（地球化学专业论文）大别山石榴石扩散动力学及锆石拉曼光谱研究.pdf

摘要 自从在大别一苏鲁地体岩石中发现柯石英和金刚石以来，人们已普遍认识 到这些大陆地壳岩石可深埋至1 0 0 k m 以下，它们经历了高压超高压变质作 用。然而这些深埋岩石又是如何折返抬升至地表是一个极为关注而又相当困 难的问题。至今对大别一苏鲁地体岩石冷却史的研究一直局限于地质年代学的 方法，但由于矿物放射性同位索体系的封闭温度并非一个常数，它受多种因素影 响，故单纯的年代学约束有时显得不足。本文从一个崭新的角度扩散动力学的 方法来研究大别- 苏鲁造山带岩石的高温阶段( 5 0 0 c ) 冷却历史，并结合锆石 拉曼光谱与微区组成关系来共同限定其冷却史。对大别一苏鲁不同构造区域的 岩石进行锆石拉曼光谱、微量元素组成和扩散动力学研究。 一、石榴石扩散动力学 在黄土岭麻粒岩，碧溪岭、金河桥和青龙山超高压榴辉岩，黄镇高压榴 辉岩以及北大别榴辉岩中发现其中的石榴石存在各种不同特点的化学成分环 带。对不同特征的环带的研究表明，黄土岭麻粒岩中石榴石具有典型的扩散 环带，模拟结果显示黄土岭麻粒岩一这个典型的下地壳岩石在经过峰期麻粒 岩相基底变质事件后，经历了一个快速的等温降压( i t d ) 过程抬升至相当 于中f 地壳的水平后，一直处于一个相对比较稳定的环境，以极其缓慢的速 率( d 0 1 ) ，这样，扩散速度由石榴石的体扩散控制，所以可以 仅考虑石榴石中的f e “一m g 扩散。对于这样一个两端元一维半无限扩散问题， 由f i c k 第二定律，其基本扩散描述方程为( l a s a g a ，1 9 8 3 ) ： o c a _ d ( f ) 窘a苏2 2 1 这里c 为含量、t 为时间、x 为离开界面的距离、由a r r h e n i u s 方程，扩散系 数d ( t 1 可以表示为： 。( f ) = 。( 瓦) 厂( r ) = 。( 瓦) e x p 卜罢哆一毒) 】 q 为扩散活化能。定义新无量纲时间和距离变量( 口为扩散特征长度) 。= 丁o ( t o ) t ，= 言 2 2 2 3 其删训破，口l 珊义瑚扩散方程就简化晤= 等z 4 我们假定在交换过程中石榴子石边缘成分是和黑云母平衡的，由石榴子石和 黑云母间的m g f e 2 + 交换平衡有： 圳= _ ( 【心m g ，f e 2 + ) 厂。, 1 【( 2 u 8 ，a 钏t ： ) g 万, 】2 5 由于石榴子石和黑云母中m g f e 2 + 的混合近似理想情况( g a n g u l ye ta 1 19 9 6 ) 所以后项可以不考虑。而 鼢唧 一譬c 专剖 定义温度r 随时间变化关系式： l1 歹2 i + 班 r o 为初始温度，r l 为冷却速率：从而方程2 5 变化成 k ( r ) = k ( t o ) e 一加 其中 口：a h 。r l r 假定黑云母组成恒定不变，由方程2 5 、2 8 可以得到 删g t = 磁c 兀， 篙辩卜一 2 6 2 7 2 8 2 9 2 1 0 其中x m g = m g ( m g + f e 2 + ) ，把方程2 2 、2 7 代入d t = f ( t ) d t 则可以得到 ，= 二( 1 一e 一”) 其中y = 譬，自2 3 、2 1 0 、2 1 l 可以推出 x 恤g t 、，一- - n 墙g tc 瓦， 吾兰笺器 c 一y y ， 其中 ，k ! ：堕 7 d ( 瓦) r d ( t o ) 2 1 1 2 1 2 2 13 这样通过“稳定的”c r a n k n i c o l s o n 隐式差分法( 六点格式) ( 稳定性已经得到证明) 给 出扩散方程2 4 的数值解，并每一步从方程2 1 2 得到边界含量，同时我们把 模拟结果与值f l r 由上面推导很容易看出f l r = 删o q ，该值为o 0 3 - 0 0 2 ( g a n g u l ye ta 1 ，2 0 0 0 ) ，用一个最优化的程序处理：m i n u i t ( j a m e se t a 1 1 9 7 5 ) 。 l 吐。：。 l ：一唧 1 囟盛嚣军盖盖羞= 耋：， o1 0 0删a o o n m u m m 图2 4h t l l 石榴石成分分带及b s e 图 2 2 模拟 模拟用h t l l 中的石榴石与大量的黑云母接触( 图2 4 ) ，接触面相对于 电子探针的分析线来说可以近似为直线，在分析中我们非常注意分析线与接 触界面的垂直性，并尽可能地做到垂直。当然磨制面是否通过石榴石中心是 不能保证的，但这个因素对模拟结果的影响在大多数情况下是可以忽略的 ( g a n g u l ye ta 1 ，2 0 0 0 ) 。