石榴石與碰撞造山

石榴石與碰撞造山

在中-高級變泥巖中，石榴石是巖漿巖的常見主要成因，mno含量的增加是促進石榴石形成和穩(wěn)定的主要因素（symmaedferry，1992）。在貧MnO的變泥質(zhì)巖系統(tǒng)中,只有在那些具有高Fe/Mg比的巖石中才出現(xiàn)石榴石(SymmesandFerry,1992)。石榴石也以副礦物的形式出現(xiàn)在花崗巖或混合巖的淡色體中,通常具有高MnO的特征(Hall,1965;Warren,1970;CawthornandBrown,1976;Green,1976,1977;Abbott,1981;AllanandClarke,1981;MillerandStoddard,1981;DuBray,1988;Stevensetal.,2007;Villarosetal.,2009),但其成因及蘊含的巖石學(xué)和地球化學(xué)意義認識較薄弱,存在許多爭議。早期研究認為花崗巖中出現(xiàn)石榴石是由于這些花崗巖具有較高的MnO(Hall,1965)。但許多含石榴石花崗巖的MnO含量并不高,常常非常低(~0.1%),與許多不含石榴石花崗巖的濃度相當(dāng),這顯然與早期認識相悖。雖然對花崗巖中石榴石的礦物化學(xué)特征研究有限,主要依據(jù)花崗巖中石榴石的主量元素特征,不同學(xué)者提出了以下模型來解釋花崗巖中石榴石的成因:(1)圍巖(尤其是變泥質(zhì)巖)混染(Warren,1970;AllanandClarke,1981),即在花崗巖巖漿侵位過程中,捕獲圍巖中的石榴石;(2)花崗質(zhì)巖漿在高壓條件下(>7kbar)結(jié)晶形成的斑晶(Green,1976,1977),認為花崗巖的石榴石可指示巖漿的形成深度;(3)在中-低壓條件下,從過鋁質(zhì)巖漿中結(jié)晶形成(CawthornandBrown,1976;AllanandClarke,1981);(4)在巖漿演化后期,貧Mn礦物(如石英和長石)的分離結(jié)晶作用,導(dǎo)致巖漿的Mn升高,促使石榴石形成(Abbott,1981;MillerandStoddard,1981);或(5)在變泥質(zhì)巖部分熔融過程中,尤其是在黑云母脫水部分熔融作用下,熔體捕獲轉(zhuǎn)熔作用形成的石榴石(Zengetal.,2005;Stevensetal.,2007;曾令森等,2008;Villarosetal.,2009)。從本質(zhì)上來說,上述模型可分為三類,混染型、巖漿型和轉(zhuǎn)熔型,各自形成的石榴石應(yīng)在礦物化學(xué)特征上表現(xiàn)出較明顯的差異。模型-1(混染型)所形成的石榴石應(yīng)表現(xiàn)出圍巖石榴石(變質(zhì)作用形成的石榴石)的特征,與花崗巖本身的關(guān)系較弱,但可能經(jīng)歷一定程度的石榴石-熔體的反應(yīng)。模型-2,-3和-4(巖漿型)都與花崗巖的結(jié)晶作用相關(guān),都應(yīng)該是巖漿型石榴石,反映了花崗巖本身所經(jīng)歷的巖漿演化過程,與圍巖或源巖中石榴石相比,該類石榴石具有獨特的礦物化學(xué)(化學(xué)成分環(huán)帶、微量和稀土元素地球化學(xué))特征。模型-5(轉(zhuǎn)熔型)則預(yù)示著花崗巖中的石榴石具有熔體與源巖的混合特征,該類石榴石可能影響淡色花崗巖的元素和Nd同位素地球化學(xué)特征(Stevensetal.,2007;Zengetal.,2012)。已有的研究結(jié)果已揭示了巖漿型石榴石普遍具有高Mn和高Zn,及Mn含量向邊部遞減的成分環(huán)帶等特征。由于多數(shù)S-型花崗巖的源巖是變泥質(zhì)巖,淡色花崗巖中的石榴石是否與變泥質(zhì)巖內(nèi)的石榴石存在礦物學(xué)或地球化學(xué)上的聯(lián)系是有待深入探討的問題。