魚(yú)卡鐵石觀西一帶找到了榴輝 巖型鈦礦床， 從而實(shí)現(xiàn)了在柴北緣一帶鈦礦床找礦突破 15 。經(jīng) 過(guò)20122015年的不懈努力，魚(yú)卡鈦資源量已經(jīng)達(dá)到大型以上 規(guī)模，鈦礦物主要為金紅石，具有很好的工業(yè)利用價(jià)值；而鐵石 觀西榴輝巖中TiO2含量較高，采集的大部分榴輝

5、巖樣品 TiO2含 量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）在 2%以上，但鈦物相主要以鈦鐵礦為主， 工業(yè)價(jià)值不大。在區(qū)域上，魚(yú)卡、鐵石觀西都屬于魚(yú)卡一綠梁山 超高壓變質(zhì)地塊 16 ，鈦物相存在較大差異的原因需要進(jìn)一步研 究，以便更好地服務(wù)于其他超高壓變質(zhì)地塊中榴輝巖型金紅石礦 床的尋找。本文在詳細(xì)野外地質(zhì)填圖、 鏡下觀察以及電子探針?lè)治龅幕?礎(chǔ)上，結(jié)合石榴石環(huán)帶特征，利用LAICPMS術(shù)分析魚(yú)卡和鐵石 觀西榴輝巖中石榴石主、 微量元素特點(diǎn)， 揭示魚(yú)卡和鐵石觀西鈦 礦物存在差異的原因， 為柴北緣超高壓變質(zhì)帶內(nèi)進(jìn)一步尋找榴輝巖型金紅石礦床提供依據(jù)與方向1區(qū)域地質(zhì)背景NQL為北祁連俯沖雜巖帶；NAT為北阿爾金俯沖雜巖

6、帶；CAB 為中阿爾金地塊；QLB為祁連地塊；SAT為南阿爾金俯沖碰撞雜 巖帶；NQD為柴北緣俯沖碰撞雜巖帶；圖件引自文獻(xiàn) 23,有所 修改柴北緣超高壓變質(zhì)帶位于青海省境內(nèi)，呈NWWSEE向展布，北側(cè)是祁連地塊， 南側(cè)為柴達(dá)木地塊， 東接秦嶺造山帶 （圖 1）， 西端被阿爾金斷裂所切 4， 17，是一個(gè)形成于早古生代的典型 大陸型俯沖碰撞構(gòu)造帶 1821 ，從東南到西北共分為都蘭、 錫鐵 山、綠梁山一鐵石觀西、魚(yú)卡 4個(gè)超高壓變質(zhì)體，魚(yú)卡、鐵石觀 西超高壓變質(zhì)體位于其中西段（圖 1）19， 2122。超高壓變質(zhì) 帶主要出露地層為中元古界魚(yú)卡河巖群、 古生界灘間山群、 泥盆 紀(jì)耗牛山組砂礫巖和火

7、山碎屑巖以及城墻溝組生物碎屑灰?guī)r、 中上新統(tǒng)油砂山組和獅子溝組以及較大面積分布的不同成因 類(lèi)型的第四紀(jì)堆積物（圖 2）。區(qū)內(nèi)NW向斷裂構(gòu)造發(fā)育，榴輝 巖、片巖和片麻巖都受到強(qiáng)烈的韌性剪切。巖漿活動(dòng)頻繁，從元 古代到晚古生代巖漿活動(dòng)都有不同程度地保留， 尤其是中新元 古代、早古生代巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈 5 。前人對(duì)魚(yú)卡地區(qū)的榴輝巖進(jìn)行了大量研究。 陳丹玲等認(rèn)為該 地區(qū)榴輝巖中的石榴石經(jīng)歷了前榴輝巖相、 榴輝巖相及后榴輝巖 相3個(gè)主要變質(zhì)演化階段， 榴輝巖中進(jìn)變質(zhì)礦物組合和生長(zhǎng)環(huán)帶 的保存說(shuō)明榴輝巖的形成經(jīng)歷了相對(duì)快速俯沖和折返的動(dòng)力學(xué) 過(guò)程 13 。陳丹玲等在該地區(qū)得到粗粒多硅白云母榴輝巖和細(xì)粒 塊