我们并没有单独测定f e 3 + 的含量，而是假定在石榴 子石全铁中有3 m 0 1 、黑云母全铁中有1 1 6 m o l 是以f e ”的形式存在的 ( h e l d a w a ye ta 1 ，2 0 0 0 ) 。模型中假设了黑云母组成在扩散过程中保持均一。 薄片观察显示黑云母是大量的，电子探针的分析数据( 表2 1 ) 也说明该条 件是满足的。前人研究表明该岩石在退变质过程中并没有外来流体的加入 ( z h e l 2 9e ta 1 ，200 1 ) 。这样通过c r a n k n i c o l s o n 隐式差分法，采用与黄土 岭地质温压条件比较符合的热力学数据来模拟( g a n g u l ye ta 1 ，19 98 ) ，同时 把模拟结果与值f l r 用m i n u l t 作最优化处理。该过程中x ( t o ) 是可选择 的，也就是说模拟的结果并不受我们测定的石榴子石中心组成是否为原始组 成的影响。模拟( 图2 5 ) 得到x ( t 0 ) = 0 5 2 ，这说明事实上该石榴子石中心 曾经受到了完全改造。原始组成已经被改变，y = 0 0 0 4 、y = 0 0 4 8 。结合 由石榴子石一黑云母( f e - m g ) 温度计( g a n g u l y e tal ，19 96 ：h e ld a w a ye t a 1 ，2000 ) 计算得到的石榴石核与边的温度分别为8 8 0 1 2 和4 8 0 。核部得 到的温度代表了麻粒岩相变质改造的温度这与其他研究者得到的是基本一 致的( 游振东等，1995 ；c h e ne ta 1 ，1996 ；z h e n ge ta 1 ，200 1 ；李一良 等，200 1 ) ；而4 8 0 正是石榴子石- 黑云母基本停止f e m g 离子交换的大致 2 6 童 星 菱 图2 5石榴子石成分剖面数值模拟图 温度( g a n g u l ye ta 1 ，2000 ) 。从而由方程2 13 得到其冷却速率为0 1 m a 。 很显然，这个冷却速率只表明它从峰期麻粒岩相至约4 8 0 这一阶段的平均 冷却速率，并不能提供低于4 8 0 以后其冷却情况。 3 、结果讨论 目前，对黄土岭麻粒岩的形成年龄。不同的作者依据不同的方法得出了 不同的结论：陈能松等( 1 9 9 6 ) 利用t i m s 法锆石u p b 定年得到不一致线 的上、下交点年龄为2 6 6 3 m a 和1 6 9 0 m a ，并把下交点年龄解释为麻粒岩相变 质作用的年龄；j i a n 等( 1 9 9 9 ) 用单颗粒锆石蒸发法得到两组2 ”p b 2 “p b 年 龄，分别为19 9 2 2 4 5 6 m a 和2 5 4 2 2 8 1 4 m a ，他们把19 9 2 m a 的锆石年龄解释 为麻粒岩相变质事件的年龄；m a 等( 2 0 0 0 ) 对黄土岭麻粒岩进行了矿物s m n d 等时年龄测定，得到了斜方辉石、斜长石和全岩2 2 3 8 _ - 4 - 3 0 0 m a 的s m * n d 等 时年龄，并认为这一年龄代表了麻粒岩相变质作用的年龄：吴元保等( 2 0 0 2 ) 用激光等离子体质谱获得黄土岭麻粒岩锆石的2 ”p b 2 “p b 年龄，认为麻粒 岩相变质作用发生于2 15 4 2 6 m a 。这些年龄与华北克拉通广泛存在的2 5 0 a 和1 b o a 变质事件是不一致的。尽管对于黄土岭麻粒岩相变质年龄还有一定 争议，但北大别属于扬子板块北缘已被越来越多的证据证实( h a c k e l - e t al ，1998 ，2000 ；ts a ie ta 1 ，200 0 ；徐树桐等，1998 ：李曙光等，1989 ； 凌文黎等，i999 ；刘贻灿等，2000 ；谢智等，200 1 ) ，且扬子基底崆岭群高 2 7 级变质地体中同样存在这一构造热事件( 高山等，2 0 0 1 ；q i ue ta 1 20 0 1 ) 。 我们对石榴石扩散环带的模拟结果显示黄土岭麻粒岩经历了个0 1 m y 的极其缓慢冷却过程，从模拟图中我们可以看到，我们得到的0 1 m y 只 是最优解，考虑到数据的分散性，模拟结果会给出一个o + 0 2 m y 的范围。 陈能松等( 1 9 9 7 ) 的研究表明该麻粒岩在经过- 8 5 0 、一1 3 5 g p a 的峰期变质 后通过一个快速的近等温降压过程，抬升至一7 0 0 、0 6 g p a 的位置。由此， 我们认为黄土岭麻粒岩。这个典型的下地壳岩石在经过峰期麻粒岩相基底变 质事件变质后，在经历了一个快速的等温降压( i t d ) 的抬升之后以极其缓 慢的速率( c g c p 鲁c 司r c p x2 品c 黔导c 飘+ 等t 等，2 品c 嚣， 3 13 对于”一1 ，n ，n + l ，c 孑可以用方程3 1 1 及c 器来表示。