Metamorphic Evolution of Two Types of Garnet Amphibolites from UHP Terrane of Southwestern Tianshan, NW China
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摘要: 角闪岩是西南天山超高压变质带变基性岩的常见岩石类型之一.野外关系和矿物反应结构表明，大多数角闪岩是由榴辉岩或蓝片岩受到不同程度的钠长绿帘角闪岩相退变质叠加形成的.但对于一些平衡结构发育良好且孤立产出的角闪岩类型（如石榴角闪岩）仍缺乏系统的岩石学研究.本次从岩相学、矿物成分以及热力学模拟几个方面对哈布腾苏河下游地区超高压带内不含钠长石的石榴角闪岩开展了详细的工作.这些石榴角闪岩的主要矿物为绿色角闪石（钙质-钠钙质闪石）、帘石（黝帘石-绿帘石）和石榴石，三者总体积占80%~90%，明显有别于大多数由榴辉岩退变而成的含有钠长石变斑晶的石榴角闪岩.虽然这些角闪岩化学成分十分相近，都具有富钙贫钠和高的Mg/（Mg+Fe）比值，但在结构、构造和矿物组成等方面存在显著差异，据此将它们划分为两类.第一类角闪岩基质中不含石英，保存在变斑晶中的少量残余矿物组合为石榴石+绿辉石+硬柱石+蓝闪石+金红石，指示峰期硬柱石榴辉岩相变质条件，富钛矿物全部为金红石.第二类角闪岩强烈面理化，面理由绿色角闪石、绿帘石和绿泥石以及条带状石英集合体构成.石榴石粒度呈双峰式分布，粗粒比细粒低钙低锰.基质和包体中均未发现高压变质特征矿物绿辉石和蓝闪石.富钛矿物以榍石为主，金红石和钛铁矿仅存在于个别石榴石中.两类角闪岩的石榴石成分具有较大区分度，前者的钙含量较高而镁含量较低.P-T视剖面计算显示它们的峰期条件为480~520 ℃，30~33 kbar，均达到超高压范围，与哈布腾苏河下游及以西地区的榴辉岩相似，表明西南天山超高压变基性岩构成沿中天山南缘断裂延伸数十千米的独立地质单元，不存在所谓的俯冲隧道混杂现象.Abstract: Amphibolite is one of the common metabasic rock types exposed in the the UHP metamorphic belt of southwestern Tianshan. It is found in the field relationship and mineral reaction textures that most of such amphibolites are retrograded after eclogites or blueschists to various extents at albite-epidote amphibolite facies conditions. However, petrological studies are not systematic and sufficient for those with equilibrated textures from homogeneous blocks. In this paper, it is presented a detailed study of petrography, mineral chemistry and thermodynamic modelling on some albite-free garnet amphibolites in the UHP unit at the lower part of the Habutengsu valley. Results show that they largely consist of green amphibole (Ca-or Na-Ca-amphibole), epidote (or zoisite) and garnet (80% to 90% total volume), substantially different from the equivalents that retrograded from UHP eclogites contain albite porphyroblast. Though these garnet amphibolites are similar in bulk compositions, with high CaO and low Na2O and high Mg content, based on contrasting differences in terms of texture, structure and mineral assemblage, two types are divided herein. Type Ⅰ garnet amphibolite is quartz-free and relict or inclusion assemblage of Grt+Omp+Lws+Gln+Rt indicating peak lawsonite eclogite facies conditions. Rutile is the only Ti-rich phase as inclusion or in the matrix. Type Ⅱ garnet amphibolite is strongly foliated shown by oriented green amphibole, epidote, chlorite and banded quartz aggregates. Garnet is characterized by bimodal grain size and the larger ones have lower Ca and Mn. No HP indicator such as omphacite or sodic amphibole has been detected. Ti-rich phase is dominated by titanite and rare rutile and ilmenite are only found in some garnets. Generally, garnet compositions are distinguishable between the two types of amphibolites, Type Ⅰ with higher Ca but lower Mg. P-T pseudosection calculations show that peak metamorphic conditions of both types are 480 to 520℃, 30 to 33 kbar, in the UHP field akin to other eclogites in the lower reach of the Habutengsu River and adjacent areas to the west. This indicates a coherent UHP unit extending tens of kilometers along the southern Central Tianshan fault, rather than tectonic mélange from a fossil subduction channel.
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0. 引言
石榴角闪岩是区域变质作用中一种变基性岩类型，以石榴石、角闪石和斜长石为主要矿物，有别于一般的斜长角闪岩.不论传统温压计还是视剖面模拟结果都表明，石榴石(铁铝榴石)在变基性岩中的出现需要较高的压力条件(Diener et al., 2007, 2012)，因此可能与俯冲或碰撞造山作用等板块汇聚过程密切相关.在变质相图上，其应当属于过渡类型，形成压力略低于榴辉岩相范围，温度则低于麻粒岩相(Evans, 1990; Spear, 1993).石榴角闪岩在野外一般表现为两类产状：(1)与榴辉岩或高压麻粒岩相伴出现于高压-超高压变质带或碰撞造山带中；(2)作为单一岩石类型呈透镜状产于片麻岩地体中.虽然第一类产状的石榴角闪岩中角闪石和其他主要矿物在结构上达到平衡，例如大别-苏鲁造山带(刘福来等, 2005, 2009)，但其包体矿物组合特征和野外接触关系充分表明它们是由榴辉岩在退变质过程发生水化作用所致.具有第二类产状的石榴角闪岩虽无榴辉岩相矿物组合，但却往往含有单斜辉石，至少达到高压麻粒岩相变质条件，是进变质作用的产物(O'Brien and Rotzler, 2003).近年来一些造山带中的石榴石角闪岩虽然不含有高压变质的矿物学标志，却被认为形成于较高压力环境，曾经达到或接近榴辉岩相变质条件(陈博等，2008；牛贺才等，2009；Lou et al., 2013; Endo et al., 2013；陈相艳等，2015；董学发等，2016).
低温榴辉岩和蓝片岩是冷俯冲带代表性的变基性岩，它们通常作为透镜体或夹层状产于片岩中，并伴随着石榴角闪岩的产出.与中-高温榴辉岩不同的是，低温榴辉岩由于含水量较高，其在较慢的折返过程中不需要外来流体的注入即可发生不同程度的退变(Bucher and Grapes, 2011).减压过程中一些含水矿物发生分解(如硬柱石和蓝闪石)，释放流体并形成另一些含水矿物如帘石、钠云母和钙质(或钠钙质)闪石等矿物.矿物热力学数据和矿物结构显示，蓝闪石在减压过程中会转变为钠钙质-钙质闪石.但这一转变既可以是同构附生的结果(即形成生长环带)，也可能通过流体交代来完成.另一方面，根据相平衡的理论模拟，如果岩石在俯冲前未经充分水化，可能出现水不饱和的情况.此时含水矿物的种类将发生显著变化，造成一些“低压”矿物组合稳定于很高条件下(Clarke et al., 2006).全岩成分的变化也可能导致矿物组合的系统变化，例如典型的蓝片岩相矿物组合在富镁岩体系中将难以形成(Palin and White, 2016).
西南天山高压-超高压变质带具有较低的地热梯度，其峰期条件处在硬柱石榴辉岩相范围内, 属于典型的低温榴辉岩相变质岩(Gao et al., 1999; Lü and Zhang, 2012; Tsujimori and Ernst, 2014).该变质带常见变基性岩类型有榴辉岩、蓝片岩和石榴角闪岩(Gao et al., 1999; 张立飞等，2005).后者多发育在榴辉岩透镜体的边缘和不规则裂隙部位，明显是由榴辉岩退变而来.然而一些地段的石榴角闪岩粒度较均匀，角闪石呈自形-半自形近等粒镶嵌粒状变晶结构，结构上与石榴石和帘石达到平衡，它们与榴辉岩和蓝片岩的野外关系不明，有时可见呈孤立岩块产出.这种岩石类型的成因尚缺乏系统的研究，本文拟通过详细的岩相学、矿物成分和相平衡模拟研究，恢复其峰期变质条件，并探讨矿物组合的演变特点.
1. 样品描述
本文的研究对象均来自西南天山造山带哈布腾苏河下游的超高压变质地体(图 1)，采样点附近的变基性岩和围岩片岩均含有柯石英(Lü et al., 2008, 2009).它们都具有较高的绿色角闪石含量(体积比＞60%)，其独特之处在于几乎不含斜长石或钠长石，有别于区域上常见的由榴辉岩或蓝片岩退变而成的钠长角闪岩或角闪钠长片岩.根据岩相学特征又可将这些石榴角闪岩细分为两类.第一类(以样品H713-30为代表)的手标本上可见灰白色柱状黝帘石和少量粗大的白色云母，其他矿物粒度细小，一些样品局部发育钠云母-石英脉(图 2a).第二类(以样品H161-29为代表)以细粒的纤柱状矿物为主，整体较均匀，定向构造极为明显(图 2b)，面理产状近平行于北侧的韧性剪切带(即中天山南缘断裂).