8、狀榴輝巖近乎一致的變質(zhì)年齡和原巖年齡，分別為（ 4363） 皿8和（431 土 4） Ma 以及 783793 Ma和 748759 Ma2 ; Zhang 等使用含柯石英榴輝巖進(jìn)行溫壓測(cè)定，得到峰期榴輝巖相溫度（T）和壓力（P）條件為 P=2.7 3.4 GPa T=610 C 700 C 24。Song等研究了該地區(qū)高鈦榴輝巖和低鈦榴輝巖，認(rèn)為高鈦部分 具有洋島玄武巖的特點(diǎn)， 巖石稀土元素總含量高，輕稀土元素 表現(xiàn)為強(qiáng)富集型，而低鈦類(lèi)具洋中脊玄武巖的特點(diǎn)；同時(shí)，結(jié)合Nd同位素和UPb年代學(xué)的證據(jù)，認(rèn)為榴輝巖的原巖是850 Ma左右的大陸溢流玄武巖 4 。陳鑫等認(rèn)為鐵石觀西退變榴輝巖保留 有

9、超高壓變質(zhì)峰期礦物組合（石榴石 +綠輝石+多硅白云母 +金紅 石），大部分石榴石保留有明顯的生長(zhǎng)環(huán)帶， 通過(guò)用 WatersMartinGtOmpPh壓力計(jì)25和 Ravna GtOmp Fe2+Mg交換溫度計(jì)26獲 得變質(zhì)峰期溫度范圍為 694 C791 C，壓力范圍為2526 GPa 表明其經(jīng)歷了高壓變質(zhì)作用 27 。宋述光等在與鐵石觀西相距超 過(guò)20 km的綠梁山地區(qū)石榴橄欖巖金剛石包裹體和石榴石中發(fā)現(xiàn) 兩種輝石、 金紅石和鈉質(zhì)閃石出溶片晶等， 證明柴北緣超高壓變 質(zhì)帶部分巖石經(jīng)歷了 100200 km 地幔深度的超高壓變質(zhì)作用 5 ， 1218， 22 。張建新等在綠梁山發(fā)現(xiàn)了基性麻粒

10、巖，通過(guò)傳 統(tǒng)溫壓計(jì)計(jì)算得到其形成的溫壓條件為： P=0.961.35 GPa， T=730 C870 C；根據(jù)石榴石中殘留的綠輝石，推斷該基性麻 粒巖是榴輝巖退變而來(lái) 16 。盡管不少學(xué)者在綠梁山地區(qū)進(jìn)行了 大量研究工作，但是否存在榴輝巖，迄今沒(méi)有相關(guān)報(bào)道。圖 2 魚(yú)卡綠梁山地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2Geological Sketch Map of YuqiaLuliangshan Area礦床地質(zhì)特征 魚(yú)卡金紅石礦區(qū)出露的地層主要為魚(yú)卡河巖群， 巖性主要為 云母石英片巖、大理巖、榴輝巖等，片巖、大理巖、榴輝巖在空 間上整合接觸，產(chǎn)狀基本一致（圖 3），其中與榴輝巖接觸的大 理巖和片巖局部具有石

11、榴石化。礦區(qū)構(gòu)造線(xiàn)為NW走向，斷層較為發(fā)育， 鉆孔中能夠看到糜棱巖化的榴輝巖等斷層破碎帶， 沒(méi)有 發(fā)現(xiàn)大型褶皺構(gòu)造。礦區(qū)巖漿巖分布廣泛。榴輝巖呈NWSE走向，主要呈極灰黑一灰綠色，多呈透鏡狀或條帶狀及似層狀產(chǎn)于 云母石英片巖、英云閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖、大理巖之中，整體相連，斷 續(xù)分布（圖 3）。其中， 出露規(guī)模較大的主要分布在魚(yú)卡河北岸， 寬度為3080 m,其中4號(hào)礦體斷續(xù)相連長(zhǎng)達(dá) 2 000 m , TiO2 平均品位在 25%以上。鐵石觀西一帶榴輝巖呈透鏡狀、條帶狀分布在片麻巖中，最大的榴輝巖礦體累積寬度達(dá)到 80 m， TiO2平均品位在2鳩上，小的榴輝巖透鏡體寬度僅 13 m （圖4、5）。

12、該地區(qū)榴輝巖都表現(xiàn)出不同程度的退變，其透鏡體中間 退變一般較弱，石榴石顆粒較多（圖 5），部分輝石為暗綠色， 邊緣石榴石明顯較少， 大部分綠輝石退變?yōu)楹谏情W石， 榴輝巖 中有不同寬度的偉晶巖脈侵入， 偉晶巖脈中偶見(jiàn)鈦鐵礦和金紅石團(tuán)塊，粒度為15 cm。圖 3 魚(yú)卡金紅石礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖及剖面Fig.3Sketch Geological Mapof Yuqia Rutile Deposit and Its Profile樣品特征及研究方法樣品特征魚(yú)卡榴輝巖采自魚(yú)卡河北岸(圖3)，呈鮮綠色，具粒狀變晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造， 巖石的礦物組合主要為石榴石 +綠輝石 +黝簾 石+金紅石+多硅白云母+石英+角閃石