另外,在花崗巖中,石榴石和鋯石都是HREE和Y的重要賦存礦物,同時石榴石還是Sc和Zn的重要賦存礦物。因此揭示花崗巖中石榴石的微量元素地球化學(xué)特征,是探討花崗巖中HREE、Y、Sc和Zn等微量元素地球化學(xué)行為的關(guān)鍵,是理解地殼部分熔融過程中副礦物作用的探針(SpearandKohn,1996),是分析相平衡和地殼中深熔作用動力學(xué)過程的有力工具(HiroiandEllis,1994)。印度板塊和歐亞大陸在新生代發(fā)生碰撞作用,形成了喜馬拉雅造山帶,是世界上碰撞造山帶的典例(Burgetal.,1984;Hodgesetal.,1992;Hodges,2000;Beaumontetal.,2001;許志琴等,2005)。在喜馬拉雅碰撞造山帶的構(gòu)造演化過程中,中-下地殼巖石普遍經(jīng)歷了多期次的高級變質(zhì)作用和部分熔融事件(Dingetal.,2005;Aikmanetal.,2008;Yangetal.,2009;Zengetal.,2009,2011a,2012;高利娥等,2009,2010;Gaoetal.,2012),形成了各種類型的變質(zhì)巖、花崗巖和混合巖。在眾多變質(zhì)巖中,石榴石是主要造巖礦物;在淡色花崗巖和淡色體中,石榴石是常見的副礦物,保存了造山帶演化過程的重要信息。通過詳細研究花崗巖中石榴石的地球化學(xué)成分特征,可以探討其在地殼深熔作用中的礦物響應(yīng)。我們以喜馬拉雅造山帶內(nèi)雅拉香波、珠峰、定結(jié)和亞東地區(qū)的新生代花崗巖中的石榴石為研究對象,開展了詳細的、系統(tǒng)的巖相學(xué)分析、主量元素和微量元素測試,來探討新生代花崗巖中石榴石的地球化學(xué)特征和形成過程,從而限定石榴石在地殼深熔作用中的意義,刻畫在喜馬拉雅造山帶中部分熔融作用的演化過程。1北樹立的北實行雅拉香波實踐喜馬拉雅造山帶呈E-W向弧形展布(圖1),長2500km,寬300~500km,北側(cè)以雅魯藏布江縫合帶(YTS)與拉薩地體南部的岡底斯活動陸緣增生帶為鄰,南側(cè)以喜馬拉雅主前緣逆沖斷層(MFT)與印度克拉通為界(許志琴等,2008)。喜馬拉雅構(gòu)造帶由印度陸塊邊緣的前寒武紀(jì)變質(zhì)基底,特提斯沉積巖以及侵入其中的新生代花崗巖組成。自北向南依次劃分為4個構(gòu)造單元:北喜馬拉雅片麻巖穹窿(NHGD,也稱特提斯喜馬拉雅帶)、高喜馬拉雅結(jié)晶巖系(HHCS)、低喜馬拉雅巖系(LHS)和次喜馬拉雅巖系(SHS)。它們之間的界限分別為藏南拆離系(STDS)、主中央逆沖斷層(MCT)、主邊界逆沖斷層(MBT)(圖1)。在喜馬拉雅碰撞造山帶演化過程中,在演化的不同階段,中下地殼巖石發(fā)生了不同類型的高級變質(zhì)和部分熔融作用,形成了各種各樣的高級變質(zhì)巖、花崗巖和混合巖,主要分布于近平行的高喜馬拉雅結(jié)晶巖系(HHCS)和北喜馬拉雅穹隆(NHGD)內(nèi)(圖1)。在地質(zhì)產(chǎn)狀、形成時間、地球化學(xué)特征和形成機制等方面,這兩條帶內(nèi)的花崗巖顯示明顯的差異性(LeFort,1981;Debonetal.,1986;Sch?reretal.,1986;Denieletal.,1987;Harrisonetal.,1987;LeFortetal.,1987;IngerandHarris,1993;GuillotandLeFort,1995;Searleetal.,1997;Harrisonetal.,1999;Yangetal.,2002;Zhangetal.,2004a,b;Aoyaetal.,2005;SearleandSzulc,2005;Zengetal.,2011a;Kingetal.,2011)。