这样，方程3 8 ，3 9 ， 3 1 0 ，3 1 3 可以组成如呜c j = c j 一。的形式，其中鸩为k x k 阶时间矩阵，q 为第，步时的浓度向量。显然边界条件是非线性的，所以这里采用 n e w t o n r a p h s o n 方法迭代。第j - 1 步提供一个很好的初始估计使得其通常 能很快的收敛。 2 2 模拟结果 前面说过，b x l 2 6 中石榴石和辉石比近为1 ：1 ，基质石榴石和辉石的粒径 平均大致为1 0 0 0 m 和2 0 0 0 聊，所研究的石榴石颗粒也接近1 0 0 0um ( 图 3 7 ) 。在这样的条件下，运用上述模型，分别在冷却速率为5 m a 、1 0 m a 和2 0 m a 的情况下对该石榴石进行模拟运算，在这样的冷却速率下辉石是 不会出现扩散环带的( d u c h i n e e t a i ，1998 ) ，所以不再对辉石进行模拟。模拟 的结果如图3 8 。对石榴石的模拟结果显示， 当冷却速率在5 m a 2 0 m a 时，石榴石 能够形成这样的扩散环带，在冷却速率小于 5 m a 和大于2 0 m a 时，模拟结果将远离 实测数据点，最佳的拟合值约为1 0 m a 。随 着南大别各种超高压包体矿物相继被发现， 越来越多的证据表明，碧溪岭榴辉岩峰期压 力被认为是大于2 8 g p a ( z h a n ge ta 1 ，1995 ；图3 7b x l 2 6 石榴石b s e 图 x a ee ta 1 ，2000 ；y ee ta f ，2000 ) ，详细 ( 探针分析沿囤中白线) 的研究表明，碧溪岭榴辉岩经历了一个前进变质阶段，峰期榴辉岩阶段，重 结晶变质和后期变质等阶段( x ia oe ta 1 ，2002 ) 。该石榴石中心成分给出7 5 0 ( 25 g p a ，e l l isa n dg r e e n ，1 9 7 9 ) 的”峰期温度”，边部给出5 6 0 ( 0 5 g p a ， e l l isa n dg r e e n ，1 9 7 9 ) 的封闭温度，这说明该石榴石中心从7 5 0 以约为 10 ma 的冷却速率冷却至一560 。显然，10 ma 的冷却速率只 图3 8b x l 2 6 石榴石的成分分带及模拟曲线 是一个平均效果，事实上榴辉岩的冷却过程不可能是一个恒速的过程，但模 型本身对其间具体的冷却过程并不能详细厘定，只能给出冷却速率的平均 值。 3 、深色榴辉岩石榴石扩散模拟 3 1 扩散模型 b x l r 5 榴辉岩中所研究的对象为一个包裹于辉石中的石榴石颗粒。把这 种情况简化成这样的模型( 图3 9 ) 。模型假设石榴石为圆形并且为中心对称， 仅考虑石榴石和辉石之间的f e2 一m g 交换扩散，同样c af i c k 第二定律，有： 掣却( 叫訾+ i 2 下0 c ( r ) 卜。，a 其中c ( r ) 为浓度，d ( r ) 扩散系数。我们知道芷。：鲁x 譬 3 1 5 a r r h e n i u s 关系 图3 9 扩散的包i t 模型 d = d 。e x p ( 百- e o ) 及 = 群e x p ( e ) 一 其中e 为交换活化能。 。 为了解方程3 1 4 ，把石榴石分成n 1 个 ，小区间，辉石为埘一n 一1 个，区间，r 。 令时间t = j a t ( _ ，= 0 ，1 ，2 ) ，如右图 这时时间偏微分取向后差分，空间偏微 分用中心差分。方程3 1 4 为： 3 1 6 3 1 7 华哦睁警+ 盈等鱼广枷i 二= 产 这里，代表节点( i a r ，址) 的浓度。石榴石的描述方程为： 、一 、啪j釜 。! 置一c 置。c 置一2 c ? + c 置1 3 1 9 。督+ 五一“2 2j c 研一c c p x f2 c o 埘一c 铆c 研一2 c 啊+ c 啊 彳2 【瓦可丽i 。 赢? + 1 类似集合体模型得到： 西i 卜。g r t ，+ ( 1 + 2 口。) c 孑一口。( 1 + 击) c 盅，= c 拳。3 2 ， ) 吼“1 + 2 口c , a c , c f 叫棚+ 互三) 吼= 镓- 2 a 。c 男+ ( 1 + 2 口。) c 孑= c 最， 3 2 3 也概等c + 叫砌一c 争吲砌，鲁等告瓦竺c 。c p x 勘m a 啊瓦d c , 瓦a r g 五n 面r 瓦e , c 嚣，嘞喙一m 瓦d c , 瓦a r e 磊n 面r 瓦e , , c 孽 3 2 4 对于n 一1 ，n + l ，e 孑可以用方程3 1 5 及四来表示。这样，方程3 2 1 ，3 2 2 ， 3 2 3 ，3 2 4 可以组成如屿q = c j 一1 的形式，其中坞为k x k 阶时间矩阵，q 为第j 步时的浓度向量。同样采用n e w t o n - r a p h s o n 方法迭代。 