13、圖6 (a)(c)，其中 石榴石體積分?jǐn)?shù)為 15% 35%，綠輝石為 25% 40%，石英為 1% 35%，黝簾石為 5%10%，角閃石為 3%6%。石榴石粒度為 0.5 30 mm核部為較淺的粉紅色，幔邊部為深紅色，即具顏色分帶， 具有明顯的核幔邊結(jié)構(gòu)。 石榴石內(nèi)有明顯的礦物包裹體， 核部包 裹的礦物主要是綠簾石 +角閃石+斜長(zhǎng)石+石英，與陳丹玲等在魚(yú) 卡石榴石成分環(huán)帶及礦物反應(yīng)結(jié)構(gòu)研究中的結(jié)果 13 基本一致， 表明其形成在前榴輝巖階段； 幔部包裹有多硅白云母、 石英和金 紅石等礦物組合 圖 6(b) ，且石英均被包裹在石榴石中，石 榴石具有放射狀結(jié)構(gòu) 圖 6( d) ；邊部與綠輝石、石榴

14、石、多 硅白云母和黝簾石等礦物共生 圖 6(c) ，屬于同期變質(zhì)礦物 組合，表明其形成在超高壓變質(zhì)的峰期。 綠輝石邊緣局部退變?yōu)?角閃石或普通輝石 圖 6(c) ，部分薄片中還能見(jiàn)到角閃石和 長(zhǎng)石形成的后成合晶，表明其經(jīng)歷了后期的角閃巖相變質(zhì) 12 。鐵石觀西榴輝巖主要為退變榴輝巖， 發(fā)育粒狀變晶結(jié)構(gòu)、 塊狀構(gòu)造，礦物自形程度較差。石榴石體積分?jǐn)?shù)為15%- 35%綠輝石為15%- 24%角閃石為20%- 30% 石英為8%- 10% 斜長(zhǎng) 石為 5%- 8% 金紅石 +鈦鐵礦為 1%- 5% 黑云母為 2%。石榴石 多裂紋 粒度一般為 0.2 - 1.5 mm 核幔部包裹有金紅石、綠輝 石 邊

15、部被斜長(zhǎng)石、角閃石充填 沒(méi)有明顯的礦物環(huán)帶 圖 6（e）、 （f ） ；單斜輝石有兩種形態(tài) 即包裹在石榴石中的綠輝石和綠 輝石分解后形成的單斜輝石 邊部有斜長(zhǎng)石形成的白眼圈 圖 5 （h）、（ i ） 退變較強(qiáng)的綠輝石已經(jīng)完全退變?yōu)殚L(zhǎng)石和角閃 石組成的后成合晶 圖 6（ i ） 。研究方法鈦物相分析主要使用薄片觀察法 觀察薄片中鈦的賦存形 式 進(jìn)行目估統(tǒng)計(jì)。魚(yú)卡地區(qū)觀察近 300片薄片 鐵石觀西地區(qū) 觀察 100 多片薄片 配合化學(xué)樣（每件化學(xué)樣對(duì)應(yīng)一件薄片樣） 進(jìn)行了榴輝巖中金紅石和鈦鐵礦相對(duì)含量的劃分。 薄片制作工作 由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源學(xué)院巖礦實(shí)驗(yàn)室完成 薄片中鈦物 相統(tǒng)計(jì)由項(xiàng)目組

16、成員完成。圖 4 鐵石觀西地區(qū)鈦礦化體地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.4Sketch Geological Mapof Titanium Mineralizationin West Tieshiguan Area魚(yú)卡地區(qū)主要分析了 P60剖面中的兩個(gè)樣品 P60GP01和P60GP6啲榴輝巖（圖3）,鐵石觀西地區(qū)分析了樣品GJ2的榴輝巖（圖 4）。礦物電子探針?lè)治鲇芍袊?guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）x 地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，首先在光學(xué)顯 微鏡下確定礦物， 對(duì)需要進(jìn)行電子探針?lè)治龅牡V物進(jìn)行標(biāo)記， 然 后使用JXA8100電子探針?lè)治鰞x對(duì)礦物的主量元素成分進(jìn)行分 析，試驗(yàn)條件包括：加速電壓為15 kV，電子束流

17、為20 nA，束斑直徑小于1卩m。石榴石的原位微區(qū)微量元素成分分析由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武 漢）地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的激光剝蝕電感耦合等 離子質(zhì)譜儀（LAICPMS完成，激光剝蝕系統(tǒng)是配備有193 nmArFexcimer 激光器的 GeoLas 2005。分析采用的激光剝蝕孔徑 為32卩m,激光脈沖為8 Hz，能量為80 mJ。對(duì)于單顆粒石榴 石的微量元素測(cè)定， 首先在電子顯微鏡下進(jìn)行觀察， 將欲進(jìn)行分 析的單顆粒石榴石進(jìn)行標(biāo)記， 然后對(duì)做好標(biāo)記位置的石榴石利用 LAICPMS進(jìn)行微量元素含量分析，一共分析22個(gè)點(diǎn)，根據(jù)SiO2含量對(duì)其中的 5 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行剔除，得到 17個(gè)有效分析點(diǎn)。分