图 1 西南天山造山带西段高压-超高压变质带地质简图及采样位置Fig. 1. Geological sketch of the western part of the HP-UHP metamorphic belt of southwestern Tianshan and sample localities
图 2 西南天山超高压变质带石榴角闪岩的产状a.第一类石榴角闪岩(手标本)，第一类角闪岩局部发育钠云母-石英脉，其中可见来自围岩的细粒石榴石集合体；b.第二类石榴角闪岩(野外露头)Fig. 2. The occurrences of garnet amphibolites from the UHP belt of southwestern Tianshan样品H713-30主要由绿色角闪石、石榴石和黝帘石组成，局部可见白色云母集合体.石榴石均为细粒(图 3a，3b)，分布不均匀.石榴石成分上为铁铝榴石(表 1)，变化范围为Alm63-69Prp12-17Grs17-21Sps0.8-5，与区域上其他超高压变基性岩的石榴石成分相似(图 4a).石榴石发育明显的成分环带(表 1)，边部比核部富钙和镁.BSE图像显示石榴石中含有不规则暗色高钙斑块(Alm44Prp8Grs47Sps1)，多与钠云母或石英构成多相包体(图 3e)，很可能是另一种形式的硬柱石假象(Lü et al., 2013).石榴石包体矿物有绿辉石、硬柱石(被帘石+钠云母取代)和金红石(图 3e~3f).帘石变斑晶呈自形-半自形柱状，粒径达2~5 mm，属于黝帘石，其Ps值(Fe/(Fe+Al))小于0.05.帘石包体众多(图 3f)，主要有绿辉石、绿色角闪石、石榴石和金红石.包体石榴石发育环带(图 3f)，而包体绿辉石成分不均匀，其硬玉分子含量为40~47(图 4b)，三价铁含量略低于已报道的超高压榴辉岩(Lü et al., 2009).绿色角闪石为钙质-钠钙质(图 4c；Leake et al., 1997)，无定向，板-柱状(图 3b)，局部包裹残余状蓝闪石和金红石.白色云母均为钠云母，呈粗大的鳞片状集合体产出，无定向特点.
图 3 西南天山超高压变质带石榴角闪岩的显微结构a.样品H713-30中的细粒石榴石散布于黝帘石变斑晶和绿色角闪石中(单偏光)；b.样品H713-30中无序排列的板条状绿色角闪石，含有均匀分布的细小金红石(正交偏光)；c.样品H161-29中由条带状石英和长柱状角闪石构成的定向构造，发育粒度差异明显的两类石榴石；d.样品H161-29中发育不规则环带的绿帘石集合体；e.样品H713-30中石榴石包裹的绿辉石和硬柱石假象(电子背散射图象)；f.样品H713-30中黝帘石变包裹的石榴石(发育明显成分环带)和绿辉石(电子背散射图象)；g.样品H161-29中的粗粒石榴石及其包体(电子背散射图象).图e~g的比例尺长为100 μm.本文所用的矿物英文缩写除特别说明外，均来自Whitney and Evans(2010).Grt*.石榴石中异常富钙的不规则区域(Grs＞40)，一般与石英或钠云母构成多相包体Fig. 3. Photomicrographs of garnet amphibolites from the UHP belt of southwestern Tianshan表 1 西南天山超高压变质带中石榴角闪岩的主要矿物电子探针成分(%)Table Supplementary Table Electron microprobe analyses of main minerals in garnet amphibolites from the UHP belt of southwestern Tianshan (%)Sample H713-30 Mineral Grt Grt Grt Amp Amp Amp Amp Ep Ep Cpx Cpx Pg Position C M M R matrix matrix in Ep relict C R in Ep in Grt matrix SiO2 38.05 37.79 38.62 38.75 55.17 55.42 53.75 57.72 39.50 39.81 57.26 56.64 46.84 TiO2 0.10 0.05 0.14 0.00 0.04 0.11 0.15 0.05 0.03 0.03 0.01 0.02 0.05 Al2O3 22.02 22.50 22.13 22.14 6.06 5.19 8.60 12.36 32.64 32.95 10.41 10.54 40.68 Cr2O3 0.06 0.00 0.06 0.08 0.12 0.09 0.07 0.04 0.21 0.17 0.08 0.05 0.12 FeOT 30.91 31.06 30.45 28.23 6.67 7.41 8.03 7.43 1.39 1.27 3.62 4.13 0.15 MnO 0.62 0.65 0.67 0.37 0.03 0.09 0.03 0.01 0.00 0.01 0.01 0.03 0.01 MgO 3.00 3.13 3.37 4.05 17.42 17.77 15.38 12.05 0.05 0.01 8.84 8.55 0.09 CaO 6.32 6.24 6.23 7.29 9.34 10.03 9.07 2.39 23.89 23.65 13.87 13.67 0.26 Na2O 0.00 0.02 0.03 0.00 2.66 1.95 2.94 6.25 0.02 0.06 6.58 6.68 6.61 K2O 0.00 0.01 0.00 0.00 0.08 0.09 0.09 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.28 Totals 101.08 101.44 101.69 100.91 97.59 98.15 98.11 98.30 97.73 97.94 100.68 100.30 95.09 Oxygens 12 12 12 12 23 23 23 23 12.5 12.5 6 6 11 Si 2.99 2.96 3.00 3.01 7.65 7.66 7.47 7.79 3.01 3.02 2.02 2.01 2.98 Ti 0.01 0.00 0.01 0.00 0.00 0.01 0.02 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Al 2.04 2.08 2.03 2.03 0.99 0.85 1.41 1.97 2.93 2.95 0.43 0.44 3.05 Cr 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.00 0.01 0.01 0.00 0.00 0.01 Fe3+ 0.00 0.01 0.00 0.00 0.12 0.19 0.07 0.04 0.06 0.04 0.00 0.00 0.01 Fe2+ 2.03 2.02 1.98 1.83 0.66 0.67 0.86 0.80 0.03 0.04 0.11 0.12 0.00 Mn 0.04 0.04 0.04 0.02 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Mg 0.35 0.36 0.39 0.47 3.60 3.66 3.18 2.42 0.01 0.00 0.46 0.45 0.01 Ca 0.53 0.52 0.52 0.61 1.39 1.49 1.35 0.35 1.95 1.92 0.52 0.52 0.02 Na 0.00 0.00 0.00 0.00 0.72 0.52 0.79 1.64 0.00 0.01 0.45 0.46 0.82 K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.02 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 Sum 7.99 8.00 7.98 7.97 15.15 15.08 15.18 15.01 7.99 7.99 3.99 4 6.91 Sample H161-29 Mineral Grt Grt Grt Grt Grt Amp Amp Chl Chl Ep Ep Ep Ilm Position S, C S, M L, C L, M L, R in Grt matrix Ps. Grt matrix in Grt matrix matrix in Grt SiO2 37.63 37.78 37.58 37.84 37.90 52.48 51.01 27.44 26.94 38.98 38.32 38.94 0.04 TiO2 0.16 0.13 0.17 0.13 0.16 0.20 0.19 0.00 0.03 0.15 0.09 0.02 51.86 Al2O3 21.34 21.04 21.21 21.34 21.45 6.29 9.79 21.22 21.29 29.57 27.36 32.89 0.17 Cr2O3 0.00 0.04 0.00 0.09 0.14 0.01 0.00 0.19 0.12 0.09 0.10 0.00 0.07 FeOT 24.59 25.55 30.45 31.33 29.03 11.05 11.79 20.24 19.58 5.91 7.65 1.60 40.73 MnO 3.32 1.75 0.19 0.09 0.11 0.17 0.18 0.27 0.20 0.16 0.22 0.02 6.63 MgO 2.04 2.54 2.51 2.17 2.98 14.75 12.94 18.70 18.96 0.10 0.04 0.04 0.09 CaO 10.78 10.76 7.85 7.86 8.08 10.39 9.47 0.03 0.01 22.76 22.84 23.77 0.19 Na2O 0.05 0.09 0.02 0.02 0.00 1.87 2.81 0.31 0.00 0.02 0.00 0.00 0.07 K2O 0.00 0.01 0.02 0.01 