3 2 模拟结果 被辉石包裹的石榴石颗粒( 图3 1 0 ) 直径约2 0 0 m ，周边的辉石直径均大于 1 0 0 0 p m 。分别在冷却速率为1 0 m a 、2 0 m a 和4 0 m a 的情况下对该石榴石进 行模拟运算，结果如图3 1 1 。模拟绪果显 示，当冷却速率在- 1 0 - 4 0 m a 对，石 榴石能够形成这样的扩散环带，而较佳的 拟合值约为2 0 m a 。石榴石中心成分给出 图3 1 0b x l r 5 石榴石b s e 图 9 1 0 ( 4 o g p a ，e l l i sa n dg r e e n ，1 9 7 9 )( 探针分析为圈中白线黑线段) 的温度，说明该石榴石基本上保留了峰期的特征，代表的是榴辉岩相峰期变 加3 、 质温度。边部给出- 6 5 0 ( 0 5 g p a ，e 1 1 isa n dg r e e n ，1 9 7 9 ) 封闭温度，而2 0 m a 的冷却速率代表的正是该温度段的平均冷却速率。 4 、结果讨论 碧溪岭榴辉岩b x l 2 6 的石榴石- 辉石扩散模拟结果显示它经历了一个10 m a 的冷却过程，该过程持续了约2 0 m a ；而b x l r 5 石榴石的模拟结果表 明其经历的是一个约2 0 m a 的快速冷却过程，该过程持续约12 m a 。考虑 到两者所记录温度段有所重叠，整个冷却是逐渐减速的，从大于2 0 m a 的速率开始冷却，随着时间推移和温度下降，冷却变缓，最后以小于1 0 m a 的阶段进入低温( 5 0 0 ) 和低温( 8 2 0 的看法一致( 扬建军等，199 1 ；韩宗珠等，199 1 ，1992 ；叶凯 等，1992 ：张泽明等，19 95 ；张希道等，19 9 9 ) 。这里把9 0 0 作为其峰期变质 5 姑 的下限温度来考虑。从模拟结果( 图3 1 7 ) 来看，较好的模拟数值在1 0 m a 到一4 0 m a 之间，考虑到对峰期温度的估计是一个下限值，所以该冷却速 率也是一个最小值，更高的峰期温度将得到更快的冷却速率，青龙山榴辉岩 的冷却速率应接近甚至大于一2 0 m a 。从这点来看，苏鲁- 大别碰撞造山带 同属华北和扬子两个大陆碰撞的缝合带，具有相似的大地构造背景，两者的 超高压榴辉岩冷却速率是基本一致的。 “一 “ 厂 二l ，兰 图3 17 青龙山石榴石q l 成分分带及模拟曲线 表3 6 a 青龙山代表性辉石化学成分 表3 6 b 青龙山q l 石榴石化学成分分析结果 s i 0 2t i 0 2 t t lz 0 3 c r 2 0 3 f e om n o m g o c a o n a 2 0 t o t a l 3 8 8 90 0 02 2 1 30 0 12 1 5 90 8 49 5 36 4 70 0 09 9 4 6 3 9 9 6 0 0 0 2 1 8 10 0 l2 0 3 70 5 89 7 66 5 80 0 09 9 0 7 3 9 5 9 0 0 22 2 3 0 0 0 32 0 6 00 4 8l o 0 96 4 90 0 19 9 6 1 3 9 6 50 0 12 2 3 80 0 02 0 4 00 5 51 0 2 16 5 7 0 0 19 9 7 8 3 9 9 l0 0 02 1 2 61 5 31 9 3 20 7 09 9 2 6 0 80 0 69 8 7 8 4 0 1 l0 0 32 1 9 80 0 02 0 7 10 5 4l o 5 86 1 70 0 51 0 0 1 7 3 9 8 40 0 22 1 9 20 0 01 9 6 90 6 41 0 3 56 4 90 0 29 8 9 7 3 7 9 40 0 02 2 3 60 3 62 1 7 10 6 19 8 46 5 80 0 39 9 4 3 3 9 5 20 0 02 2 2 7 0 0 02 0 4 4 0 5 1 1 0 4 6 6 4 90 0 09 9 6 9 3 9 8 30 0 42 2 4 20 0 22 0 6 80 6 11 0 6 36 2 40 0 11 0 0 4 8 3 9 0 3 0 0 02 2 3 40 2 52 0 9 60 6 41 0 3 66 2 6 0 0 09 9 8 4 3 9 9 4 0 0 l2 2 1 20 0 21 9 9 20 5 71 0 5 4 6 3 40 0 49 9 5 0 3 9 9 60 0 02 2 2 3o 3 71 9 5 40 5 7l o 3 46 0 2o 0 l9 9 0 4 3 9 8 00 0 02 2 1 80 o l2 0 3 l0 6 01 0 4 76 5 20 0 49 9 9 3 3 9 7 20 0 22 2 1 50 0 81 9 8 