18、析結(jié) 果見(jiàn)表 1 、2。結(jié)果分析鈦物相分析從大量薄片統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看， 魚(yú)卡一帶榴輝巖中鈦的主要物相 為金紅石，總體平均可超過(guò) 80%。金紅石賦存狀態(tài)大體可以分為 5種，即包裹圖 7 （a） 、粒間充填 圖 7 （ b） 、后期串珠狀 圖 7 （c）、蝕變殘余圖7 （d）、絲縷狀出溶圖7 （e）等形式。 大部分金紅石呈粒狀和串珠狀分布在礦物顆粒間， 或者包裹在礦 物顆粒中。 只有少部分金紅石具有蝕變殘余結(jié)構(gòu)， 邊緣存在榍石 和鈦鐵礦的退化邊，充填在石榴石、綠輝石的顆粒間，這類(lèi)金紅 石粒度較大(0.104 mm 圖7 (b)。另外，還有少量呈細(xì) 粒包裹體的形式存在于石榴石或綠輝石中， 這類(lèi)金紅石粒度

19、普遍 偏小，多在0.050.08 mm之間圖7 (a)，絲縷狀金紅石粒 度更小， 廣泛分布在石榴石或綠輝石礦物顆粒裂隙間中。 這類(lèi)金 紅石的形成主要與超高壓變質(zhì)后期降壓過(guò)程有關(guān)， 石榴石、 綠輝 石中鈦從礦物中轉(zhuǎn)移出來(lái)，在適合的空間形成絲縷狀金紅石 圖 7( e) 。鐵石觀西鈦物相分析的鈦鐵礦占80%以上，多數(shù)鈦鐵礦呈粒狀、串珠狀分布在石英和長(zhǎng)石組成的流體之中， 少量的金紅石包 裹在石榴石 圖 7( h) 或綠輝石中。受到后期流體的影響不同， 鈦物相也存在差別， 后期流體作用較弱的鈦鐵礦中心部位殘留有 少量金紅石 圖 6( g) ，流體作用較強(qiáng)的榴輝巖中金紅石已經(jīng) 完全退變?yōu)殁佽F礦 圖 7(

20、i ) ，在入侵榴輝巖的偉晶巖中出現(xiàn) 的黑色團(tuán)塊主要為金紅石和鈦鐵礦的集合體 圖 7( f ) ，鈦鐵 礦的成分可以占據(jù) 30%圖 7( g) 。4.2 石榴石主量元素特征魚(yú)卡榴輝巖中石榴石主要成分為Alm47.3958.40Sps0.484.50Grs25.6434.45Prp10.6416.47 ，其中 鎂鋁榴石( Prp )摩爾分?jǐn)?shù)低于 34.45%，在石榴石 Alm+SpsPrpGrs 三角圖解中落入 C 區(qū)（圖 8），即相當(dāng)于 C 類(lèi) 27 。石榴石主量元素具有明顯的成分環(huán)帶， 即從核部到邊部鎂鋁 榴石摩爾分?jǐn)?shù)明顯升高，錳鋁榴石（Sps）摩爾分?jǐn)?shù)從中心到邊 緣逐漸降低23 , 252

21、9，鈣鋁榴石（Grs）摩爾分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)稍微復(fù) 雜的變化， 核部到核幔部摩爾分?jǐn)?shù)依次升高， 核幔部到邊部摩爾 分?jǐn)?shù)又呈降低的趨勢(shì)（圖 9）。鐵石觀西榴輝巖中石榴石主要成分為 Alm72.9175.03Sps0.481.57Grs10.6612.42Prp9.3212.43 ，其中 鎂鋁榴石摩爾分?jǐn)?shù)低于 12.43%，在石榴石Alm+SpsPrpGrs三角 圖解中落入C區(qū)（圖8）。相對(duì)于鐵石觀石石榴石魚(yú)卡石榴石有 明顯的不同，其中鐵鋁榴石（Alm ）明顯增多，而鈣鋁榴石明顯 減少。大部分石榴石保留有生長(zhǎng)環(huán)帶 27 ，部分石榴石主量元素 基本無(wú)環(huán)帶分異特征，Alm、Grs、Prp、Sps 在石榴石成分剖