0.00 0.03 0.05 0.02 0.02 0.00 0.00 0.00 0.01 Totals 99.91 99.69 100.00 100.88 99.85 97.24 98.23 88.42 87.15 97.73 96.62 97.27 99.86 Oxygens 12 12 12 12 12 23 23 14 14 12.5 12.5 12.5 3 Si 2.98 2.99 2.99 2.99 3.00 7.49 7.23 2.78 2.76 3.01 3.01 2.98 0.00 Ti 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.00 0.00 0.01 0.01 0.00 0.98 Al 1.99 1.96 1.99 1.99 2.00 1.06 1.64 2.54 2.57 2.69 2.53 2.97 0.01 Cr 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.00 0.00 0.02 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 Fe3+ 0.03 0.05 0.02 0.01 0.00 0.15 0.13 0.00 0.00 0.30 0.46 0.03 0.03 Fe2+ 1.60 1.64 2.01 2.06 1.92 1.17 1.27 1.72 1.68 0.08 0.05 0.08 0.83 Mn 0.22 0.12 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.01 0.01 0.00 0.14 Mg 0.24 0.30 0.30 0.26 0.35 3.14 2.73 2.83 2.90 0.01 0.01 0.00 0.00 Ca 0.92 0.91 0.67 0.67 0.69 1.59 1.44 0.00 0.00 1.88 1.92 1.95 0.01 Na 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.52 0.77 0.06 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Sum 8 8 8 8 7.99 15.15 15.26 9.97 9.95 7.99 7.99 8.02 2 注：矿物成分由北京大学电子探针实验室完成，单位为质量百分含量.型号：JOEL-JXA8100，加速电压15 kV，电流10 nA，束斑2 μm，采用PRZ修正数据；矿物化学式采用AX软件计算；C.核部；M.幔部；R.边部；S.细粒；L.粗粒；Ps.(交代)假象 
图 4 西南天山超高压变质带石榴角闪岩主要矿物的成分变化图解a.石榴石；图a中的斜线区域和阴影区域分别代表西南天山超高压和高压变基性岩的石榴石成分范围，据Lü et al.(2017).H713-30样品的一个高钙低镁成分对应于石榴石变斑晶内的暗色富钙区域(参看图 3e中的Grt*)，很可能是包体硬柱石减压分解的产物之一；b.单斜辉石，据Morimoto(1988)；图b中的斜线区域代表文献中的西南天山超高压变基性岩中的绿辉石成分变化范围；c.角闪石，据Leake et al.(1997).Grs=Ca/(Ca+Fe2++Mg+Mn)×100；Prp=Mg/(Ca+Fe2++Mg+Mn)×100Fig. 4. Compositional variations of main minerals in garnet amphibolites from the UHP belt of southwestern Tianshan样品H161-29主要由绿色角闪石、绿帘石、石榴石和石英组成.除少数石榴石粒度较粗(＞1 mm)外，其余矿物粒度均较细，片理由强烈定向的绿色角闪石、帘石和绿泥石构成，石英集合体沿面理方向呈条带状相间分布(图 3c).石榴石为自形，可分为粗细两类，粗粒粒径可达1.0~2.0 mm，细粒粒径小于0.2 mm.粗粒石榴石含有少量包体，如金红石、绿色角闪石、榍石、帘石和石英(图 3g).个别粗粒石榴石中含有钛铁矿(表 1)，其以富锰为特征(Mn/(Mn+Fe)=0.15).石榴石成分上为铁铝榴石(表 1)，总体变化范围为Alm54-70Prp5-13Grs22-31Sps0.2-8，钙含量明显高于典型的超高压变基性岩，大部分镁含量高于典型高压变基性岩(图 4a).其中的细粒石榴石比粗粒的富钙和锰但贫铁，镁含量接近.成分剖面上，粗粒石榴石从核部到边部，镁和钙含量变化不明显，锰含量下降.帘石为长柱状或粒状的绿帘石-斜黝帘石，发育不规则成分环带(图 3d)，Ps值为0.03~0.17，含有绿色角闪石和榍石包体.基质中含钛矿物全部是榍石，个别自形榍石中可见浑圆状细粒金红石.绿色角闪石定向排列，长柱状，成分为普通角闪石，其Mg/(Mg+Fe2+)为0.68~0.73(图 4c).残余状粗粒石榴石周围的次生绿泥石集合体与定向的鳞片状绿泥石相比，除Cr2O3含量略高外，其他元素含量相近，Mg/(Mg+Fe2+)变化范围为0.56~0.64.
两类石榴角闪岩主量元素含量较接近，属于玄武质岩石(表 2)，SiO2含量为46%~48%，其Mg#为60~65，表现出幔源原始岩浆的特点(Stern and Kilian, 1996)，为钙碱性系列(Miyashiro, 1974).CaO含量高(＞10%)，Na2O含量低(1.90%~2.30%)，Na2O/CaO比值为0.16~0.29，未表现出细碧岩化的成分特征.和第二类相比而言，第一类石榴角闪岩的TiO2含量较高.
表 2 西南天山超高压变质带中两类石榴角闪岩的全岩成分(%)Table Supplementary Table XRF analytical results of two representative garnet amphibolites from the UHP belt of southwestern Tianshan (%)Sample No. SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3T CaO MgO K2O Na2O MnO P2O5 LOI Total H713-30 46.17 15.80 1.44 12.78 10.19 10.03 0.11 1.90 0.21 0.09 2.33 101.04 H161-29 47.32 15.22 0.69 10.43 12.00 9.06 0.14 1.90 0.17 0.04 2.26 99.23 注：全铁当作三价铁；LOI.烧失量. 2. 变质温压条件
本研究的温压计算运用THERMOCALC 3.33软件(Powell et al., 1998)和Holland and Powell(1998，于2003年更新)的热力学数据库tc-ds55，选择的组分体系为Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O(NCKFMASH)，其中水处于饱和状态，全部铁当作二价铁.涉及的矿物固溶体模型有石榴石(White et al., 2005)、角闪石(Diener et al., 2007)、单斜辉石(Green et al., 2007)、绿泥石(Holland et al., 1998)、白色云母(Coggon and Holland, 2002).滑石采用铁-镁两端员矿物理想混合模型，其他矿物(如硬柱石和帘石)则简化为理想端员矿物.
2.1 样品H713-30
不论是作为黝帘石的包体还是作为基质，石榴石颗粒自形且粒度较为均匀，很可能表明退变质过程对石榴石的影响较小，因此根据结构笔者推测该样品发生的变化主要体现在反应Omp+Lws+Gln→Hb+Zo+Pg上.由于黝帘石筛状变斑晶中包体绿辉石的富钠特点(Jd40-47)及其较高的分布密度，笔者推测退变质角闪岩化过程伴随着一定量的Na、Al、Si等元素丢失.因此在计算峰期视剖面时需要通过校正XRF实测的全岩成分来估计有效全岩成分.实验岩石学和天然岩石观测表明，高压低温流体以富钠、铝和硅为特点(Manning, 1998; Bernini et al., 2013).假设角闪岩化过程中有一半的Na2O被流体带出体系，与此同时Al2O3和SiO2也相应地减少，从而使得CaO、MgO、FeO等其他元素的含量相对升高.在这里，峰期条件有效全岩成分的校正通过增加一倍的Na2O来实现(与附近新鲜的富绿辉石榴辉岩的钠含量接近).考虑到高压低温富钠流体的主要元素与钠长石成分相似(Bernini et al., 2013)，因此本研究在近似校正过程中同时增加Al2O3和SiO2的含量，增加部分的比例为Na2O: Al2O3: SiO2=1: 1: 6，摩尔比).从模拟结果看，这一近似处理降低了岩石中的CaO/(Na2O+CaO)，峰期条件生成大量的绿辉石，符合岩相学观察到的以绿辉石为主的矿物包体组合特征.
石榴石的包体矿物组合Omp+Lws指示岩石经历硬柱石榴辉岩相变质.结合基质冻蓝闪石中残余的蓝闪石(图 4c)，笔者推断峰期矿物组合为Grt+Omp+Lws+Gln，与附近的新鲜榴辉岩一致.视剖面中硬柱石榴辉岩的范围很大，约占一半区域(图 5a).在超高压范围内绿泥石、蓝闪石和滑石的含量逐渐降低直至消失，但出现SiO2相.石榴石全部成分等值线均相交于柯石英稳定线之上，其核部和幔部的温压范围为490~520 ℃、30~32 kbar，边部的压力较低但温度略高，记录了一段顺时针P-T轨迹.石榴石核部对应的双变矿物组合为Grt+Omp+Lws+Gln+Chl+Tlc，边部生长过程中绿泥石消失.笔者观察到的退变质矿物组合为Grt+Omp+Zo+Hbl+Pg(图 5a)，其稳定温压范围较大，为610~680 ℃、15~20 kbar.据此笔者推测岩石折返过程中越过硬柱石稳定线进入黝帘石稳定域，进一步减压时蓝闪石也不稳定，转变为普通角闪石.硬柱石的分解释放大量流体(Clarke et al., 2006)，它们将溶解并带走一定量的元素，如Na、Al、Si等，可以造成基性岩贫钠，局部形成富钠云母的高压脉体(图 2a).