40 5 71 0 5 26 2 50 0 29 9 1 7 s i t ia 1c rf e 4 f e m n m g c a n a 2 9 6 6 0 0 0 01 9 8 90 0 0 l0 0 7 71 3 0 0 0 0 5 41 0 8 30 5 2 90 0 0 0 30 5 00 0 0 01 9 6 20 0 0 l0 0 0 0 1 3 0 0 0 0 3 81 1 1 10 5 3 80 0 0 0 30 0 00 0 0 1 1 9 9 20 0 0 2 0 0 0 51 3 0 l0 0 3 11 1 4 00 5 2 70 0 0 l 2 9 9 70 0 0 11 9 9 40 0 0 0 0 0 1 3 1 2 7 7 0 0 3 51 1 5 00 5 3 20 0 0 l 3 0 6 0 0 0 0 01 9 2 1 0 0 9 3 0 0 0 01 2 3 9 0 0 4 51 1 3 40 4 9 90 0 0 9 3 0 1 9 0 0 0 21 9 5 00 0 0 0 0 0 1 6 1 2 8 70 0 3 41 1 8 70 4 9 80 0 0 7 3 0 3 20 0 0 1 1 9 6 60 0 0 0 0 0 0 01 2 5 30 0 4 11 1 7 40 5 2 90 0 0 3 2 8 9 0 0 0 0 0 2 0 0 7 0 0 2 20 1 9 51 1 8 8 0 0 3 91 1 1 70 5 3 70 0 0 4 2 9 8 70 0 0 01 9 8 40 0 0 0 0 0 4 2 1 2 5 0 0 0 3 31 1 7 80 5 2 60 0 0 0 2 9 8 7 0 0 0 21 9 8 20 0 0 10 0 3 91 2 5 8 0 0 3 91 1 8 80 5 0 10 0 0 l 2 9 5 2 0 0 0 0l - 9 9 10 0 1 5 0 0 9 01 2 3 6 0 0 4 11 1 6 80 5 0 70 0 0 0 3 0 2 10 0 0 1 1 9 7 20 0 0 l 0 0 0 01 2 6 0 0 0 3 71 1 8 80 5 1 40 0 0 6 3 0 4 00 0 0 01 9 9 30 0 2 2 0 0 0 0 1 2 4 3 0 0 3 71 1 7 20 4 9 l0 0 0 1 3 0 0 10 0 0 01 9 7 l0 0 0 10 0 3 3 1 2 4 7 0 0 3 81 1 7 70 5 2 70 0 0 6 3 0 1 50 0 0 1 1 9 8 20 0 0 5 0 0 0 01 2 5 9 0 0 3 71 1 9 0 0 5 0 80 0 0 3 4 7 第四章高压榴辉岩 超高压变质作用的最直接产物是榴辉岩及榴辉岩相岩石。榴辉岩是指广 义上的玄武质岩石中含有 7 0 的石榴石和含硬玉分子单斜辉石矿物组成的岩 石。其它经历相同的变质p t ( 榴辉岩相) 条件，不同组成的岩石( 如石榴 橄榄岩、白片岩及多硅白云母片麻岩等) 统称为榴辉岩相岩石 ( c ars w e i i ，i990 ) 。榴辉岩相的定义中，最重要的是高的压力条件，在超高 压变质作用的榴辉岩及榴辉岩相岩石中主要强调了变质环境的低地温梯度 ( 小于10 k m ) 。由于榴辉岩相变质作用的p t 变化范围较大，c a r s w e l l ( 19 9 0 ) 又进一步将榴辉岩划分为低、中和高温榴辉岩。陆壳俯冲形成的变 质岩主要为中、低温榴辉岩( 温度小于9 0 0 ) 。根据p t 条件，这些榴辉岩 可以进一步划分为较高温度及成岩压力大于柯石英石英转换压力的“热”榴辉 岩和温压条件稍低的“冷”榴辉岩( c h o p ine ta 1 ，l9 9 1 ；a v ig a d ，199 2 ；w a n g e ta 1 ，1992 ；0 k ay ，1993 ) 。但是，实际上区分“热”和“冷”榴辉岩是比较 困难的，因为部分榴辉岩受到了不同程度后期退变质作用的影响，其超高压 变质矿物可能在后期被改造( h ar le ya n dc ars w e l l ，1995 ) 。超高压“热”榴 辉岩和高压“冷”榴辉岩之间的相互关系也比较复杂，既可以是同一造山过程 中同时形成空间上连续的地体( w a n ge ta 1 ，1992 ；0 k a y ，1993 ) ，也可以是 多期块体拼合事件的结果( rl 1 ba t to e ta 1 ，1999 ；简平等，2000 ；l ie t a i ，1995 ) 。大别山冷榴辉岩是o k a y ( 19 9 3 ) 根据大别山榴辉岩特征矿物组 合的差异首先提出来的，其特点是不含柯石英和金刚石，出现蓝闪石和( 或) 蓝晶石，围岩组合中无大理岩，又被称为含蓝闪石( 蓝晶石) 榴辉岩( w a n ge t a 1 ，199 1 ，1992 ；h ar k e re t 1 ，19 94 ) ，即高压榴辉岩，与超高压榴辉岩相 区别。