22、面上呈直線(xiàn)分布規(guī)律 圖 9（ b）、（ d）、（ g）、（ j ） 。石榴石微量元素和稀土元素特征 由魚(yú)卡榴輝巖樣品中石榴石稀土元素分析結(jié)果可知， 球粒隕 石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式為重稀土元素富集的分布模式 圖 9（e）、（ h）。稀土元素總含量為（12.11 107.79 ）x 10-6 , wLREE/wHRE值為006070,輕、重稀土元素之間具有明顯的分 餾，Eu異常為065207, Ce異常為088202,稀土元素環(huán)帶特 征明顯；中心部位稀土元素含量相對(duì)邊部較低（表2），在樣品P60GP61中一顆石榴石從中心到邊部稀土元素含量依次升高圖9（h）鐵石觀西榴輝巖樣品中石榴石稀土元素分析結(jié)

23、果可知 圖 9 （ k） ，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式為中、重稀土元素配 分從陡峭型過(guò)渡到平坦型， 富集中稀土元素， 稀土元素總含量為（8.85 27.31 ） X 10-6 , wLREE/wHRE值介于 0.19 0.38，輕、 重稀土元素之間發(fā)生明顯的分餾， Eu異常為112157,稀土元 素環(huán)帶特征明顯， 總體上表現(xiàn)為石榴石中心富集重稀土元素， 邊 緣重稀土元素含量相對(duì)較少（表 2）。A區(qū)為金伯利巖、玄武巖中的包體及超鎂鐵巖中的層狀榴輝 巖體；B區(qū)為角閃巖相或麻粒巖相地體的副片麻巖或混合巖帶透 鏡狀榴輝巖；C區(qū)為阿爾卑斯型變質(zhì)巖或藍(lán)片巖中的帶狀榴輝巖 透鏡體；圖件引自文獻(xiàn) 28圖

24、8 魚(yú)卡和鐵石觀西榴輝巖中石榴石成分圖解Fig.8Composition of Garnets from Yuqia and WestTieshiguan Eclogites從微量元素來(lái)看， 魚(yú)卡和鐵石觀西石榴石都表現(xiàn)出一定的微 量元素環(huán)帶，TiO2環(huán)帶較為明顯，石榴石中的TiO2從核部到邊部有減少趨勢(shì)。其他元素 Li、Sc、Y、V Ga及Tb在石榴石核部 和邊部有一定的差異（表 2）。討論石榴石環(huán)帶特征石榴石具有難熔和流體中低溶解能力的特點(diǎn)， 是研究高級(jí)變 質(zhì)作用的重要礦物之一。 石榴石的化學(xué)成分環(huán)帶與溫度、 壓力以 及與之平衡的共生礦物組合密切相關(guān)。 利用石榴石來(lái)研究榴輝巖 經(jīng)歷的變質(zhì)演化

25、過(guò)程有非常廣泛的應(yīng)用 3033 ，但是當(dāng)溫度超過(guò) 650 C且持續(xù)一定時(shí)間時(shí)，石榴石中主量元素環(huán)帶很容易受到熱 擴(kuò)散影響而被改造甚至均一化 32 ，而稀土元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素由 于具有較大的離子半徑， 熱擴(kuò)散作用對(duì)其影響不大， 環(huán)帶可以得 到很好的保存 3334 。與主量元素成分相比， 石榴石內(nèi)微量元素 成分對(duì)巖石形成的化學(xué)動(dòng)力學(xué)和礦物組合的變化更為敏感， 可以 很好地指示與石榴石的生長(zhǎng)或重結(jié)晶相關(guān)的礦物化學(xué)反應(yīng) 35 。 結(jié)合礦物學(xué)特征， 研究魚(yú)卡和鐵石觀西石榴石主、 微量元素成分 的差異，進(jìn)一步分析差異存在的原因。ws為樣品含量；wc為球粒隕石含量；圖（a）、（ c ）、（ f ）、（ i ）

26、中編號(hào)為石榴石主量元素環(huán)帶編號(hào)，編號(hào)對(duì)應(yīng)的正方形為 石榴石核部，對(duì)應(yīng)的圓形為石榴石幔部，對(duì)應(yīng)的三角形為石榴石邊部；圖（e）、（h）、（ k ）中，相同線(xiàn)條對(duì)應(yīng)不同樣品；球粒隕石參考值引自文獻(xiàn) 39圖 9 魚(yú)卡和鐵石觀西榴輝巖中石榴石鏡下照片、 主量元素環(huán) 帶分布和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式Fig.9Microscopic Photos ， Major Element Distributions and Chondritenormalized REEPatterns of Garnets from Yuqia and West Tieshiguan Eclogites魚(yú)卡石榴石顏色從宏觀上就

