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榴辉岩

区域变质岩之一。是变质岩中比重最大的岩石。一般认为它是由基性、超基性岩浆岩在极大的压力条件下变质形成的,而温度条件不限,低温到高温范围内都可形成。主要矿物成分为浅红色石榴子石和绿色绿辉石,多呈中粗粒不等粒变晶结构及块状构造,颜色深。常呈透镜状或小岩体产于片麻岩中。

榴辉岩eclogite是一种变质岩。由区域变质作用形成。主要由绿辉石和富镁的石榴子石组成的高压变质岩。其中绿辉石为含透辉石硬玉等的单斜辉石,石榴子石为含钙的铁镁铝榴石。可含石英蓝晶石尖晶石顽火辉石橄榄石金红石、硬柱石等,有的还含蓝闪石、普通角闪石黝帘石榍石等矿物,但不含斜长石

榴辉岩主要由石榴石和绿辉石组成,二者含量大於80-,石榴石属铁铝榴石一镁铝榴石一钙铝榴石系列,绿辉石系含透辉石、钙铁辉石、硬玉、锥辉石组分的单钭辉石。矿物组合中有少量次要矿物柯石英刚玉金刚石斜方辉石、多硅白云母、蓝晶石、绿帘石斜黝帘石、蓝闪石、角闪石、金红石等。

榴辉岩在岩石学分类上属高压中低温变质岩类,地表出露十分稀少,产状十分复杂,一般在造山带的核部,常常代表古板块的边界。它可成为金伯利岩中的包体,也可在石榴橄榄岩中呈条带产出,榴辉岩可与某些麻粒岩相岩石伴生,也可以在高压变质带中同蓝闪石片岩相伴。

榴辉岩一般为深色,粗粒不等粒变晶结构,块状构造比重较大,呈块状体或层状体产出。常以次要的特征矿物命名,如蓝晶石榴辉岩等。榴辉岩的化学成分玄武岩相似,产状和成因比较复杂。典型的榴辉岩应当是镁铝石榴石绿辉石组合的岩石,榴辉岩显微结构图,粒状变晶结构,放大160倍,绿色为绿辉石,红色为镁铝石榴石。矿物颜色绿辉石呈绿、深绿、浅绿色,镁铝石榴石呈浅红、红、暗红色。呈块状构造,不等粒变晶结构。少量榴辉岩曾经历强烈塑性变形,矿物产生应力下的变晶作用

榴辉岩可作为包体产在金伯利岩中;也可在石榴橄榄岩侵入体中呈条带产出;可与麻粒岩相角闪岩相的岩石伴生;也可在高压变质带蓝片岩中出现。产状的不同,反映了榴辉岩成因的复杂性。关于榴辉岩的成因,主要观点有:榴辉岩是在地幔形成的,是地幔物质在一定深度的结晶产物,或是地幔岩石部分熔融残留体;榴辉岩是玄武岩在大陆地壳深部条件下的变化产物;榴辉岩是在高岩压下,由玄武质岩浆结晶形成;榴辉岩是地壳深部变质作用的产物,压力极高,1.1~1.5Gpa,最高可达3Gpa。温度范围较宽:450~750℃。

有3种产出状态:①呈包裹体产于金伯利岩和层状超基性岩中。②呈夹层状、透镜体产于角闪岩相和麻粒岩相的岩石中。③呈夹层或透镜体产于蓝闪石-硬柱石片岩相岩石中。通常认为它是在极高压条件下形成的岩石,但温度变化范围较大。金伯利岩中的榴辉岩包体波认为是地幔物质的产物。

根据岩相学、矿物成份化学和热力学分析表明,该类榴辉岩记录了6期变质过程,具有“顺时针”的PT演化轨迹。由Ⅰ阶段、Ⅱ阶段至Ⅲ阶段显示了近于等温增压进变质特征,并在Ⅲ阶段压力值最高达到P=2.53 GPa; Ⅳ阶段和Ⅴ阶段则表现为增温降压退变过程,温度在Ⅴ阶段最高达到T=627 ℃;到Ⅵ?阶段则为降温降压过程。该过程暗示了高压板片在俯冲和折返过程中可能处于一个非匀速的状态。推测朱家冲榴辉岩后期增温退变的过程可能是源于受扰动的地温线恢复、超高压榴辉岩退变过程的“散热”以及该类榴辉岩对温度变化极为敏感所致。

榴辉岩和角闪岩进行了地球化学和构造解析,发现榴辉岩的退变质作用强烈局域化,和变形的局域化相一致。非保守元素(K、Rb、Cs和Ba)在这两类榴辉岩中的特征相似。从超高压榴辉岩相、榴辉岩相到角闪岩甚至更低变质相的退变质作用对非保守元素(K, Rb, Cs, Ba等)的影响很小。在榴辉岩退变质作用中,绿辉石石榴石分解形成斜长石+角闪石的矿物组合要求相当量的水。由于上述元素在水溶液中可溶且易迁移,如果退变质过程伴随着大量、弥散性的流体,退变榴辉岩应在这些非保守元素上表现出可观的变化。因此上述特征表明:在退变质过程中,基本上没有外来液体,流体的来源为名誉上无水矿物减压脱水或分解中形成;这些流体只作有限的迁移,溶解于这些流体中的保守元素近原地重新分布。

该研究结果与基于同位素、流体包裹体、岩相学、及榴辉岩的变形构造观测结果一致。来源于名誉上无水矿物减压脱水作用的有限且内部缓冲的流体,可以解释(1)在苏鲁强烈退变质的榴辉岩中,退变质和榴辉岩韧性剪切带为什么高度局域化;(2)为什么即使在强烈退变质域还保存有颗粒极大的磷灰石

上述推断的流体存在的形式与规模,有助于理解苏鲁超高压榴辉岩的变形特征。在CCSD主孔和地表榴辉岩中,韧性变形通常表现为高度区域化,往往与高度退变质域相吻合。这种关系也说明流体的高度局域化,成管道流的形式出现,不仅是促进剪切变形,而且是促进榴辉岩局部退变质的主要因素。

中国大陆科学钻探主孔位于大别苏鲁这条典型的超高压变质带上,孔内0-2000m的岩心中,各种榴辉岩占到50-以上。榴辉岩大多经历了不同程度的退变质。依据榴辉岩中主要矿物绿辉石石榴石的退变质程度,0-2000m榴辉岩的退变质过程可分为2个大阶段,4个亚阶段:第一大阶段(又分为轻微退变质、部分退变质)、第二大阶段(又分为退变质和强退变质)。总的退变质趋势是:石榴石逐渐被韭角闪石黑云母+绿帘石替代;绿辉石逐渐被角闪石+钠长石后成合晶替代,硬玉(Jd)含量逐渐减少,并部分转化为霓辉石。榴辉岩在退变质过程中所经历的温压条件为:峰期变质温度为697-831℃,压力3.0Gpa左右;部分退变质阶段温度为629-776℃,压力1.2-1.6Gpa;退变质阶段温度为550-650℃,压力0.5-0.7Gpa;强退变质阶段温度为300~400℃,压力0.30-0.35Gpa。综合岩石、矿物及形成温压条件等特征,推断榴辉岩的折返过程经历了两个大阶段:第一大阶段是近等温降压的快速折返(榴辉岩在此期间经历了第一大阶段的退变质),第二大阶段是降温降压的缓慢抬升(榴辉岩继而经历了第二大阶段的退变质)。绿辉石的完全退变质,既是划分榴辉岩两大退变质阶段的标志,同时也是区分两大折返阶段的标志。

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