南大别杂岩带以黄镇一花凉亭水库剪切带为界，其北为超高压变质岩 出露区，南面为高压变质岩出露区，冷榴辉岩出露其中( z h a ie ta 1 ，1993 ， 1995 ) ( 图4 1 ) 。榴辉岩中石榴石呈现比较复杂的化学成份环带，许多石榴 石颗粒不仅保留有前期生长的成份环带特征，并且亦呈现受后期的退变质影 响的环带特征，与大别山其它地区的超高压榴辉岩中石榴石成份特征明显不 一致。对黄镇的冷榴辉岩石榴石环带细致的工作将会对该地区进而整个高压 一超高压变质地区冷却历史提供有用的信息。 1 样品及分析结果 样品采自太湖县黄镇附近朱家冲，太湖一马庙公路南侧天然鳝头6 - 8 米 宽的透镜体中。z h a ie ta 1 ( 1 9 9 5 ) 根据矿物温压计计算出该区榴辉岩峰期 变质的温压条件分别为6 5 0 7 0 0o c和 1 8 g p a w a n g e t a 1 ( 19 9 1 ，1 9 9 2 ，19 9 3 ) 、o k a ye ta 1 ( 19 9 3 ) 及c a r s w e l le ta 1 ( 1 9 9 7 ) 得出的温压条件分别为5 8 0 6 5 0 。c 和2 0 2 5 g p a ，表明该区榴辉岩为一 典型的低温榴辉岩。该榴辉岩中较大颗粒石榴石中常见有绿帘石、石英、钠 长石等细小矿物包体。它一方面表明榴辉岩化的温度不高，石榴石的均匀化 程度较低，另一方面也表明在榴辉岩化之前曾经历过绿片岩相的前进变质过 程。峰期矿物组合为石榴石+ 单斜辉石+ 金红石+ 磷灰石+ 石英。在退变质阶段， 单斜辉石几乎完全被细小纤维状角闪石代替，仅偶尔见到少许残留，但仍保 存有单斜辉石的外形，而石榴石则较稳定，仅一些颗粒的局部出现非常窄的 反应边结构。主要的退变作用可能是在高绿片岩相( 绿帘一角闪岩相) 条件下 进行，形成的矿物组合主要为斜黝帘石、多硅白云母和冻蓝闪石阳起石及 少许黑云母。这些矿物较为粗大，除交代石榴石外，还在这些矿物中存在有 石榴石的残留。继主退变期之后，退变作用继续延长至低绿片岩相，出现的 矿物组合主要是绢云母和绿泥石( w a n ge ta 1 ，199 2 ；周汉文等，1997 ； ca rs w e lle tal ，1997 ) 。 镜下选取矿物边界相对比较干净，形状比较规则的石榴石颗粒进行主成 分分析。首先对不同大小的石榴石颗粒进行核一幔一边的初步测定，选取成 分变化明显的不同粒径的颗粒进行线扫描分析( 图4 2 ) ，结果见表4 1 a ，b ，c 和图4 3 ( 分别代表0 0 h z a 、0 0 h z b 、0 0 h z n ) 。可见不同粒径的石榴石表现出 的环带特征虽不完全一致，但基本变化趋势却是一样的：从颗粒中心到边部， m g 含量增加，f e 、c a 含量减少，并且里左右对称，为典型的生长环带。对 图4 2 黄镇0 0 h z b 和0 0 h z c 石榴石显微照片 表4 1a00 h za 石榴石电子探针分析结果 s i 0 2t i 0 21 1 2 0 3c r 2 0 3 f e oi d n o l i g oc a o t , l a 2 0 t o t a l 3 99 70 0 12 1 9 60 0 42 0 0 80 2 19 5 9 7 5 3l _ 3 31 0 07 2 4 0 2 60 0 32 2 5 90 0 42 2 4 50 3 39 5 6 6 3 60 0 01 0 16 2 4 0 2 60 0 1 2 2 5 80 0 42 2 8 10 2 39 4 56 3 90 0 11 0 1 7 8 4 0 0 30 0 32 2 7 60 0 12 2 6 00 2 99 5 2 6 4 80 0 41 0 1 7 6 4 0 1 60 0 32 2 7 200 12 2 9 10 2 09 5 5 6 2 70 0 31 0 1 8 8 4 0 1 60 0 12 2 6 10 0 22 2 7 90 2 39 3 9 6 3 10 0 11 0 1 5 3 3 9 9 70 0 02 24 90 0 32 3 7 3 0 3 09 0 46 3 10 0 21 0 1 8 9 3 9 9 30 0 22 2 4 4 0 0 l2 3 8 30 3 28 8 96 0 50 0 21 0 1 5 1 4 0 0 90 0 i2 2 4 60 0 42 4 2 40 3 08 8 7 5 8 30 0 31 0 18 7 3 9 9 00 0 02 2 3 60 0 12 4 4 9 0 3 18 5 26 0 80 0 11 