27、有較好的分帶， 礦物包裹體分帶 特征明顯，核部包裹長(zhǎng)石、角閃石等高壓階段形成的礦物，幔邊 部包裹有綠輝石、多硅白云母和金紅石等超高壓階段形成的礦 物。在主量元素分布上，石榴石都有明顯的主量元素環(huán)帶，鎂鋁 榴石含量從石榴石核部到邊部不斷升高， 而鈣鋁榴石從核部到幔 部先升高， 然后從幔部到邊部降低， 錳鋁榴石有明顯的鐘型分布 特征 29 。鈣鋁榴石含量與壓力呈正相關(guān)， 鎂鋁榴石含量與溫度 也呈正相關(guān) 3638 。這一成分環(huán)帶可以看出石榴石核部到邊部溫 度都在升高， 而壓力從核部到核幔部逐步升高， 但是從核幔部到 邊部逐漸降低， 表明石榴石的峰期變質(zhì)溫度和壓力不是同時(shí)到達(dá) 的，且溫度的峰值晚于壓力

28、的峰值， 但榴輝巖中進(jìn)變質(zhì)礦物組合 和生長(zhǎng)環(huán)帶的保存說(shuō)明榴輝巖的形成經(jīng)歷了相對(duì)快速俯沖和折 返的動(dòng)力學(xué)過(guò)程 13 。在分析稀土元素和微量元素含量時(shí)， 魚(yú)卡石榴石也呈現(xiàn)出明 顯的環(huán)帶，從核部到邊部都出現(xiàn) Eu 異常，總體趨勢(shì)為從核部到 邊部 Eu 異常有上升趨勢(shì)，這主要與石榴石生長(zhǎng)過(guò)程中在核部和 邊緣經(jīng)歷角閃巖相向榴輝巖相過(guò)渡有關(guān)： 在角閃巖相環(huán)境中出現(xiàn) 強(qiáng)烈的負(fù) Eu 異常， 在榴輝巖相環(huán)境中為正 Eu 異常；石榴石中心 部位顯示負(fù)Ce異常，而邊緣顯示正Ce異常，這說(shuō)明石榴石在經(jīng) 歷前榴輝巖相向榴輝巖相轉(zhuǎn)變過(guò)程中， 環(huán)境發(fā)生了變化， 由氧化 環(huán)境轉(zhuǎn)變到一種還原環(huán)境， 這也符合超高壓變質(zhì)過(guò)程中隨

29、著俯沖 深度的增加而氧氣逐漸變少的過(guò)程； 石榴石核部到邊部稀土元素 有增加趨勢(shì)， 稀土元素由于其較大的粒子半徑， 在向超高壓轉(zhuǎn)變 過(guò)程中， 在較高的溫壓條件下進(jìn)一步進(jìn)入礦物相中 30 。以上特 征表明， 石榴石核部和幔邊在形成過(guò)程中經(jīng)歷了不同的環(huán)境。 結(jié) 合前人的研究成果 13 ，石榴石在變質(zhì)的不同階段一直在生長(zhǎng)。 鐵石觀西地區(qū)礦物自形程度差， 石榴石多裂紋， 石榴石中包裹體 較少，石榴石的核幔部包裹有少量的金紅石和綠輝石， 石榴石邊 部具有斜長(zhǎng)石形成的白眼圈， 在區(qū)域上被認(rèn)為主要與后期的麻粒 巖相疊加有關(guān)， 因?yàn)閲鷰r存在麻粒巖相疊加的證據(jù) 16 。大部分 石榴石保留有生長(zhǎng)環(huán)帶，部分石榴石主量

30、元素已經(jīng)完全均一化， 鎂鋁榴石、鈣鋁榴石、 鐵鋁榴石和錳鋁榴石在石榴石剖面中核幔 差異不大， 在剖面上接近直線(xiàn)， 也說(shuō)明了此榴輝巖經(jīng)歷了高溫疊 加。稀土元素特征表明，少量石榴石的核部稀土元素含量較高， 邊部相對(duì)較低，說(shuō)明石榴石核部生長(zhǎng)環(huán)境相對(duì)邊部壓力條件更 高，導(dǎo)致稀土元素在核部更富集。 核部和邊部都出現(xiàn)正 Eu 異常， 說(shuō)明巖石在發(fā)生超高壓變質(zhì)過(guò)程中沒(méi)有斜長(zhǎng)石產(chǎn)生， 對(duì)應(yīng)的核部 也沒(méi)有長(zhǎng)石礦物發(fā)現(xiàn)。 而微量元素大離子親石元素、 過(guò)渡金屬元 素、高場(chǎng)強(qiáng)元素等在一定程度上也表現(xiàn)為均一化， 只有少部分元 素（如稀土元素、 Li 和 Sc 等）在核幔邊的差異較大，這可能主 要與這些元素的離子半徑有關(guān)