北喜馬拉雅穹窿內(nèi),沿東西向斷續(xù)分布著一系列穹窿,不同的穹窿在細節(jié)上稍有差別,但總體上顯示了相似的特征,核部由高級變質(zhì)巖和侵入其中的花崗巖組成,邊部為淺變質(zhì)或未變質(zhì)的特提斯沉積巖系,兩者之間被韌性拆離斷層分割?？惮旕妨暮瞬炕◢弾r形成于早古生代(566~507Ma)(Sch?reretal.,1986;Leeetal.,2000;Cawoodetal.,2007;Quigleyetal.,2008),和普蘭納木那尼穹窿的核部片麻巖為親低喜馬拉雅巖系(Murphy,2007),其余穹窿中的花崗巖的形成時間為新生代(44~10Ma)(Sch?reretal.,1986;Harrisonetal.,1987;Zhangetal.,2004b;Aoyaetal.,2005;LeeandWhitehouse,2007;Aikmanetal.,2008;Kingetal.,2011;Zengetal.,2011a),高級片麻巖具有與高喜馬拉雅結(jié)晶巖相似的礦物組成和地球化學(xué)特征,被認為是高喜馬拉雅巖系折返過程中侵入到特提斯沉積巖中。在高喜馬拉雅帶中,含有大量的不同類型的變質(zhì)巖,新生代花崗巖(37~10Ma)直接侵入到高喜馬拉雅結(jié)晶巖系中。雅拉香波穹窿位于北喜馬拉雅穹窿的最東端,自核部向邊部依次由高級變質(zhì)巖系、中級變質(zhì)巖系和沉積巖系3個巖石單元及侵入其中的花崗巖體組成,各巖石單元之間為韌性或脆韌性拆離斷層環(huán)繞穹隆分布(張進江等,2007)。高級變質(zhì)巖包括記錄了約47.6Ma角閃巖相變質(zhì)作用的眼球狀花崗片麻巖(高利娥等,2011)、含石榴石和夕線石的泥質(zhì)片麻巖、45.0Ma的變質(zhì)作用形成的石榴角閃巖(Gaoetal.,2012)、石榴輝石巖等;中級變質(zhì)巖由石榴石二云母片巖、石榴石二云母石英片巖、石榴石石墨片巖等組成。在雅拉香波穹窿及其周緣地區(qū),廣泛發(fā)育不同類型的花崗巖,包括形成于約43~44Ma、具有高Sr/Y和Na/K比的三個二云母花崗巖體(Aikmanetal.,2008;戚學(xué)祥等,2008;Zengetal.,2011a),巖脈狀侵入到片巖中的35.3±1.1Ma淡色花崗巖(曾令森等,2009),和形成于17.7~20.0Ma具有高Sr/Y比的花崗斑巖和較大型淡色花崗巖巖體(高利娥,2010;Zengetal.,2011b)。珠峰、定結(jié)和亞東都位于高喜馬拉雅帶中。珠峰地區(qū)主要為呈巖席或巖墻狀產(chǎn)出的中新世淡色花崗巖侵入到高喜馬拉雅結(jié)晶巖系內(nèi)。淡色花崗巖具有多期次形成的特征,即20.8±0.8Ma、16.7±0.4Ma、15.2±0.2Ma、12.6±0.2Ma(Cottleetal.,2009)。高喜馬拉雅結(jié)晶巖系主要由角閃巖相-麻粒巖相的泥質(zhì)片麻巖、眼球狀花崗質(zhì)片麻巖、鈣質(zhì)硅酸巖、大理巖及石榴輝石巖組成,珠峰地區(qū)的變質(zhì)巖記錄了38.9~16.1Ma長達約20Ma的變質(zhì)作用(Cottleetal.,2009)。定結(jié)地區(qū)位于高喜馬拉雅中段明顯向北突出的構(gòu)造部位,兩側(cè)分別為定結(jié)正斷層和日瑪那正斷層,這兩條南北向正斷層切斷北側(cè)緊鄰的STDS。主要由角閃巖相-麻粒巖相的變泥質(zhì)巖、花崗質(zhì)片麻巖、變基性巖(石榴角閃巖、石榴輝石巖、榴輝巖),以及大規(guī)模淡色花崗巖組成。