图 5 西南天山超高压变质带石榴角闪岩在NCKFMASH体系下的P-T视剖面图a.样品H713-30；b.样品H161-29.圆圈表示石榴石成分——钙铝榴石(Grs)和镁铝榴石(Prp)等值线的交点，带箭头的粗实线表示石榴石成分环带确定的轨迹，粗虚线表示推测的退变质轨迹，星形图案表示观察到的退变质矿物组合；部分矿物组合因为稳定范围较小，未标注.图中所用的矿物英文缩写均来自Whitney and Evans(2010)Fig. 5. P-T pseudosections of garnet amphibolites from the UHP belt of southwestern Tianshan in the system NCKFMASH2.2 样品H161-29
由于样品H161-29的石榴石和其他矿物的主要包体矿物为帘石和钙质-钠钙质角闪石，与基质矿物具有相似的富钙矿物构成，并且该样品石榴石的钙含量比其他超高压变基性岩高(图 4a)，这说明峰期条件下该样品具有富钙特点，其退变过程不存在或存在很弱的主量元素迁移，与样品H713-30明显不同.因此在这里用XRF的分析结果代表样品H161-29的有效全岩成分来模拟峰期变质条件.进变质阶段和峰期阶段的矿物组合理论上应当保存在石榴石变斑晶中.但是由于样品H161-29的石榴石包体矿物种类较少，仅能根据包体中存在金红石而无钠长石的特点推断峰期压力较高，至少位于反应线Ab=Jd+Qz之上.根据粗粒石榴石变斑晶核部的镁和钙成分等值线交点，确定其峰期压力在柯石英稳定域内(图 5b)，温压范围为480~520 ℃、30~33 kbar，稳定矿物组合为Grt+Di+Omp+Chl+Tlc+Lws.在低温高压条件下钙质角闪石(Act)稳定范围较大，随着压力的进一步升高，阳起石消失并且出现滑石和透辉石.在石英-柯石英转变线之上的大部分区域都出现两种单斜辉石(Di+Omp)共生，而且透辉石所占比例要高得多.但是岩相学上并未观察到任何一种辉石，这很可能是由于强烈的退变质重结晶作用造成的，但也不能完全排除反应动力学的障碍使钙质角闪石并未向钙质辉石转变.另外，在模拟的峰期超高压条件下不存在柯石英相，随温度的进一步升高，岩石的SiO2才变得饱和并伴随着滑石的消失.然而部分石榴石变斑晶中有少量SiO2包体，与模拟结果有一定的偏差.
本样品在折返阶段受区域中天山南缘韧性剪切带活动的影响发生强烈面理化，普遍定向的矿物钙质-钠钙质闪石(以普通角闪石为主)、绿帘石、绿泥石和石英构成绿帘角闪岩相变质阶段的矿物组合.由于细粒的自形石榴石出现于条带状石英中，因此笔者认为这类石榴石形成于该阶段.与该矿物组合最接近的理论组合为Grt+Gln+Zo+Chl+Act+Qz，稳定温压范围为520~540 ℃、15~18 kbar.实际岩石中并未观察到蓝闪石和阳起石，这很可能是由于在进一步的减压过程中岩石进入普通角闪石稳定域后发生充分重结晶作用，二者被普通角闪石替代，最终使岩石整体呈现绿帘角闪岩相的矿物组合特点.另外，也不能完全排除本文所用的角闪石固溶体模型存在一定缺陷，缩小了普通角闪石的稳定域.
3. 讨论
3.1 第一类石榴角闪岩的成因
以上岩相学和矿物成分分析表明，第一类石榴角闪岩明显是由榴辉岩退变质形成的.这一过程中形成了大量的绿色角闪石，而区域上发育的高压脉体(黝帘石+钠云母(+石英))很可能说明变基性岩中Na、Al、Ca等元素的丢失.另一方面，根据相平衡模拟结果，由石榴石钙含量等值线所限定的峰期压力偏高，远高于邻近的含柯石英榴辉岩.这间接证明该石榴石角闪岩实测的全岩CaO含量相对于其他元素偏高(高于峰期条件时的全岩)，即折返过程中发生了部分元素的丢失.黝帘石变斑晶包裹大量的绿辉石包体，其分布密度和新鲜的富钠超高压榴辉岩(这类榴辉岩的绿辉石含量远大于石榴石，次要矿物为石英、钠云母和黝帘石)中的黝帘石变斑晶特征相近，表明峰期变质时全岩Na2O含量较高.钙质和钠钙质闪石中少量残余状的蓝闪石也说明角闪岩相变质叠加之前的矿物组合应当具有富钠特征.另外，钠云母呈集合体产出且具有不均匀分布特点，可能导致岩石的化学成分发生局部调整.该类角闪岩并不含钠长石变斑晶，有别于区域上大量分布的由富钠中性或中基性变质岩.本样品也有别于角闪榴辉岩(Wei et al., 2003; 吕增等, 2007)，但很可能是其进一步发生退变质水化作用所致，期间伴随Na2O和其他元素的丢失.总而言之，第一类石榴角闪岩的矿物种类及其模式含量与其他典型退变榴辉岩存在较大差异，但因其具有明确的硬柱石榴辉岩相矿物组合(Grt+Omp+Lws+Gln)，表明其经历了低温高压变质作用.另一方面，虽然大部分榴辉岩退变质时保留了原岩富钠的特征，可以通过判别图解等方法恢复其原岩形成的环境(Gao and Klemd, 2003; Ai et al., 2006; Xiao et al., 2012).但是，本文研究的第一类角闪岩的成分在退变质过程中明显发生了改变，其全岩地球化学特征并不一定能完全反映原岩的特点，因此在开展地球化学相关研究时需要慎重探讨原岩的演化规律.
西南天山的大部分石榴角闪岩形成于榴辉岩透镜体的裂隙部位或边缘，存在含量不等的绿辉石，其成因与本文探讨的第一类岩石类似.大量绿色角闪石和钠长石的形成显然需要消耗峰期绿辉石和蓝闪石来实现.在退变质流体较充分的情况下，这些含水矿物的生长并不只限于峰期矿物的边缘，不利于形成反应边结构或后成合晶结构.相反，退变质重结晶作用往往形成自形-半自形变斑晶.例如，西南天山变基性岩中钠长石常包裹的自形柱状绿色角闪石.颗粒粗大的绿色角闪石虽然结构上与石榴石平衡，但是根据热力学理论模拟和其他矿物结构表现，这类角闪石是在低压条件下取代了钠质闪石和钠质辉石，成为最主要的角闪石类型.
3.2 第二类石榴角闪岩的成因
第二类石榴角闪岩出露稀少，以发育片状构造和石英条带为典型特征.石榴石明显分为粗细两类，但其包体都很少，粗粒石榴石的包体矿物有绿帘石、绿色角闪石、金红石和石英，偶见钛铁矿.该类角闪岩最重要的特点是基质及包体中皆无钠质辉石和钠质闪石等高压特征矿物残留，根据矿物组合判断其峰期变质条件仅达到绿帘角闪岩相范围.但是，金红石仅作为包体存在于石榴石或榍石中，根据一般高压岩石中榍石-金红石的稳定范围(John et al., 2011), 笔者这里认为金红石是峰期矿物之一，很可能指示石榴石包体矿物属于峰期高压矿物组合，而基质含自形榍石的矿物组合则是退变质重结晶的结果.另外，粗粒石榴石的成分存在差异(细粒比粗粒富钙)，表明存在一期高压变质事件.根据视剖面计算，粗粒石榴石的成分等值线揭示了峰期超高压变质条件，与附近存在含柯石英岩石相吻合，进一步证明哈布腾苏河下游的变基性岩均经历过超高压变质作用，构成一个超高压地质单元.另外，该类角闪岩的石榴石和第一类相比，具有较高的钙含量(图 4a)，明显受控于富钙的原岩成分.
虽然本研究模拟出该类角闪岩中的粗粒石榴石形成于超高压条件，但实际矿物组合与理论模拟的结果存在较大偏差，在低温超高压条件下富镁岩石的变质演化规律和矿物反应动力学等相关问题有待开展进一步探讨.一般认为冷俯冲之前的充分水化作用可以让岩石在向下俯冲过程中一直处于水饱和状态，即硬柱石在进变质过程中普遍存在.但低温榴辉岩在折返过程中由于P-T轨迹的变化却有可能出现水不饱和状态，形成绿帘角闪岩相矿物组合(Lou et al., 2013).西南天山造山带超高压变质岩石中的石榴石变斑晶保存了不少进变质和峰期榴辉岩相的高压矿物组合(Lü et al., 2009)，然而该类石榴角闪岩的石榴石包体却没有相关信息.一方面可能是由于该类岩石的石榴石包体稀少，进变质蓝片岩相和峰期榴辉岩相的特征矿物，如钠质闪石、钠质辉石和硬柱石，被包裹的概率很小；另一方面，退变质面理化过程可能造成石榴石变斑晶的微裂隙，峰期包体矿物受到后期变质作用的改造.该类角闪岩的帘石发育补丁状环带，三价铁含量变化大(Fe2O3为1.5%~8.0%)，氧逸度在不同变质条件下的变化也有可能影响相关矿物组合的稳定温压范围.除此之外，低温高压条件下矿物热力学数据或固溶体模型的不完善也可能造成计算结果偏离实际的岩相学观测.例如，理论上透辉石和绿辉石广泛共生于较富钙富镁的高压变基性岩体系中，然而二者常表现为继承关系或偶尔共生于开放体系(脉体)中(Carpenter, 1980; Tsujimori, 1997; Maresch et al., 2012; Endo and Tsuboi, 2013).滑石在榴辉岩中的产出虽然在一些地区的榴辉岩中有报道(Zack et al., 2002; Mattinson et al., 2004; Hoschek, 2007)，但是在不少低温榴辉岩中极难见到，然而视剖面计算时其却是一种常见而且稳定域较大的高压低温铁镁质矿物(Diener and Powell, 2012).
