蘇魯造山帶威海地區石榴角閃巖中“環狀”石榴子石的成因

作者：劉利雙,劉福來,郭敬輝,蔡佳,朱建江,王蕙寧

摘要：發育特征結構的石榴子石是研究俯沖帶礦物演化和元素遷移的理想對象。本文首次報道蘇魯造山帶東北端威海地區出露的含"環狀"石榴子石的石榴角閃巖,并對其開展了詳細的巖相學、礦物化學、鋯石SHRIMP U-Pb年代學和變質作用研究。X射線主元素掃面顯示,"環狀"石榴子石經歷了3個階段生長:最高Ca部分的成核階段、相對低Ca部分的擴展階段和最低Ca部分的快速塑形階段,分別對應M_(1)、M_(2)和M_(3)階段變質作用,相應的礦物組合為石榴子石高Ca環核部及其礦物包裹體(如角閃石+富Na斜長石+金紅石+綠簾石+磷灰石)、石榴子石低Ca環內邊及其后成合晶礦物(如角閃石+富Ca斜長石邊部+鈦鐵礦±金紅石±磷灰石)和最低Ca石榴子石環外邊±角閃石±鈦鐵礦,未發現超高壓變質礦物或假象。傳統地質溫壓計估算出M_(1)和M_(2)階段的變質P-T條件分別為620~740℃/6.8~10.4kbar和705~775℃/5.3~7.1kbar,而M_(3)階段可能發生于溫度稍高和壓力稍低的P-T范圍。其中M_(1)至M_(2)階段,發生的變質反應主要為角閃石+綠簾石+富Na斜長石→石榴子石+角閃石+富Ca斜長石,隨著反應物綠簾石、斜長石和角閃石被消耗,石榴子石Ca逐漸降低,Mg有所升高或變化不明顯;M_(2)至M_(3)階段,變質反應物綠簾石和斜長石幾乎被消耗完全,主要消耗角閃石中的Mg、Fe和重稀土元素(HREE),使其形成"鐘形"稀土配分模式,而使M_(3)階段生長的石榴子石環邊極度貧Ca、富Mg和Fe,且HREE含量升高。變質鋯石U-Pb定年結果為232.9±2.2Ma,代表該樣品受到三疊紀陸-陸俯沖碰撞過程的強烈響應。此外,M3階段是形成石榴子石"環形"結構的重要階段,可能受變質溫度、粒間流體和俯沖帶外部流體滲透作用共同影響,加快元素在石榴子石中的遷入和遷出,且外部流體可為石榴子石快速生長提供充足的Mg和HREE。綜上所述,"環狀"石榴子石記錄了相對完整的生長過程,整體形成于角閃巖相變質條件,為非超高壓變質產物。

發文機構：中國科學院地質與地球物理研究所

關鍵詞：“環狀”石榴子石多階段生長石榴角閃巖流體蘇魯造山帶Ring garnetMultistage growthHornblenditeFluidSulu ultrahigh-pressure belt

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