地壳俯冲与折返过程的变质作用演化:来自高压-超高压榴辉岩相平衡模拟的证据

本文以大别山双河柯石英榴辉岩为基础,在NCKMnFMASHO体系中计算了P-T、T-M(H2O)和P-M(H2O)一系列相图。这些相图表明在地壳冷俯冲(地热梯度约为6℃·km-1)过程中饱和水的变质基性岩通过脱水反应导致矿物组合演化,随着P-T条件增加,约在2.2GPa(80km)处,绿泥石被滑石取代,在2.4GPa处,蓝闪石消失,在2.5GPa处,滑石消失,在2.9GPa(105km)处,硬柱石消失。相应地可出现硬柱石蓝片岩、蓝闪石-硬柱石榴辉岩、硬柱石榴辉岩和多硅白云母榴辉岩等高压-超高压组合。俯冲基性岩中即使含有很少量的水(如0.3%～0.5%),都会在超高压硬柱石榴辉岩相条件下达到饱和。因此硬柱石会广泛出现于经历冷俯冲地壳的变质基性岩中。高压-超高压榴辉岩的折返过程受折返温度及峰期矿物组合的控制。当峰期矿物组合中含有硬柱石(±蓝闪石±滑石,T=540～600℃)时,其早期折返发生在硬柱石稳定域,受脱水反应控制,难以保存峰期矿物组合;晚期折返发生在绿帘石稳定域,岩石处于流体缺失状态,有利于保存硬柱石消失后的高压矿物组合。当峰期矿物组合中含有绿泥石、硬柱石和蓝闪石时(T<540℃),其折返过程中的脱水作用仅发生在硬柱石与绿帘石共生的狭窄区域,在硬柱石稳定域的早期折返与绿帘石稳定域的晚期折返阶段,都不发生脱水作用,岩石处于流体缺失状态,因此,虽然峰期形成的硬柱石难以保存,但峰期形成的其他矿物可能仅受轻微改造。当硬柱石消失(T>600℃)后,多硅白云母高压-超高压榴辉岩中含有很少量水,在早期折返过程中的很大压力范围内,岩石保持水含量不变,更容易保留峰期矿物组合。高压-超高压榴辉岩在减压至1.5GPa以下时,由于外来流体注入,发生部分水化,形成含有钠钙质、钙质角闪石榴辉岩,它们一般不是平衡矿物组合。榴辉岩中名义上的无水矿物在减压过程中释放的水有助于榴辉岩部分水化,但不足以形成水饱和的斜长角闪岩。

高压-超高压榴辉岩的峰期矿物组合与P-T条件模拟

依据洋中脊玄武岩成分模拟了基性岩在高压-超高压条件下的相平衡关系.基性岩在高压硬柱石榴辉岩相中的矿物组合应为蓝闪石+石榴石+绿辉石+硬柱石+多硅白云母+石英滑石绿泥石,在该组合中石榴石镁铝榴石含量随温度升高而增加,钙铝榴石含量随着压力增加而降低,多硅白云母Si-含量随压力增加而增加,这些组分受全岩成分影响不大.因此,它们在P-T视剖面图上的等值线可以确定岩石温压条件,即利用环带石榴石中最低钙铝榴石和相应镁铝榴石含量确定岩石压力峰期的温压条件,利用最高镁铝榴石和相应钙铝榴石含量确定岩石温度峰期的温压条件.低温超高压榴辉岩的矿物组合应为石榴石+绿辉石+硬柱石+滑石+多硅白云母+柯石英,在该组合中镁铝榴石组分主要随温度升高而稳定增加,多硅白云母Si-含量随压力增加而增加,它们受全岩成分影响很小,而钙铝榴石组分随着压力增加而非常缓慢地降低,并受全岩成分影响很大,不能有效地确定压力.因此,低温超高压榴辉岩的峰期温压条件可利用P-T视剖面图上最高镁铝榴石含量和多硅白云母最高Si-含量等值线确定.中温超高压榴辉岩的矿物组合应为石榴石+绿辉石+硬柱石+多硅白云母+柯石英,在该组合中石榴石镁铝榴石含量主要受全岩成分控制,但钙铝榴石组分则随着温度升高而增加,随着压力增加而降低,多硅白云母Si-含量随着压力升高而升高.因此,利用P-T视剖面图上最高钙铝榴石组分和多硅白云母最高Si-含量等值线可以确定岩石的最大温压条件.