3.3 区域地质意义
西南天山造山带的变基性岩主要由榴辉岩、蓝片岩及其次生岩石(如角闪岩和绿片岩)构成.榴辉岩具有多样性，既受原岩化学构成的影响，又受洋底变质作用和俯冲带变质作用的双重影响.榴辉岩的原岩——玄武质岩石由于岩浆分异作用可能存在成分不均一，而且在洋底低级蚀变过程中存在不同程度的细碧岩化和碳酸盐化改造作用.这些因素可以导致岩石的Na2O/(Na2O+CaO)在较小的空间范围内变化较大，造成榴辉岩与蓝片岩在空间密切伴生(Wei and Clarke, 2011).富石英的榴辉岩可能来自安山质或玄武安山质火山碎屑岩(Klemd et al., 2011)，与围岩呈渐变过渡的夹层状榴辉岩(外观上有别于致密的透镜状榴辉岩)也可能具有类似的原岩.富碳酸盐的榴辉岩则可能是洋底蚀变过程中发生碳酸盐化的结果，这类岩石中的碳酸盐矿物容易受到折返阶段变质作用的改造形成次生的碳酸盐脉体，且不易与后期贯入的外来碳酸盐脉体区分，峰期条件下潜在的H2O-CO2开放流体可能导致基性岩体系一些含钙硅酸盐矿物成分的系统变化(Lü et al., 2017).对于由榴辉岩和蓝片岩发生次生变化形成的岩石，根据其中主要次生矿物(如角闪石、绿帘石和钠长石)的含量变化，可分为角闪榴辉岩、含绿辉石榴角闪岩或绿帘角闪钠长(片)岩等类型.退变质程度最强时形成绿片岩，仅保留一些变斑晶矿物假象.根据大量的电子探针矿物分析和统计(未发表数据)，这些岩石都或多或少保留了榴辉岩相矿物组合，与本文第一类角闪岩的成因相似，证明研究区内普遍的榴辉岩相变质作用.另外，本文的研究表明，即使变基性岩中不含任何绿辉石或蓝闪石等高压指示矿物，例如本文的第二类角闪岩，它们也有可能经历超高压变质作用.这是因为除温度和压力外，岩石水饱和程度和反应动力学都可能引起岩石中矿物组成的变化(Clarke et al., 2006).在同一个低温变质带内，岩石类型的多样性并不一定是构造混杂的必然结果，有意义的温压计算结果必须建立在矿物热力学平衡基础之上，必须排除矿物反应动力学等其他因素的影响(Krohe, 2017).总的看来，虽然西南天山变质带的榴辉岩在空间上随机分布，但含柯石英的榴辉岩以及其他超高压岩石一律来自变质带的北部，紧邻中天山南缘断裂(Lü and Zhang, 2012; Tian and Wei, 2013)，这种现象是俯冲隧道流模型难以解释的(Li et al., 2016).另外，对于同一研究对象(尤其是低温变质岩)，不同温压计算方法之间存在较大系统偏差的现象并不少见(Wei and Clarke, 2011)，因此不同温压计的计算结果不宜作为造山带变质岩就位机制存在的唯一判别标志.虽然近年来变质矿物热力学数据不断完善(Holland and Powell, 1998, 2011)，变质作用平衡热力学方法的应用更加广泛，但是对一些岩相学现象背后的矿物反应动力学问题，如变质带内部变斑晶粒度变化以及成分环带的差异性，却较难得到完全合理的解释.对于西南天山高压-超高压低温变质带，探索更为有效的、统一的温压评价标准，定量理解岩相学与反应动力学和平衡热力学的关系是今后努力的方向之一.
4. 结论
西南天山超高压变质带两类贫钠富镁的石榴角闪岩虽然在主要矿物组成上具有相似性，但是峰期矿物组合、结构和矿物成分等方面都具有较大差别，反映出超高压带内变质演化的多样性.第一类角闪岩保留的峰期平衡矿物组合为Grt+Omp+Lws+Gln，经历的峰期温压条件为490~520 ℃、30~32 kbar，退变质阶段形成的矿物组合为钙质-钠钙质闪石+黝帘石+钠云母.峰期矿物组合在退变质过程中发生了较明显的全岩化学成分变化，例如钠和铝等元素的丢失.第二类角闪岩的矿物组合为Ep+Hbl+Chl+Grt，退变质重结晶作用明显且伴随强烈面理化，峰期条件为480~520 ℃、30~33 kbar，与第一类角闪岩十分接近.本研究支持西南天山造山带紧邻中天山南缘断裂南侧的变基性岩均经历超高压变质作用，与围岩构成一个相对独立的有一定空间规模的超高压地质体(Lü et al., 2012)，难以用俯冲隧道流模式解释(Meyer et al., 2016).
致谢：: 感谢两位审稿人的建设性意见和建议，谨以此文纪念董申保先生诞辰100周年！ -
图 1 西南天山造山带西段高压-超高压变质带地质简图及采样位置
Fig. 1. Geological sketch of the western part of the HP-UHP metamorphic belt of southwestern Tianshan and sample localities
图 2 西南天山超高压变质带石榴角闪岩的产状
a.第一类石榴角闪岩(手标本)，第一类角闪岩局部发育钠云母-石英脉，其中可见来自围岩的细粒石榴石集合体；b.第二类石榴角闪岩(野外露头)
Fig. 2. The occurrences of garnet amphibolites from the UHP belt of southwestern Tianshan
图 3 西南天山超高压变质带石榴角闪岩的显微结构
a.样品H713-30中的细粒石榴石散布于黝帘石变斑晶和绿色角闪石中(单偏光)；b.样品H713-30中无序排列的板条状绿色角闪石，含有均匀分布的细小金红石(正交偏光)；c.样品H161-29中由条带状石英和长柱状角闪石构成的定向构造，发育粒度差异明显的两类石榴石；d.样品H161-29中发育不规则环带的绿帘石集合体；e.样品H713-30中石榴石包裹的绿辉石和硬柱石假象(电子背散射图象)；f.样品H713-30中黝帘石变包裹的石榴石(发育明显成分环带)和绿辉石(电子背散射图象)；g.样品H161-29中的粗粒石榴石及其包体(电子背散射图象).图e~g的比例尺长为100 μm.本文所用的矿物英文缩写除特别说明外，均来自Whitney and Evans(2010).Grt*.石榴石中异常富钙的不规则区域(Grs＞40)，一般与石英或钠云母构成多相包体
Fig. 3. Photomicrographs of garnet amphibolites from the UHP belt of southwestern Tianshan
图 4 西南天山超高压变质带石榴角闪岩主要矿物的成分变化图解
a.石榴石；图a中的斜线区域和阴影区域分别代表西南天山超高压和高压变基性岩的石榴石成分范围，据Lü et al.(2017).H713-30样品的一个高钙低镁成分对应于石榴石变斑晶内的暗色富钙区域(参看图 3e中的Grt*)，很可能是包体硬柱石减压分解的产物之一；b.单斜辉石，据Morimoto(1988)；图b中的斜线区域代表文献中的西南天山超高压变基性岩中的绿辉石成分变化范围；c.角闪石，据Leake et al.(1997).Grs=Ca/(Ca+Fe2++Mg+Mn)×100；Prp=Mg/(Ca+Fe2++Mg+Mn)×100
Fig. 4. Compositional variations of main minerals in garnet amphibolites from the UHP belt of southwestern Tianshan
图 5 西南天山超高压变质带石榴角闪岩在NCKFMASH体系下的P-T视剖面图
a.样品H713-30；b.样品H161-29.圆圈表示石榴石成分——钙铝榴石(Grs)和镁铝榴石(Prp)等值线的交点，带箭头的粗实线表示石榴石成分环带确定的轨迹，粗虚线表示推测的退变质轨迹，星形图案表示观察到的退变质矿物组合；部分矿物组合因为稳定范围较小，未标注.图中所用的矿物英文缩写均来自Whitney and Evans(2010)
Fig. 5. P-T pseudosections of garnet amphibolites from the UHP belt of southwestern Tianshan in the system NCKFMASH
表 1 西南天山超高压变质带中石榴角闪岩的主要矿物电子探针成分(%)
Table 1. Electron microprobe analyses of main minerals in garnet amphibolites from the UHP belt of southwestern Tianshan (%)