0 1 6 8 3 94 00 0 52 2 0 00 0 l2 3 6 80 4 86 9 4 8 9 50 0 11 0 1 5 2 3 92 30 0 52 1 8 20 0 02 5 3 0 0 8 35 0 09 4 20 0 21 0 1 6 7 3 8 7 201 02 1 4 80 0 22 7 2 70 9 23 2 49 6 00 0 4 1 0 1 3 9 3 8 6 70 0 82 1 4 20 0 42 7 5 310 22 9 7 9 8 40 0 31 0 1 6 0 3 8 6 60 1 12 1 3 60 0 42 7 8 3 1 0 82 8 29 4 70 0 51 0 1 4 2 3 8 7 00 1 12 1 5 20 0 22 7 2 4 1 0 72 9 19 9 20 0 51 0 1 5 4 3 8 6 60 1 02 1 6 50 0 02 5 8 01 2 83 5 11 0 5 30 0 41 0 1 5 7 3 8 6 10 1 52 1 4 70 0 12 6 3 11 9 232 89 9 0 0 0 61 0 1 7 1 3 8 4 20 1 22 1 4 30 0 32 5 9 8 3 0 62 3 89 8 20 0 41 0 1 2 8 3 8 2 70 1 22 1 4 60 0 02 6 4 03 0 72 1 61 0 0 700 41 0 1 5 9 3 82 90 1 32 1 2 90 0 02 7 2 32 8 12 1 09 7 30 0 31 0 1 6 1 3 8 3 00 1 12 1 4 50 0 42 7 0 32 1 62 2 2 9 7 400 41 0 10 9 3 8 4 00 1 52 1 4 30 0 12 8 0 4l4 82 3 0 9 6 601 11 0 15 8 3 8 3 80 0 92 1 3 90 0 02 7 8 01 0 12 6 49 6 50 0 31 0 0 9 9 3 8 4 001 22 1 4 70 0 42 7 4 109 23 1 49 7 90 0 91 0 1 3 8 3 87 10 0 62 1 5 00 0 52 6 7 40 7 83 4 4 9 8 50 0 31 0 i1 6 3 88 3 0 0 42 1 5 40 0 22 7 3 5 0 6 3 4 0 3 9 4 200 31 0 1 8 9 3 8 9 7 0 0 42 1 6 l0 0 42 6 4 7 0 5 3 44 9 9 1 70 0 21 0 l3 4 3 9 1 80 0 4 2 18 5 00 32 5 6 60 3 55 5 186 30 0 21 0 1 2 7 3 9 2 l0 0 72 1 9 20 0 22 50 90 3 661 68 3 70 0 21 0 1 2 2 3 92 50 0 22 2 1 40 0 42 58 70 3 67 3 16 2 6 00 1 1 0 1 2 6 3 9 5 80 0 32 2 0 60 0 42 5 5 20 3 87 4 76 2 1 0 0 21 0 l _ 3 7 3 9 5 6 0 0 52 2 2 30 0 22 5 2 1 0 3 3 7 6 9 6 1 40 0 21 0 1 2 5 3 9 7 8 0 0 0 2 2 3 30 0 l 2 5 3 l 0 3 3 7 7 4 6 2 40 0 21 0 1 7 6 3 9 6 40 0 12 2 3 70 0 2 2 48 3 0 3 28 0 86 0 40 0 31 0 1 3 4 3 9 7 60 0 22 2 3 10 0 12 4 1 00 3 18 6 85 9 600 11 0 1 1 6 3 9 8 0 0 0 3 2 2 3 50 0 1 2 4 2 9 0 3 58 5 95 9 500 01 0 1 3 7 3 9 7 00 0 12 2 4 40 0 2 2 3 0 5 0 3 09 0 06 3 60 0 21 0 0 9 0 3 9 8 30 0 12 2 2 80 0 32 3 0 50 2 49 0 46 4 40 0 21 0 0 9 4 3 9 8 60 0 02 2 5 00 0 42 3 2 70 2 49 1 26 3 50 0 21 0 1 4 0 3 9 8 6 00 l2 2 3 40 0 22 3 1 00 2 29 1 36 4 30 0 31 0 1 1 4 续表4 1a s i t i a lc rf e 6 +f e 。