已有研究表明,定結(jié)地區(qū)的變質(zhì)巖主要經(jīng)歷了4階段的變質(zhì)作用:榴輝巖相-早期麻粒巖相-晚期麻粒巖相-退變質(zhì)角閃巖相(Liuetal,2005;Groppoetal.,2007;Corrieetal.,2010)。退變質(zhì)榴輝巖中鋯石年齡為17.6±0.3Ma(LombardoandRolfo,2000;Lietal.,2003),花崗片麻巖中退變質(zhì)年齡為22.2±1.4Ma(于俊杰等,2011)。淡色花崗巖具有21.0±0.7Ma和15.8±0.1Ma兩期巖漿結(jié)晶年齡(于俊杰等,2011)。亞東淡色花崗巖位于藏南拆離系和亞東裂谷的交接部位,圍巖主要是前寒武紀(jì)副變質(zhì)巖,屬于高喜馬拉雅結(jié)晶巖系的一部分。該地區(qū)的花崗巖包括兩類,含黑云母和含電氣石淡色花崗巖。樣品T0394-20是淡色花崗巖,采自于雅拉香波穹窿。樣品T0448-12A采自于定結(jié)日瑪那穹窿,為混合巖化泥質(zhì)片麻巖中的淡色體。樣品TZF-1采自于珠峰地區(qū)大本營附近,為侵入到大理巖和泥質(zhì)片麻巖中的含電氣石淡色花崗巖。樣品T0512-7采自于亞東,為含黑云母淡色花崗巖,侵入到泥質(zhì)片麻巖中(圖1)。從巖相學(xué)特征來看(圖2),這些淡色花崗巖具有相似的結(jié)構(gòu),但在組成礦物上具有明顯的差異。樣品T0394-20由石英、斜長石、鉀長石和少量的石榴石、夕線石組成(圖2a)。樣品TZF-1除了石英、斜長石、鉀長石和白云母外(圖2b),含有少量的自型且具有明顯生長環(huán)帶的電氣石,粒度達1mm;而T0512-7中含有少量的黑云母。淡色體T0448-12A含約10%的夕線石(圖2d),可能是白云母脫水熔融的產(chǎn)物。從石榴石的形態(tài)來看,淡色花崗巖中的石榴石都為自形-半自形,六邊形或橢圓形,幾乎不含包裹體(圖2a-c),粒度約為200~600μm;相反地,淡色體中的石榴石含有一定量的包裹體,他形,邊部呈現(xiàn)與溶蝕相關(guān)的港灣狀結(jié)構(gòu)(圖2d),與暗色體中的石榴石相似。2數(shù)據(jù)分析結(jié)果石榴石主量元素的成分測試在北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院造山帶與成礦作用重點實驗室的JEOL-JXA-8800型電子探針儀上進行,加速電壓為15kV;電子束1×10-8A,電子束斑1μm。石榴石單礦物電子探針分析結(jié)果見表1。石榴石微區(qū)原位微量元素分析在國土資源部國家地質(zhì)測試分析研究中心進行。所用儀器為FinniganELEMENT2ICP-MS。激光剝蝕系統(tǒng)為新浪UP-213nm激光器。分析采用的激光剝蝕孔徑為44μm,激光脈沖為10Hz,能量為90mJ。詳細的分析方法和流程同胡明月等(2008)。數(shù)據(jù)處理過程中選擇Ca作為內(nèi)標(biāo)元素,國際標(biāo)準(zhǔn)玻璃NIST610用于外標(biāo)校正。絕大部分微量元素分析的準(zhǔn)確度優(yōu)于10%,Be,P,Ni,Zn,Ga和Yb的準(zhǔn)確度優(yōu)于20%。石榴石單礦物L(fēng)A-ICP-MS分析結(jié)果見表2。3地球化學(xué)組成為了限定這些石榴石的化學(xué)成分變化特征,分別從淡色花崗巖T0394-20、TZF-1、T0512-7和淡色體T0448-12A中選擇了3~4顆粒度較大、具有代表性石榴石為研究對象,確定它們的主量元素和微量元素地球化學(xué)組成。測試結(jié)果表明,在同一件樣品中,不同石榴石表現(xiàn)出相似的地球化學(xué)特征。在下述討論中,限于篇幅和為了討論的簡潔,在每一件樣品中選擇1顆石榴石,闡述它們的礦物化學(xué)組成,厘定它們之間的共性和差異性,探討蘊含的巖石學(xué)和地球化學(xué)意義。