31、 40 ，在高溫作用下， 微量元素在 石榴石中的擴(kuò)散速度差異不同， 被均一化的程度不同。 以上特征 表明，該石榴石也經(jīng)歷過(guò)不同的生長(zhǎng)階段，由于峰期溫度較高， 后期經(jīng)歷麻粒巖相的疊加， 導(dǎo)致部分石榴石受到不同程度的均一化。鈦成礦作用階段劃分 柴北緣榴輝巖型金紅石礦床與大別蘇魯?shù)貐^(qū)發(fā)現(xiàn)的榴輝 巖型金紅石礦床構(gòu)造背景、空間分布特征相似，礦體形態(tài)特征、 礦體規(guī)模品位、礦石組構(gòu)特征相近，金紅石賦存狀態(tài)相似 15 。 王汝成等根據(jù)大別蘇魯?shù)貐^(qū)發(fā)現(xiàn)的榴輝巖型金紅石礦床， 認(rèn)為 大陸板塊匯聚邊界的鈦成礦作用經(jīng)歷了原巖的初始富集、 陸殼物 質(zhì)俯沖過(guò)程中鈦的成礦作用、 俯沖板塊折返過(guò)程中鈦的成礦作用 和流體階段鈦

32、的成礦作用等 4 個(gè)主要成礦階段 41 。本地區(qū)與這 4 個(gè)階段基本一致，第一階段為原巖的初始富集，榴輝巖中鈦的 原始富集主要與原巖相關(guān)， 富鈦基性原巖是榴輝巖型金紅石礦床 形成的物質(zhì)基礎(chǔ)， 高壓區(qū)域變質(zhì)作用是這類(lèi)礦床形成的必要條 件42 ，結(jié)合本地區(qū)魚(yú)卡和鐵石觀西榴輝巖經(jīng)歷的超高壓變質(zhì)作 用，部分榴輝巖中 TiO2 含量較高，具備形成榴輝巖型金紅石礦 床的條件。 第二階段為陸殼物質(zhì)俯沖過(guò)程中鈦的成礦作用， 該階 段為金紅石形成的主要階段， 根據(jù)石榴石環(huán)帶證據(jù)， 又可以分為 2 個(gè)亞階段，即前榴輝巖相階段和榴輝巖相階段。前榴輝巖相階 段幾乎不形成金紅石， 鈦基本以游離態(tài)和鈦鐵礦的形式存在， 使

33、 得石榴石中心鈦含量較高； 榴輝巖相階段為峰期階段， 是金紅石 的主成礦階段， 金紅石分布在石榴石和綠輝石中的不同部位， 其 中魚(yú)卡榴輝巖主要分布在幔部和邊部， 而鐵石觀西榴輝巖在核部 也有出現(xiàn)， 該階段在基質(zhì)中最容易形成粒狀和串珠狀金紅石， 主要來(lái)自角閃石和鈦鐵礦反應(yīng)，生成金紅石、綠輝石和水，反應(yīng)式為 Na2Mg3Al2Si8O22( OH) 2+3CaTiSiO5=3TiO2+2NaAISi2O6+3CaMgSi2O6+SiO2+H2O43筆 者依據(jù)Tomkins等提出的在2.5 GPa條件下金紅石鋯石含量溫度 計(jì)44進(jìn)行計(jì)算，得到魚(yú)卡地區(qū)溫度范圍為625 C725 C,其與峰期變質(zhì)溫度一

34、致，也得到鐵石觀西地區(qū)溫度范圍為754 C991 C(未發(fā)表)，溫度較高。為什么會(huì)出現(xiàn)這么高的 溫度范圍？筆者還未得出合理解釋?zhuān)?可能因?yàn)楹衼嗩w粒的鋯石 包裹體。 總之，魚(yú)卡和鐵石觀西地區(qū)金紅石主要形成在超高壓峰 期階段。金紅石的大量形成導(dǎo)致石榴石中幔部和邊部鈦含量較 少。第三階段為俯沖板塊折返過(guò)程中鈦的成礦作用， 根據(jù)石榴石 環(huán)帶證據(jù)， 魚(yú)卡和鐵石觀西地區(qū)都經(jīng)歷了折返過(guò)程， 石榴石環(huán)帶 說(shuō)明溫度在升高， 而壓力在降低， 在這種情況下金紅石將會(huì)出溶， 在綠輝石和石榴石中游離的鈦出溶形成一些金紅石微粒， 在魚(yú)卡 和鐵石觀西地區(qū)都已經(jīng)見(jiàn)到了在礦物顆粒間出溶的針狀金紅石， 變質(zhì)反應(yīng)式為 M3( M