+m nm gc an a 3 0 3 30 0 0 11 9 6 40 0 0 20 0 0 01 2 7 40 0 1 31 0 8 50 6 1 2 o 1 9 4 3 0 0 70 0 0 21 9 8 90 0 0 20 0 0 01 4 0 20 0 2 l1 0 6 40 5 0 90 0 0 0 3 0 0 60 0 0 11 9 8 70 0 0 20 0 0 01 4 2 40 0 1 51 0 5 2 0 5 1 1 00 0 1 2 9 8 80 0 0 22 0 0 30 0 0 10 0 1 71 3 9 40 0 1 8 1 0 5 90 5 1 80 0 0 6 29 9 60 0 0 21 9 9 80 0 0 l0 0 0 71 4 2 20 0 1 31 0 6 2 0 5 0 i0 0 0 4 3 0 0 50 0 0 11 9 9 40 0 0 l0 0 0 01 4 2 60 0 1 51 0 4 80 5 0 60 0 0 1 2 9 9 30 0 0 01 9 8 50 0 0 20 0 2 81 4 5 80 0 1 91 0 0 90 5 0 60 0 0 3 3 0 0 40 0 0 l1 9 9 00 0 0 10 0 0 01 4 9 90 0 2 00 9 9 7 0 4 8 80 0 0 3 3 ，0 0 80 0 0 l1 9 8 60 0 0 20 0 0 01 5 2 l0 0 1 90 9 9 20 4 6 90 0 0 4 30 0 50 0 0 01 9 8 50 0 0 10 0 0 51 5 3 80 0 2 00 9 5 70 4 9 10 0 0 1 2 9 8 70 0 0 31 9 6 60 0 0 l0 0 5 4l - 4 4 80 0 3 10 7 8 40 7 2 70 0 0 i 3 0 0 6o 0 0 31 9 7 1o 0 0 00 0 1 11 6 1 10 0 5 4o 5 7 1o 7 7 3 o 0 0 3 3 0 1 10 0 0 61 9 6 90 0 0 10 0 0 01 7 7 40 0 6 10 3 7 60 8 0 0 0 0 0 6 3 0 0 70 0 0 51 9 6 30 0 0 20 0 1 01 7 8 10 0 6 70 3 4 40 8 2 00 0 0 5 3 0 1 60 0 0 61 9 6 40 0 0 20 0 0 01 8 1 6 0 0 7 10 3 2 80 7 9 20 0 0 8 3 0 1 00 0 0 61 9 7 30 0 0 10 0 0 01 7 7 20 0 7 00 3 3 70 8 2 7 0 0 0 8 2 9 9 00 0 0 61 9 7 40 0 0 00 0 3 41 6 3 50 0 8 40 4 0 50 8 7 30 0 0 6 2 9 9 40 0 0 91 9 6 20 0 0 l 0 0 3 2 1 6 7 50 1 2 6 0 3 7 90 8 2 30 0 0 9 3 0 0 70 0 0 71 9 7 70 0 0 20 0 0 01 7 0 00 2 0 30 2 7 8 0 8 2 30 0 0 6 2 9 9 10 0 0 71 9 7 70 0 0 00 0 2 61 7 0 00 2 0 30 2 5 2o 8 4 3 0 0 0 6 2 9 9 70 0 0 81 9 6 40 0 0 00 0 2 51 7 5 80 1 8 60 2 4 50 8 1 60 0 0 5 3 0 0 60 0 0 6 1 9 8 4 0 0 0 2 0 0 0 01 7 7 40 1 4 4 0 2 6 00 8 1 90 0 0 6 3 0 0 40 0 0 91 9 7 60 0 0 l0 0 0 01 8 3 40 0 9 80 2 6 80 8 1 00 0 1 7 3 0 0 80 0 0 51 9 7 60 0 0 00 0 0 01 8 2 20 0 6 70 3 0 80 8 1 00 0 0 5 2 9 9 l0 0 0 71 9 7 l0 0 0 20 0 3 01 7 5 60 0 6 10 3 6 50 8 1 70 0 1 4 3 0 1 10 0 0 4 1 9 7 1 0 0 0 3 0 0 0 01 7 3 90 0 5 l 0 3 9 90 8 2 10 0 0 5 2 9 9 40 0 0 21 9 5 70 0 0 10 0 5 01 7 1 30 0 4 10 4 6 30 7 7 80 0 0 4 3 0 0 90 0 0 21 9 6 70 0 0 2o 0 0 81 7 0 10 0 3 50 5 1 70 7 5 90 0 0 3 3 0 0 80 0 0 21 9 7 70 0 0 20 0 0 11 6 4 70 0 2 30 6 3 10 7 1 00 0 0 3 3 0 0 00 0 0 4 1 9 7 70 0 0 10 0 1 41 5 9 20 0 2 30 7 0 3 0