主要結(jié)果見表1、表2。3.1石榴的地球化學(xué)特征3.1.1巖石巖漿起源和成分變化從測試結(jié)果來看,來自淡色花崗巖的3顆石榴石具有一致的主量元素組成特征,淡色體中的石榴石具有明顯不同的成分特征(圖3)。與淡色花崗巖中的石榴石相比,淡色體中的石榴石明顯貧Fe,但富Mg。在淡色花崗巖中,石榴石的FeO較高,但MgO較低,分別為30.0%~36.3%和<1.5%;在淡色體中,石榴石的FeO明顯降低(<29.0%)但MgO顯著升高(4.4%~5.8%)。但在所有石榴石中,Mn和Ca濃度相差不大,分別為5.7%~10.6%和0.4%~1.5%。在淡色花崗巖和淡色體中,石榴石的端元組成分別為Alm69-81Grs0-5Prp2-5Spe13-25和Alm62-65Grs2-4Prp18-20Spe14-16。從端元成分剖面圖來看(圖4),淡色花崗巖中的石榴石顯示了明顯的成分環(huán)帶,而淡色體中的石榴石無環(huán)帶。在雅拉香波淡色花崗巖T0394-20中,從核部到邊部,石榴石的鐵鋁榴石組分(Alm)升高,錳鋁榴石組分(Spe)降低,兩者之間呈鏡像關(guān)系,鎂鋁榴石組分(Prp)略升高,顯示了典型的生長環(huán)帶的特征(圖4a)。在珠峰淡色花崗巖TZF-1中,從核部到邊部,石榴石的Alm先升高后降低,Spe先降低后略升高,Prp變化不明顯。石榴石中的Alm和Spe組分也呈鏡像關(guān)系。但與樣品T0394-20中的石榴石相比,該樣品中的石榴石粒度普遍較大,記錄了更加豐富的“振蕩型”生長過程的信息(圖4b)。在亞東淡色花崗巖T0512-7中,石榴石粒度較小,從核部到邊部,Spe和Grs升高,Alm和Prp降低(圖4c),記錄了與前兩件樣品不一樣的巖漿演化過程。有趣的是,在定結(jié)地區(qū)淡色體T0448-12A中,從核部到邊部,Alm和Prp呈鋸齒狀變化,但兩者之間呈鏡像關(guān)系,而Grs和Spe變化幅度較小且無規(guī)律(圖4d),與許多變泥質(zhì)巖中的石榴石成分環(huán)帶類似,為淡色體在熔體分離中攜帶的源巖變質(zhì)成因的石榴石。3.1.2石榴石地球化學(xué)特征為了查明這兩類石榴石微量元素特征的差異,使用LA-ICP-MS對典型石榴石進行了微量元素成分剖面的原位測試(表2)。雖然通過顯微照片和BSE圖像等觀察,在測試中,盡量地避開含包裹體區(qū)域,進行原位LA-ICP-MS測試,但個別點還是可能包含微米級包裹體,因此,首先對數(shù)據(jù)進行了細致的分析,鑒別出明顯影響石榴石的REE、Zr、Hf、Y等元素的包裹體,再分析石榴石的有效微量元素地球化學(xué)特征。測試結(jié)果表明:與主量元素一樣,這兩類石榴石的微量元素特征顯著不同。這兩類石榴石都富集HREE、Y、Zn和Sc,而虧損LREE,V,Zr和Hf(表2)。與淡色花崗巖中石榴石的Y(359×10-6~3532×10-6),Zn(152×10-6~321×10-6)和Sc(35×10-6~216×10-6)的濃度相比,淡色體中石榴石的Y(<261×10-6)和Sc(<56×10-6)含量明顯降低,而Zn(>280×10-6)含量增加(圖5)。在3件淡色花崗巖中,與主量元素一樣,石榴石的微量元素也具有一定的差別。T0394-20含有最高的Y(>2375×10-6)和Sc(>286×10-6),TZF-1中Y(<1248×10-6)最低,在T0512-7中,從核部到邊部,石榴石的Y含量逐漸從3002×10-6降低到315×10-6,Sc從36×10-6升高到193×10-6,Zn最低(<164×10-6)。淡色花崗巖中石榴石的Lu/Hf比值(77~7084)高度變化,大大高于淡色體中相應(yīng)的值(<26)。