苏鲁造山带威海地区石榴角闪岩中“环状”石榴子石的成因

摘要

发育特征结构的石榴子石是研究俯冲带矿物演化和元素迁移的理想对象.本文首次报道苏鲁造山带东北端威海地区出露的含“环状”石榴子石的石榴角闪岩,并对其开展了详细的岩相学、矿物化学、锆石SHRIMP U-Pb年代学和变质作用研究.X射线主元素扫面显示,“环状”石榴子石经历了3个阶段生长:最高Ca部分的成核阶段、相对低Ca部分的扩展阶段和最低Ca部分的快速塑形阶段,分别对应M1、M2和M3阶段变质作用,相应的矿物组合为石榴子石高Ca环核部及其矿物包裹体(如角闪石+富Na斜长石+金红石+绿帘石+磷灰石)、石榴子石低Ca环内边及其后成合晶矿物(如角闪石+富Ca斜长石边部+钛铁矿±金红石±磷灰石)和最低Ca石榴子石环外边±角闪石±钛铁矿,未发现超高压变质矿物或假象.传统地质温压计估算出M1和M2阶段的变质P-T条件分别为620～740°C/6.8～10.4kbar和705 ～ 775°C/5.3 ～7.1kbar,而M3阶段可能发生于温度稍高和压力稍低的P-T范围.其中M1至M2阶段,发生的变质反应主要为角闪石+绿帘石+富Na斜长石→石榴子石+角闪石+富Ca斜长石,随着反应物绿帘石、斜长石和角闪石被消耗,石榴子石Ca逐渐降低,Mg有所升高或变化不明显;M2至M3阶段,变质反应物绿帘石和斜长石几乎被消耗完全,主要消耗角闪石中的Mg、Fe和重稀土元素(HREE),使其形成“钟形”稀土配分模式,而使M3阶段生长的石榴子石环边极度贫Ca、富Mg和Fe,且HREE含量升高.变质锆石U-Pb定年结果为232.9±2.2Ma,代表该样品受到三叠纪陆-陆俯冲碰撞过程的强烈响应.此外,M3阶段是形成石榴子石“环形”结构的重要阶段,可能受变质温度、粒间流体和俯冲带外部流体渗透作用共同影响,加快元素在石榴子石中的迁入和迁出,且外部流体可为石榴子石快速生长提供充足的Mg和HREE.综上所述,“环状”石榴子石记录了相对完整的生长过程,整体形成于角闪岩相变质条件,为非超高压变质产物.