Sample H713-30 Mineral Grt Grt Grt Amp Amp Amp Amp Ep Ep Cpx Cpx Pg Position C M M R matrix matrix in Ep relict C R in Ep in Grt matrix SiO2 38.05 37.79 38.62 38.75 55.17 55.42 53.75 57.72 39.50 39.81 57.26 56.64 46.84 TiO2 0.10 0.05 0.14 0.00 0.04 0.11 0.15 0.05 0.03 0.03 0.01 0.02 0.05 Al2O3 22.02 22.50 22.13 22.14 6.06 5.19 8.60 12.36 32.64 32.95 10.41 10.54 40.68 Cr2O3 0.06 0.00 0.06 0.08 0.12 0.09 0.07 0.04 0.21 0.17 0.08 0.05 0.12 FeOT 30.91 31.06 30.45 28.23 6.67 7.41 8.03 7.43 1.39 1.27 3.62 4.13 0.15 MnO 0.62 0.65 0.67 0.37 0.03 0.09 0.03 0.01 0.00 0.01 0.01 0.03 0.01 MgO 3.00 3.13 3.37 4.05 17.42 17.77 15.38 12.05 0.05 0.01 8.84 8.55 0.09 CaO 6.32 6.24 6.23 7.29 9.34 10.03 9.07 2.39 23.89 23.65 13.87 13.67 0.26 Na2O 0.00 0.02 0.03 0.00 2.66 1.95 2.94 6.25 0.02 0.06 6.58 6.68 6.61 K2O 0.00 0.01 0.00 0.00 0.08 0.09 0.09 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.28 Totals 101.08 101.44 101.69 100.91 97.59 98.15 98.11 98.30 97.73 97.94 100.68 100.30 95.09 Oxygens 12 12 12 12 23 23 23 23 12.5 12.5 6 6 11 Si 2.99 2.96 3.00 3.01 7.65 7.66 7.47 7.79 3.01 3.02 2.02 2.01 2.98 Ti 0.01 0.00 0.01 0.00 0.00 0.01 0.02 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Al 2.04 2.08 2.03 2.03 0.99 0.85 1.41 1.97 2.93 2.95 0.43 0.44 3.05 Cr 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.00 0.01 0.01 0.00 0.00 0.01 Fe3+ 0.00 0.01 0.00 0.00 0.12 0.19 0.07 0.04 0.06 0.04 0.00 0.00 0.01 Fe2+ 2.03 2.02 1.98 1.83 0.66 0.67 0.86 0.80 0.03 0.04 0.11 0.12 0.00 Mn 0.04 0.04 0.04 0.02 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Mg 0.35 0.36 0.39 0.47 3.60 3.66 3.18 2.42 0.01 0.00 0.46 0.45 0.01 Ca 0.53 0.52 0.52 0.61 1.39 1.49 1.35 0.35 1.95 1.92 0.52 0.52 0.02 Na 0.00 0.00 0.00 0.00 0.72 0.52 0.79 1.64 0.00 0.01 0.45 0.46 0.82 K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.02 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 Sum 7.99 8.00 7.98 7.97 15.15 15.08 15.18 15.01 7.99 7.99 3.99 4 6.91 Sample H161-29 Mineral Grt Grt Grt Grt Grt Amp Amp Chl Chl Ep Ep Ep Ilm Position S, C S, M L, C L, M L, R in Grt matrix Ps. Grt matrix in Grt matrix matrix in Grt SiO2 37.63 37.78 37.58 37.84 37.90 52.48 51.01 27.44 26.94 38.98 38.32 38.94 0.04 TiO2 0.16 0.13 0.17 0.13 0.16 0.20 0.19 0.00 0.03 0.15 0.09 0.02 51.86 Al2O3 21.34 21.04 21.21 21.34 21.45 6.29 9.79 21.22 21.29 29.57 27.36 32.89 0.17 Cr2O3 0.00 0.04 0.00 0.09 0.14 0.01 0.00 0.19 0.12 0.09 0.10 0.00 0.07 FeOT 24.59 25.55 30.45 31.33 29.03 11.05 11.79 20.24 19.58 5.91 7.65 1.60 40.73 MnO 3.32 1.75 0.19 0.09 0.11 0.17 0.18 0.27 0.20 0.16 0.22 0.02 6.63 MgO 2.04 2.54 2.51 2.17 2.98 14.75 12.94 18.70 18.96 0.10 0.04 0.04 0.09 CaO 10.78 10.76 7.85 7.86 8.08 10.39 9.47 0.03 0.01 22.76 22.84 23.77 0.19 Na2O 0.05 0.09 0.02 0.02 0.00 1.87 2.81 0.31 0.00 0.02 0.00 0.00 0.07 K2O 0.00 0.01 0.02 0.01 0.00 0.03 0.05 0.02 0.02 0.00 0.00 0.00 0.01 Totals 99.91 99.69 100.00 100.88 99.85 97.24 98.23 88.42 87.15 97.73 96.62 97.27 99.86 Oxygens 12 12 12 12 12 23 23 14 14 12.5 12.5 12.5 3 Si 2.98 2.99 2.99 2.99 3.00 7.49 7.23 2.78 2.76 3.01 3.01 2.98 0.00 Ti 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.00 0.00 0.01 0.01 0.00 0.98 Al 1.99 1.96 1.99 1.99 2.00 1.06 1.64 2.54 2.57 2.69 2.53 2.97 0.01 Cr 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.00 0.00 0.02 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 Fe3+ 0.03 0.05 0.02 0.01 0.00 0.15 0.13 0.00 0.00 0.30 0.46 0.03 0.03 Fe2+ 1.60 1.64 2.01 2.06 1.92 1.17 1.27 1.72 1.68 0.08 0.05 0.08 0.83 Mn 0.22 0.12 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.01 0.01 0.00 0.14 Mg 0.24 0.30 0.30 0.26 0.35 3.14 2.73 2.83 2.90 0.01 0.01 0.00 0.00 Ca 0.92 0.91 0.67 0.67 0.69 1.59 1.44 0.00 0.00 1.88 1.92 1.95 0.01 Na 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.52 0.77 0.06 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 K 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Sum 8 8 8 8 7.99 15.15 15.26 9.97 9.95 7.99 7.99 8.02 2 注：矿物成分由北京大学电子探针实验室完成，单位为质量百分含量.型号：JOEL-JXA8100，加速电压15 kV，电流10 nA，束斑2 μm，采用PRZ修正数据；矿物化学式采用AX软件计算；C.核部；M.幔部；R.边部；S.细粒；L.粗粒；Ps.(交代)假象 
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表 2 西南天山超高压变质带中两类石榴角闪岩的全岩成分(%)
Table 2. XRF analytical results of two representative garnet amphibolites from the UHP belt of southwestern Tianshan (%)
Sample No. SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3T CaO MgO K2O Na2O MnO P2O5 LOI Total H713-30 46.17 15.80 1.44 12.78 10.19 10.03 0.11 1.90 0.21 0.09 2.33 101.04 H161-29 47.32 15.22 0.69 10.43 12.00 9.06 0.14 1.90 0.17 0.04 2.26 99.23 注：全铁当作三价铁；LOI.烧失量.