在兩類石榴石中,Zr/Hf比值(12~76)無明顯區(qū)別。3.1.3石榴石hree從稀土元素特征來看(表2、圖6),這兩類石榴石也表現(xiàn)出不一致的特征,都虧損輕稀土(LREE),Eu為明顯的負異常(Eu/Eu*<0.02),但淡色花崗巖中的石榴石富集重稀土(HREE),稀土元素總量為201×10-6~1854×10-6,而淡色體中的石榴石略虧損HREE,稀土元素總量小于158×10-6。在T0512-7中,從核部到邊部,和Y的特征一樣,石榴石的ΣREE逐漸從1410×10-6降低到201×10-6。在淡色花崗巖中,從核部到邊部,石榴石的HREE含量降低(圖6b,c)。而淡色體中的石榴石表現(xiàn)出相反的特征(圖6d),重稀土元素配分曲線從下滑轉(zhuǎn)到平坦。在(Gd/Yb)N-Y/Yb圖解上(圖7),所有石榴石都顯示(Gd/Yb)N與Y/Yb為正相關(guān)關(guān)系,但淡色花崗巖(趨勢A)和淡色體(趨勢B)中的石榴石具有不同的相關(guān)關(guān)系。3.2稀土元素和微量元素這四件淡色花崗巖在主量元素組成上變化較小(表3),SiO2和Al2O3含量較高,SiO2含量在67.7%~75.4%之間,Al2O3大于14.0%,樣品中A/CNK比值都大于1.0,顯示過鋁質(zhì)的特征;TiO2、FeO、MgO、MnO和CaO含量較低,MnO含量小于0.1%。在微量元素組成上,富Rb、Ba、Sr和Zr,含有少量的Zn(5×10-6~105×10-6)、Sc(0.3×10-6~1.9×10-6)和Y(3.3×10-6~51.3×10-6)。Nb/Ta和Zr/Hf比值分別為3.3~7.6和15.4~30.4,明顯小于球粒隕石的相應(yīng)比值(Na/Ta=19.9和Zr/Hf=35~40)。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖上(圖8),這些花崗巖顯示了不一致的特征。T0394-20、T0512-7和TZF-1稍富輕稀土,Eu為負異常(Eu/Eu*<0.4),重稀土接近平坦(TZF-1略富集重稀土)。T0448-12A富集輕稀土,虧損重稀土,Eu無異常。4巖漿形成機制上述數(shù)據(jù)已揭示出不同淡色花崗巖中,石榴石在巖相學(xué)形態(tài)和元素地球化學(xué)特征上的共性和差異。在淡色花崗巖中,石榴石具有相似的形態(tài),即石榴石為半自形到自形(圖2a-c),六邊形或橢圓形,幾乎不含有包裹體;但日瑪那穹窿泥質(zhì)混合巖中淡色體T0448-12A的石榴石為他形,邊部被溶蝕成港灣狀,含有一定量的包裹體(圖2d)。從地球化學(xué)特征來看,來自不同地區(qū)的淡色花崗巖中石榴石具有一致的主量元素成分,富Fe和Mn,而淡色體中的石榴石相對明顯貧Fe而富Mg(圖3)。在主量元素成分剖面中,淡色花崗巖中大部分石榴石都具有類似“振蕩型”生長環(huán)帶的特征(圖4a,b),反應(yīng)了復(fù)雜的巖漿演化過程。而淡色體中石榴石的主量元素呈鋸齒狀變化(圖4d),與許多變泥質(zhì)巖中的石榴石成分環(huán)帶類似,為淡色體在熔體分離中攜帶的源巖變質(zhì)成因的石榴石。從微量元素特征來看,這兩類石榴石都富集HREE、Y、Zn和Sc,而虧損LREE,V,Zr和Hf,但含量稍有區(qū)別。與淡色體相比,淡色花崗巖中石榴石更富Y和Sc,而貧Zn(圖5)。在稀土元素配分圖上(圖6),Eu都顯示明顯的負異常,從核部到邊部,淡色花崗巖中石榴石HREE含量降低(圖6b,c),而淡色體中石榴石HREE含量升高(圖6d)。在(Gd/Yb)N-Y/Yb圖解上(圖7),淡色花崗巖和淡色體中的石榴石也顯示了不一致的相關(guān)性。從以上這些特征可以把喜馬拉雅造山帶內(nèi)新生代花崗巖中的石榴石分為兩類。