35、Ti) SiO12+CaAI2SiO6+SiO2M3Al12 Si3O12+TiO2+CaMSi2O645,在礦物顆粒間隙可以形成絲縷狀金 紅石 圖 7( e) ，在魚(yú)卡地區(qū)見(jiàn)到的絲縷狀金紅石較多，鐵石 觀西地區(qū)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種絲縷狀金紅石。 在折返過(guò)程中， 隨著溫壓 條件的改變，金紅石會(huì)變成鈦鐵礦，反應(yīng)式為T(mén)iO2+Fe2FeTiO346，魚(yú)卡地區(qū)該階段持續(xù)時(shí)間短，金紅石 少部分發(fā)生退變， 鐵石觀西地區(qū)該階段持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)， 金紅石在 該階段基本全部轉(zhuǎn)變?yōu)殁佽F礦， 只有少部分礦物中包裹的金紅石 沒(méi)有發(fā)生退變。 隨著流體的增強(qiáng)， 金紅石或鈦鐵礦可能轉(zhuǎn)變?yōu)殚?石47 ，在金紅石和鈦鐵礦中經(jīng)常出現(xiàn)榍石邊

36、。 第四階段為流體 階段鈦的成礦作用， 伴隨著超高壓變質(zhì)的折返， 巖漿活動(dòng)的增強(qiáng) 也會(huì)影響到鈦的遷移， 在鐵石觀西偉晶巖中發(fā)現(xiàn)大量的鈦鐵礦團(tuán) 塊，說(shuō)明在后期強(qiáng)流體作用下，鈦元素發(fā)生了遷移，在適當(dāng)?shù)目?間內(nèi)形成了鈦鐵礦和金紅石團(tuán)塊 圖 7（f） 。石榴石環(huán)帶對(duì)金紅石成礦的指示意義 柴北緣高壓超高壓變質(zhì)帶中不同地點(diǎn)的榴輝巖在形成過(guò) 程中經(jīng)歷了同一峰期變質(zhì)事件， 但在折返過(guò)程中經(jīng)歷了不同的構(gòu) 造熱演化歷史 13 。陳丹玲等在魚(yú)卡地區(qū)使用粗粒多硅白云母榴 輝巖和細(xì)粒塊狀榴輝巖中鋯石LAICPMS微區(qū)定年，得到的加權(quán)平均年齡（434土 2） Ma代表魚(yú)卡河超高壓榴輝巖的變質(zhì)年齡和 大陸深俯沖的時(shí)代 2

37、。鐵石觀西地區(qū)沒(méi)有進(jìn)行定年工作，距離 鐵石觀西地區(qū)不到30 km的綠梁山地區(qū)石榴橄欖巖和石榴輝石巖 鋯石UPb定年超高壓變質(zhì)峰期年齡為 420430 Ma12，說(shuō)明鐵 石觀西地區(qū)經(jīng)歷超高壓變質(zhì)的時(shí)限與魚(yú)卡地區(qū)基本一致， 魚(yú)卡和 鐵石觀西地區(qū)等都同時(shí)經(jīng)歷了同一期超高壓變質(zhì)作用。然而，魚(yú)卡榴輝巖中進(jìn)變質(zhì)礦物組合和生長(zhǎng)環(huán)帶的保存說(shuō)明 榴輝巖的形成經(jīng)歷了相對(duì)快速俯沖和折返的動(dòng)力學(xué)過(guò)程 13 ，其 冷卻速率為1319 C ?Ma-1 5 , 48。在俯沖板塊折返過(guò)程中 鈦的成礦作用和流體階段鈦的成礦作用中， 金紅石很少轉(zhuǎn)變?yōu)殁?鐵礦，導(dǎo)致魚(yú)卡地區(qū)形成了一個(gè)大型以上的榴輝巖型金紅石礦 床。鐵石觀西地區(qū)礦物溫度計(jì)和金紅石鋯石含量溫度計(jì)測(cè)得溫度 都較高， 金紅石主要形成在超高壓變質(zhì)峰期階段， 后期經(jīng)歷了麻 粒巖相的疊加，流體作用較強(qiáng)。筆者近期在與鐵石觀西相距 30 km 的綠梁山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了榴輝巖， 并得到從超高壓榴輝巖相到高壓麻 粒巖相的折返速率為每年 2 mm經(jīng)歷的冷卻速率為511 c ?Ma-1 （未發(fā)表），石榴石環(huán)帶信息說(shuō)明該地區(qū)榴輝巖經(jīng)歷 的峰期溫度較高，后期退變較強(qiáng)，部分石榴石出現(xiàn)均一化。這些 信息可以得出鐵石觀西地區(qū)經(jīng)歷了一個(gè)快速俯沖而折返速率緩 慢的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。柴