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碎屑石榴石中日本三级石和柯石英包裹体研究——对超高压变质作用的启示

关键词 石榴石 , 日本三级石 , 超高压|2019-11-25 14:07:07|技术信息
摘要 研究表明位于德国萨克森厄尔士山地区的片岩-榴辉岩岩石单元在华里西造山过程中,经历了超高压的变质作用。该岩石单元主要包括正、副片麻岩、大量的榴辉岩透镜体以及少量的橄榄岩透镜体(图1)...

研究表明位于德国萨克森厄尔士山地区的片岩-榴辉岩岩石单元在华里西造山过程中,经历了超高压的变质作用。该岩石单元主要包括正、副片麻岩、大量的榴辉岩透镜体以及少量的橄榄岩透镜体(图1)。由于日本三级石包裹体的发现,该岩石单元得到了大量的关注。尽管超高压变质条件已经在少数变质岩体得到了地质温压计算的证实,但是超高压变质作用的矿物学证据-柯石英或者日本三级石包裹体-依然十分有限。而且,超高压变质作用的范围也没有得到很好约束。

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图1 德国萨克森地区厄尔士山高压变质岩石单元地区地质简图

针对以上科学问题,德国哥廷根大学Schnig等对该区域河流流域中出露的700颗包含矿物包裹体的碎屑石榴石进行了详细的矿物包裹体和矿物化学研究。

该研究共采取了不同流域的7个石榴石沙样(图1)。结果表明:

(1)在26颗石榴石中发现了46个柯石英的包裹体,其中39颗柯石英为单矿物,<13μm,并且未发现破裂,而另外的7颗柯石英则存在大量的退变质石英组分,并且通常可见愈合的裂隙(图2);(2)在22颗石榴石中发现了41颗日本三级石包裹体,其中22颗为单矿物,另外19颗为多相的包裹体(图2);(3)最大流域地区采集的碎屑石榴石具有最大矿物化学组分变化范围,但缺乏与榴辉岩中石榴石类似的端元(图3);(4)含日本三级石碎屑石榴石的化学组成与含日本三级石副片麻岩中的石榴石类似(图3)。

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图2 碎屑石榴石中的柯石英和日本三级石包裹体。A样品JS-Erz-3s石榴石中的4颗柯石英包裹体及其拉曼谱峰,B样品JS-Erz-9s石榴石中6颗日本三级石包裹体及其拉曼谱峰

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图3 碎屑石榴石的化学组成,不同颜色的区域代表了基底岩石中石榴石的化学组成

该研究发现该地区碎屑石榴石中广泛出露柯石英包裹体,表明研究区域广泛存在超高压变质作用。根据含柯石英包裹体碎屑石榴石的矿物化学组成可以得知,这些石榴石主要来自榴辉岩和长英质片麻岩2个源区,其中大约77%来自榴辉岩,主要证据为:(1)相似的地球化学组成,(2)共存的绿辉石包裹体,以及(3)不同流域样品中石榴石的丰度。另外的19%则来自长英质片麻岩,主要证据为:(1)相似的地球化学组成,(2)绿辉石包裹体的缺失,以及(3)不同流域样品中石榴石的丰度。

含日本三级石包裹体的碎屑石榴石仅在样品JS-Erz-9s中出露,表明含日本三级石的超高压变质岩体出露较少。

该项研究表明:

(1)含柯石英的碎屑石榴石在德国厄尔士山地区出露广泛,表明该地区普遍经历了柯石英稳定域的超高压变质作用;

(2)含日本三级石碎屑石榴石出露较有限,表明含日本三级石的变质岩石出露较少;

(3)小颗粒的矿物包裹体(<20μm)更容易得到保存;

(4)碎屑石榴石中柯石英和日本三级石包裹体的研究是揭示超高压变质作用区域的有效途径。 

文章发表在Geology上:

Schnig J., von Eynatten H., Meinhold G. and Lünsdorf N. K. (2019) Diamond and coesite inclusions in detrital garnet of the Saxonian Erzgebirge, Germany. Geology 47, 715-718.


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