在地殼條件下,變泥質(zhì)巖的脫水部分熔融是形成花崗質(zhì)巖漿的重要機制(Brown,2007)。所形成花崗質(zhì)巖漿的尺度包括從混合巖中的亞厘米級到花崗巖巖基的公里級(Stevensetal.,2007),跨越近6個數(shù)量級。石榴石作為變泥質(zhì)巖的主要造巖礦物,難熔且易于保留復(fù)雜的化學(xué)成分環(huán)帶(主量元素和微量元素)和不同類型的流體或礦物包裹體,記錄了控制石榴石結(jié)晶的變質(zhì)反應(yīng)的關(guān)鍵信息(ChernoffandCarlson,1999),是反演變質(zhì)反應(yīng)P-T條件的重要指示礦物(Gangulyetal.,2000;Leeetal.,2000;Kohn,2003;Pandeyetal.,2010),易被熔體攜帶且發(fā)生反應(yīng),稱為混染型石榴石;在一定條件下,石榴石可以從部分熔融產(chǎn)生的花崗質(zhì)熔體中結(jié)晶,形成巖漿型石榴石,以副礦物的形式賦存在花崗巖中,記錄了部分熔融演化過程中元素地球化學(xué)行為的重要信息(CawthornandBrown,1976;Green,1976,1977;Abbott,1981;AllanandClarke,1981;MillerandStoddard,1981;DuBray,1988;SpearandKohn,1996;Stevensetal.,2007;Villarosetal.,2009)。在喜馬拉雅造山帶的演化過程中,中新世俯沖板片快速折返,引起了變泥質(zhì)巖的減壓脫水熔融作用,形成了分布面積廣泛的淡色花崗巖和混合巖(Harrisonetal.,1987;BretonandThompson,1988;HarrisandMassey,1994;GuillotandLeFort,1995;Harrisetal.,1995;Ayresetal.,1997;Pati?oDouceandHarris,1998;KneselandDavidson,2002;Yangetal.,2002;Zhangetal,2004a)。在熔體的遷移過程中,可能會捕獲源巖中的部分難熔礦物,如變質(zhì)石榴石,同時生成的熔體在冷卻過程中可以結(jié)晶形成新的巖漿型石榴石,這兩類石榴石具有不同的形態(tài)和地球化學(xué)特征,鑒定它們兩者之間的差異是反演部分熔融動力學(xué)過程的重要探針。巖漿型石榴石直接從熔體中結(jié)晶生成,具有較好的晶形,同時,由于稀土元素是不相容元素,在部分熔融過程中傾向于進入熔體,則巖漿型石榴石富集重稀土元素,由于斜長石同時結(jié)晶,會使石榴石高度虧損Eu元素?；烊拘褪袷侨垠w從源巖中攜帶進入,石榴石容易受到熔體的交代溶蝕作用,形態(tài)和元素地球化學(xué)特征會發(fā)生改變。通過研究對比,認為這三顆淡色花崗巖中的石榴石屬于巖漿型石榴石,而淡色體中的石榴石屬于混染型石榴石。在圖3中,總結(jié)了喜馬拉雅造山帶內(nèi)泥質(zhì)片麻巖和基性巖中石榴石的端元成分。在三元圖解Alm-Grs-Spe和Alm-Grs-Prp中,淡色體中的石榴石落入變泥質(zhì)巖區(qū)域內(nèi)。進一步確定淡色體中的石榴石是從源巖泥質(zhì)片麻巖中捕獲的。當(dāng)與周圍礦物組合平衡時,影響石榴石的微量元素地球化學(xué)特征的因素有:(1)母巖的有效總體成分,和(2)石榴石與基質(zhì)礦物之間的元素總體配分系數(shù)。在石榴石微量元素剖面中,平滑變化的元素可能代表著封閉系統(tǒng)下的平衡配分行為。大量研究都表明流體/熔體的交代作用是引起眾多地質(zhì)樣品的元素地球化學(xué)特征異常的主要因素之一,如富含微量元素的礦物的分解/結(jié)晶、外來富含微量元素的特殊流體的作用,都可能是引起石榴石中微量元素突然變化的關(guān)鍵因素。