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[1] Ai, Y.L., Zhang, L.F., Li, X.P., et al., 2006.Geochemical Characteristics and Tectonic Implications of HP-UHP Eclogites and Blueschists in Southwestern Tianshan, China.Progress in Natural Science, 16(6):624-632. https://doi.org/10.1080/10020070612330044 [2] Bernini, D., Audétat, A., Dolejš, D., et al., 2013.Zircon Solubility in Aqueous Fluids at High Temperatures and Pressures.Geochimica et Cosmochimica Acta, 119:178-187. https://doi.org/10.1016/j.gca.2013.05.018 [3] Bucher, K., Grapes, R., 2011.Petrogenesis of Metamorphic Rocks.Springer-Verlag, Berlin. [4] Carpenter, M.A., 1980.Mechanisms of Exsolution in Sodic Pyroxenes.Contributions to Mineralogy and Petrology, 71(3):289-300. https://doi.org/10.1007/bf00371671 [5] Chen, B., Zhu, Y.F., Wei, S.N., et al., 2008.Garnet Amphibolite Found in Keramay Ophiolitic Melange, Western Junggar, NW China.Acta Petrologica Sinica, 24(5):1034-1040 (in Chinese with English abstract). http://www.ysxb.ac.cn/ysxb/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20080509 [6] Chen, X.Y., Tong, L.X., Zhang, C.L., et al., 2015.Retrograde Garnet Amphibolite from Eclogite of the Zhejiang Longyou Area:New Evidence of the Caledonian Orogenic Event in the Cathaysia Block.Chinese Science Bulletin, 60(13):1207-1225 (in Chinese with English abstract). doi: 10.1360/N972015-00094 [7] Clarke, G.L., Powell, R., Fitzherbert, J.A., 2006.The Lawsonite Paradox:A Comparison of Field Evidence and Mineral Equilibria Modelling.Journal of Metamorphic Geology, 24(8):715-725. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.2006.00664.x [8] Coggon, R., Holland, T.J.B., 2002.Mixing Properties of Phengitic Micas and Revised Garnet-Phengite Thermobarometers.Journal of Metamorphic Geology, 20(7):683-696. https://doi.org/10.1046/j.1525-1314.2002.00395.x [9] Diener, J.F.A., Powell, R., 2012.Revised Activity-Composition Models for Clinopyroxene and Amphibole.Journal of Metamorphic Geology, 30(2):131-142. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.2011.00959.x [10] Diener, J.F.A., Powell, R., White, R.W., et al., 2007.A New Thermodynamic Model for Clino-and Orthoamphiboles in the System Na2O-CaO-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-O.Journal of Metamorphic Geology, 25(6):631-656. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.2007.00720.x [11] Dong, X.F., Tang, Z.C., Chen, Z.D., et al., 2016.Geochemical Characteristics of the Basic and Magnesian Metamorphic Rocks in Longyou Area, Zhejiang Province and Their Tectonic Setting.Earth Science, 41(8):1322-1333 (in Chinese with English abstract). https://doi.org/10.3799/dqkx.2016.517 [12] Endo, S., Nowak, I., Wallis, S.R., 2013.High-Pressure Garnet Amphibolite from the Funaokayama Unit, Western Kii Peninsula and the Extent of Eclogite Facies Metamorphism in the Sanbagawa Belt.Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 108(4):189-200. https://doi.org/10.2465/jmps.121125 [13] Endo, S., Tsuboi, M., 2013.Petrogenesis and Implications of Jadeite-Bearing Kyanite Eclogite from the Sanbagawa Belt (SW Japan).Journal of Metamorphic Geology, 31(6):647-661. https://doi.org/10.1111/jmg.12038 [14] Evans, B.W., 1990.Phase Relations of Epidote-Blueschists.Lithos, 25(1-3):3-23. https://doi.org/10.1016/0024-4937(90)90003-j [15] Gao, J., Klemd, R., 2003.Formation of HP-LT Rocks and Their Tectonic Implications in the Western Tianshan Orogen, NW China:Geochemical and Age Constraints.Lithos, 66(1-2):1-22. https://doi.org/10.1016/s0024-4937(02)00153-6 [16] Gao, J., Klemd, R., Zhang, L., et al., 1999.P-T Path of High-Pressure/Low-Temperature Rocks and Tectonic Implications in the Western Tianshan Mountains, NW China.Journal of Metamorphic Geology, 17(6):621-636. https://doi.org/10.1046/j.1525-1314.1999.00219.x [17] Green, E., Holland, T.J.B., Powell, R., 2007.An Order-Disorder Model for Omphacitic Pyroxenes in the System Jadeite-Diopsidehedenbergite-Acmite, with Applications to Eclogitic Rocks.American Mineralogist, 92(7):1181-1189. https://doi.org/10.2138/am.2007.2401 [18] Holland, T.J.B., Baker, J.M., Powell, R., 1998.Mixing Properties and Activity-Composition Relationships of Chlorites in the System MgO-FeO-Al2O3-SiO2-H2O.European Journal of Mineralogy, 10(3):395-406. https://doi.org/10.1127/ejm/10/3/0395 [19] Holland, T.J.B., Powell, R., 1998.An Internally Consistent Thermodynamic Data Set for Phases of Petrological Interest.Journal of Metamorphic Geology, 16(3):309-343. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.1998.00140.x [20] Holland, T.J.B., Powell, R., 2011.An Improved and Extended Internally Consistent Thermodynamic Dataset for Phases of Petrological Interest, Involving a New Equation of State for Solids.Journal of Metamorphic Geology, 29(3):333-383. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.2010.00923.x [21] Hoschek, G., 2007.Metamorphic Peak Conditions of Eclogites in the Tauern Window, Eastern Alps, Austria:Thermobarometry of the Assemblage Garnet+Omphacite+Phengite+Kyanite+Quartz.Lithos, 93(1-2):1-16. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2006.03.042 [22] John, T., Klemd, R., Klemme, S., et al., 2011.Nb-Ta Fractionation by Partial Melting at the Titanite-Rutile Transition.Contributions to Mineralogy and Petrology, 161(1):35-45. https://doi.org/10.1007/s00410-010-0520-4 [23] Klemd, R., John, T., Scherer, E.E., et al., 2011.Changes in Dip of Subducted Slabs at Depth:Petrological and Geochronological Evidence from HP-UHP Rocks (Tianshan, NW-China).Earth and Planetary Science Letters, 310(1-2):9-20. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2011.07.022 [24] Krohe, A., 2017.The Franciscan Complex (California, USA)-The Model Case for Return-Flow in a Subduction Channel Put to the Test.Gondwana Research, 45:282-307. https://doi.org/10.1016/j.gr.2017.02.003 [25] Leake, B.E., Woolley, A.R., Arps, C.E.S., et al., 1997.Nomenclature of Amphiboles:Report of the Subcommittee on Amphiboles of the International Mineralogical Association, Commission on New Minerals and Mineral Names.American Mineralogist, 82(2):1019-1037. https://doi.org/10.1127/ejm/9/3/0623 [26] Li, J., Gao, J., Wang, X., 2016.A Subduction Channel Model for Exhumation of Oceanic-Type High-Pressure to Ultrahigh-Pressure Eclogite-Facies Metamorphic Rocks in SW Tianshan, China.Science China Earth Sciences, 59(12):2339-2354. https://doi.org/10.1007/s11430-016-5103-7 [27] Liu, F.L., Xu, Z.Q., Xue, H.M., et al., 2005.Ultrahigh-Pressure Mineral Inclusions Preserved in Zircons Separated from Eclogite and Its Country-Rocks in the Main Drill Hole of Chinese Continental Scientific Drilling Project (0-4 500 m).Acta Petrologica Sinica, 21(2):277-292 (in Chinese with English abstract). http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTotal-YSXB200502003.htm [28] Liu, F.L., Xue, H.M., Liu, P.H., 2009.Genetic Mechanism of Garnet-Bearing Amphibolite in the North Sulu Ultrahigh-Pressure (UHP) Metamorphic Belt.Acta Petrologica Sinica, 25(7):1575-1586 (in Chinese with English abstract). http://www.oalib.com/paper/4874372 [29] Lou, Y.X., Wei, C.J., Liu, X.C., et al., 2013.Metamorphic Evolution of Garnet Amphibolite in the Western Dabieshan Eclogite Belt, Central China:Evidence from Petrography and Phase Equilibria Modeling.Journal of Asian Earth Sciences, 63:130-138. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2012.11.031 [30] Lü, Z., Bucher, K., Zhang, L.F., et al., 2012.The Habutengsu Metapelites and Metagreywackes in Western Tianshan, China:Metamorphic Evolution and Tectonic Implications.Journal of Metamorphic Geology, 30(9):907-926. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.2012.01002.x [31] Lü, Z., Bucher, K., Zhang, L.F., 2013.Omphacite-Bearing Calcite Marble and Associated Coesite-Bearing Pelitic Schist from the Meta-Ophiolitic Belt of Chinese Western Tianshan.Journal of Asian Earth Sciences, 76:37-47. https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2013.07.034 [32] Lü, Z., Zhang, L.F., 2012.Coesite in the Eclogite and Schist of the Atantayi Valley, Southwestern Tianshan, China.Chinese Science Bulletin, 57(13):1467-1472. https://doi.org/10.1007/s11434-012-4979-4 [33] Lü, Z., Zhang, L.F., Du, J., et al., 2008.Coesite Inclusions in Garnet from Eclogitic Rocks in Western Tianshan, Northwest China:Convincing Proof of UHP Metamorphism.American Mineralogist, 93(11-12):1845-1850. https://doi.org/10.2138/am.2008.2800 [34] Lü, Z., Zhang, L.F., Du, J., et al., 2009.Petrology of Coesite-Bearing Eclogite from Habutengsu Valley, Western Tianshan, NW China and Its Tectonometamorphic Implication.Journal of Metamorphic Geology, 27(9):773-787. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.2009.00845.x [35] Lü, Z., Zhang, L.F., Shen, T.T., et al., 2017.Metamorphism and Juxtaposition of Lawsonite-Bearing UHP and HP Slices in the Muzhaerte Cross Section, Western Tianshan, NW China.Journal of Metamorphic Geology, in Review. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0024493717300257 [36] Lü, Z., Zhang, L.F., 2014.New Progress in the Study of UHP Metamorphism of China's Southwestern Tianshan Orogenic Belt.Acta Petrologica et Mineralogica, 33(4):770-778 (in Chinese with English abstract). doi: 10.1007/s11434-013-6074-x.pdf [37] Lü, Z., Zhang, L.F., Qu, J.F., et al., 2007.Petrology and Metamorphic P-T Path of Eclogites from Habutengsu, Southwestern Tianshan, Xinjiang.Acta Petrologica Sinica, 23(7):1617-1626 (in Chinese with English abstract). https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703713003578 [38] Manning, C.E., 1998.Fluid Composition at the Blueschist-Eclogite Transition in the Model System Na2O-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-HCl.Schweizerische Mineralogische and Petrographische Mitteilungen, 78(2):225-242. https://www.researchgate.net/.../247777702_Plate_tectonic_gemstones [39] Maresch, W.V., Grevel, C., Stanek, K.P., et al., 2012.Multiple Growth Mechanisms of Jadeite in Cuban Metabasite.European Journal of Mineralogy, 24(2):217-235. https://doi.org/10.1127/0935-1221/2012/0024-2179 [40] Mattinson, C.G., Zhang, R.Y., Tsujimori, T., et al., 2004.Epidote-Rich Talc-Kyanite-Phengite Eclogites, Sulu Terrane, Eastern China:P-T-fO2 Estimates and the Significance of the Epidote-Talc Assemblage in Eclogite.American Mineralogist, 89(11-12):1772-1783. https://doi.org/10.2138/am-2004-11-1224 [41] Meyer, M., Klemd, R., John, T., 2016.An (in-) Coherent Metamorphic Evolution of High-Peclogites and Their Host Rocks in the Chinese Southwest Tianshan? Journal of Metamorphic Geology, 34(2):121-146. https://doi.org/10.1111/jmg.12175 [42] Miyashiro, A., 1974.Volcanic Rock Series in Island Arcs and Active Continental Margins.American Journal of Science, 274(4):321-355. https://doi.org/10.2475/ajs.274.4.321 [43] Morimoto, N., 1988.Nomenclature of Pyroxenes.Mineralogy and Petrology, 39(1):55-76. https://doi.org/10.1007/BF01226262 [44] Niu, H.C., Shan, Q., Zhang, B., et al., 2009.Discovery of Garnet Amphibolite in Zaheba Ophiolitic Mélange, Eastern Junggar, NW China.Acta Petrologica Sinica, 25(6):1484-1491 (in Chinese with English abstract). doi: 10.1007/s11434-013-5842-y [45] O'Brien, P.J., Rotzler, J., 2003.High-Pressure Granulites:Formation, Recovery of Peak Conditions and Implications for Tectonics.Journal of Metamorphic Geology, 21(1):3-20. https://doi.org/10.1046/j.1525-1314.2003.00420.x [46] Palin, R.M., White, R.W., 2016.Emergence of Blueschists on Earth Linked to Secular Changes in Oceanic Crust Composition.Nature Geoscience, 9(1):60-64. https://doi.org/10.1038/ngeo2605 [47] Powell, R., Holland, T.J.B., Worley, B., 1998.Calculating Phase Diagrams Involving Solid Solutions via Non-Linear Equations, with Examples Using THERMOCALC.Journal of Metamorphic Geology, 16(4):577-588. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.1998.00157.x [48] Spear, F.S., 1993.Metamorphic Phase Equilibira and Pressure-Temperature-Time Paths.Mineralogical Society of America, Chantilly. [49] Stern, C.R., Kilian, R., 1996.Role of the Subducted Slab, Mantle Wedge and Continental Crust in the Generation of Adakites from the Andean Austral Volcanic Zone.Contributions to Mineralogy and Petrology, 123(3):263-281. https://doi.org/10.1007/s004100050155 [50] Tian, Z.L., Wei, C.J., 2013.Metamorphism of Ultrahigh-Pressure Eclogites from the Kebuerte Valley, South Tianshan, NW China:Phase Equilibria and P-T Path.Journal of Metamorphic Geology, 31(3):281-300. https://doi.org/10.1111/jmg.12021 [51] Tsujimori, T., 1997.Omphacite-Diopside Vein in an Omphacitite Block from the Osayama Serpentinite Melange, Sangun-Renge Metamorphic Belt, Southwestern Japan.Mineralogical Magazine, 61(409):845-852. https://doi.org/10.1180/minmag.1997.061.409.07 [52] Tsujimori, T., Ernst, W.G., 2014.Lawsonite Blueschists and Lawsonite Eclogites as Proxies for Palaeo-Subduction Zone Processes:A Review.Journal of Metamorphic Geology, 32(5):437-454. https://doi.org/10.1111/jmg.12057 [53] Wei, C.J., Clarke, G.L., 2011.Calculated Phase Equilibria for MORB Compositions:A Reappraisal of the Metamorphic Evolution of Lawsonite Eclogite.Journal of Metamorphic Geology, 29(9):939-952. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.2011.00948.x [54] Wei, C.J., Powell, R., Zhang, L.F., 2003.Eclogites from the South Tianshan, NW China:Petrological Characteristic and Calculated Mineral Equilibria in the Na2O-CaO-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O System.Journal of Metamorphic Geology, 21(2):163-179. https://doi.org/10.1046/j.1525-1314.2003.00435.x [55] White, R.W., Pomroy, N.E., Powell, R., 2005.An In-Situ Metatexite-Diatexite Transition in Upper Amphibolite Facies Rocks from Broken Hill, Australia.Journal of Metamorphic Geology, 23(7):579-602. https://doi.org/10.1111/j.1525-1314.2005.00597.x [56] Whitney, D.L., Evans, B.W., 2010.Abbreviations for Names of Rock-Forming Minerals.American Mineralogist, 95(1):185-187. https://doi.org/10.2138/am.2010.3371 [57] Xiao, Y., Lavis, S., Niu, Y., et al., 2012.Trace-Element Transport during Subduction-Zone Ultrahigh-Pressure Metamorphism:Evidence from Western Tianshan, China.Geological Society of America Bulletin, 124(7-8):1113-1129. https://doi.org/10.1130/b30523.1 [58] Zack, T., Foley, S.F., Rivers, T., 2002.Equilibrium and Disequilibrium Trace Element Partitioning in Hydrous Eclogites (Trescolmen, Central Alps).Journal of Petrology, 43(10):1947-1974. https://doi.org/10.1093/petrology/43.10.1947 [59] Zhang, L.F., Ai, Y.L., Li, Q., et al., 2005.The Formation and Tectonic Evolution of UHP Metamorphic Belt in Southwestern Tianshan, Xinjiang.Acta Petrologica Sinica, 21(4):1029-1038 (in Chinese with English abstract). http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTOTAL-YSXB200504000.htm [60] 陈博, 朱永峰, 魏少妮, 等, 2008.西准噶尔克拉玛依蛇绿混杂岩中的石榴角闪岩.岩石学报, 24(5):1034-1040. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=ysxb98200805009 [61] 陈相艳, 仝来喜, 张传林, 等, 2015.浙江龙游石榴石角闪岩(退变榴辉岩):华夏加里东期碰撞造山事件的新证据.科学通报, 60(13):1207-1225. http://www.oalib.com/paper/4267633 [62] 董学发, 唐增才, 陈忠大, 等, 2016.浙江龙游地区基性及镁质变质岩的地球化学特征及其构造环境.地球科学, 41(8):1322-1333. http://earth-science.net/WebPage/Article.aspx?id=3340 [63] 刘福来, 许志琴, 薛怀民, 等, 2005.中国大陆科学钻探主孔0~4 500米变质岩石锆石中保存的超高压矿物包体.岩石学报, 21(2):277-292. http://www.oalib.com/paper/4898223 [64] 刘福来, 薛怀民, 刘平华, 2009.北苏鲁超高压变质带中斜长角闪岩的成因.岩石学报, 25(7):1575-1586. http://www.oalib.com/paper/4874372 [65] 吕增, 张立飞, 2014.西南天山造山带超高压变质作用研究新进展.岩石矿物学杂志, 33(4):770-778. http://www.ysxb.ac.cn/ysxb/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=20050499&journal_id=ysxb&year_id=2005 [66] 吕增, 张立飞, 曲军锋, 等, 2007.新疆西南天山哈布腾苏一带榴辉岩的岩石学特征及变质作用P-T轨迹.岩石学报, 23(7):1617-1626. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_ysxb98200707007.aspx [67] 牛贺才, 单强, 张兵, 等, 2009.东准噶尔扎河坝蛇绿混杂岩中的石榴角闪岩.岩石学报, 25(6):1484-1491. https://core.ac.uk/display/71716062 [68] 张立飞, 艾永亮, 李强, 等, 2005.新疆西南天山超高压变质带的形成与演化.岩石学报, 21(4):1029-1038. http://www.ysxb.ac.cn/ysxb/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20050499 期刊类型引用(2)
1. Xin Li，Liang Liu，Xiaoying Liao，Yongsheng Gai，Tuo Ma，Guojian Geng，Tong Li. Metamorphic Evolution of Garnet Amphibolite from the Yaganbuyang Area in the South Altyn Orogen, West China: Insights from Phase Equilibria Modeling and Geochronology. Journal of Earth Science. 2023(03): 640-657 . 
必应学术2. 夏彬，张立飞. 伊犁板块南缘高T/P变质岩系：代表前寒武纪结晶基底还是活动大陆边缘？. 地球科学. 2021(06): 1960-1972 . 
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