在淡色花崗巖TZF-1和T0512-7中,從核部到邊部,HREE和Y濃度降低(圖6b,c),表明體系在薄片尺度下不再處于封閉狀態(tài),富含HREE和Y的礦物開始結(jié)晶(如鋯石),體系中稀土元素濃度急劇降低,石榴石結(jié)晶所得到的HREE減少。同時,在花崗巖T0512-7中隨著HREE和Y濃度的急劇降低,Hf濃度也同步下降,進一步證明鋯石開始結(jié)晶,并且導(dǎo)致Lu/Hf比值高度變化(表2)。在淡色體T0448-12A中,從核部到邊部,HREE從虧損變?yōu)槠街?圖6d)。是由于石榴石核部為繼承的源巖中變質(zhì)石榴石,而邊部是繼承性石榴石與熔體反應(yīng)的結(jié)果,顯現(xiàn)了熔體的特征。與變泥質(zhì)巖中典型的變質(zhì)石榴石相比(圖5),花崗巖中的巖漿型石榴石明顯富Zn(圖5a)和Mn(圖3),稍微富HREE和Y(圖5a,b),Sc變化不大(圖5c)。Zn的地球化學(xué)研究表明:在角閃巖相的變泥質(zhì)巖中Zn強烈富集于十字石中(Albee,1972;GriffenandRibbe,1972),在變質(zhì)反應(yīng)過程中Zn是惰性元素,不易活動(Tuiskuetal.,1987);在沉積巖中,Zn富集于綠泥石中,在結(jié)晶巖中(如:花崗巖、片巖、片麻巖等)Zn富集于電氣石和黑云母中(Heinrichsetal.,1980)。喜馬拉雅巖漿型石榴石是從變泥質(zhì)巖脫水熔融形成的熔體中結(jié)晶而成。在源巖變泥質(zhì)巖中,Zn主要富集于十字石和云母中,變質(zhì)石榴石中Zn含量較低,約為9.8×10-6~65.3×10-6(圖5)。在花崗巖中,全巖中的Zn濃度也較低,小于100×10-6,但在巖漿型石榴石中,含量大于152×10-6(圖5)。這是由于云母發(fā)生部分熔融形成花崗質(zhì)熔體,熔體結(jié)晶主要形成石英、長石、石榴石和少量的云母、電氣石,熔體中的Zn大部分進入石榴石中。樣品T0512-7含有少量的黑云母和白云母(圖2c),云母“爭奪”了部分全巖中的Zn元素,導(dǎo)致石榴石中的Zn含量最低。樣品TZF-1的全巖中Zn含量最高,但石榴石中Zn含量較低,原因在于電氣石的生長攝取了大量的Zn,石榴石與電氣石的平衡配分導(dǎo)致石榴石的Zn含量降低。巖漿型石榴石具有一個明顯的特征:較高的Mn濃度,即5.7%~10.6%,而變泥質(zhì)巖中變質(zhì)石榴石的MnO含量小于3.5%。有的學(xué)者認為巖漿型石榴石高濃度的Mn元素來自于花崗巖,但是喜馬拉雅淡色花崗巖中Mn含量小于0.1%,全巖的Mn含量不可能是控制巖漿型石榴石富集Mn元素的主要因素。在淡色花崗巖中,巖漿型石榴石的Mn含量的增高反映了在花崗質(zhì)巖漿結(jié)晶過程中,貧Mn礦物的分離結(jié)晶作用促使殘留巖漿的Mn升高。分析對比母巖中的變質(zhì)石榴石、淡色體中的混染型石榴石和花崗巖中的巖漿型石榴石的地球化學(xué)成分,表明:與源巖的變質(zhì)石榴石相比,巖漿型石榴石自形,幾乎不含包裹體,具有較高的Mn、Zn、Y和HREE。淡色體中捕獲的混染型石榴石,被熔體交代,邊部呈現(xiàn)港灣狀結(jié)構(gòu),大部分元素的濃度被完全改變,如:主量元素(圖3、圖4d)和Zn(圖5a,b),而核部的Sc(圖5c)、Hf、Y(圖5b)和HREE(圖5a、圖6d)元素還保留有源巖的信息。本研究揭示了喜馬拉雅新生代花崗巖中石榴石的來源至少有兩種:從源巖中捕獲的混染型石榴石和從熔體中結(jié)晶形成的巖漿型石榴石,混染型石榴石與熔體發(fā)生反應(yīng),大部分信息被“篡改”,巖漿型石榴石的具有明顯高濃度的Mn和Zn元素。5巖漿型石榴石在喜馬拉雅