王福睿

摘 ?要：石榴石是榴輝巖中一種重要的礦物。在榴輝巖復雜的變質(zhì)作用過程中，因為大部分石榴石都保留有復雜的化學成分環(huán)帶，所以可以作為榴輝巖常用溫壓計。石榴石中的主微量元素、穩(wěn)定同位素和放射性同位素以及包裹體類型等都可以作為示蹤元素，對研究其本身成因和所在變質(zhì)巖的變質(zhì)演化歷史提供重要信息。但對于溫壓計的適用范圍、傳統(tǒng)定年方法及微量元素的研究方面還存在若干問題。對石榴石環(huán)帶信息進行整合研究，能將其成因和寄主巖石的演化過程限制在一定的范圍內(nèi);石榴石與其同生鋯石的結(jié)合研究，無論是從原巖性質(zhì)還是到變質(zhì)作用過程，也都可以對榴輝巖進行更為有效的制約，這為未來石榴石研究提供了一個更明確而且重要的方向。

關(guān)鍵詞：石榴石;榴輝巖;變質(zhì)帶

引言

石榴石是一種常見礦物，無論是從地殼到地幔，或是三大巖類，抑或從自然到工業(yè)工藝領(lǐng)域，甚至包括隕石中都廣泛存在。石榴石是Ca-Mg-Fe-Mn固溶體礦物，熔點高，溶解力低，受各種地質(zhì)作用的影響小，容易形成生長成分環(huán)帶和擴散環(huán)帶，這能反映石榴石在不同的變質(zhì)階段生長過程中溫壓條件的變化，使其成為解釋變質(zhì)巖所經(jīng)歷的變質(zhì)演化過程和各種重要的巖石學和地球化學信息的“活化石”。所以石榴石對分析研究榴輝巖的形成以及探討構(gòu)造運動過程具有重要意義。

1研究現(xiàn)狀

1.1石榴石地質(zhì)特征簡述

石榴石是島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物的總稱，屬等軸晶系，晶體形態(tài)一般呈菱形十二面體或四角三八面體，粒度大小不等，顏色從暗紅色到紅褐色到黃綠色等，玻璃光澤，斷口油脂光澤，化學通式為A3B2[Si04]3，化學組分較為復雜，不同元素能構(gòu)成不同的組合，一般按照元素在其中的晶體位置和豐度，大致分為32個種屬，其中鈣鋁榴石、鐵鋁榴石、鎂鋁榴石、錳鋁榴石等最為常見。

1.2 變質(zhì)巖中石榴石的地質(zhì)意義

1.2.1 溫壓計測算及P-T條件

榴輝巖溫壓計很多，如石榴石-單斜輝石溫度計、石榴石-多硅白云母壓力計等，在溫壓計的選擇上，應(yīng)考慮其合理性和有效性，這是測算榴輝巖P-T條件的前提。很多學者的研究表明，石榴石中的Ca-Mg含量分別與其經(jīng)歷的溫壓條件有很好的相關(guān)性，因此據(jù)成分變化可恢復寄主巖石所經(jīng)歷的P-T軌跡。

圖1-2榴輝巖變質(zhì)作用P-T軌跡片斷

（張澤明、楊勇、張建新等，1999年）

1.2.2 變質(zhì)作用過程的時間測算

石榴石中鑭系元素HREE離子半徑較大，從 La到Lu的相容性逐漸增加。而Hf的分配系數(shù)介于Sm和Eu之間，所以石榴石的Sm/Nd比值和Lu/Hf比值呈現(xiàn)為高值，這為其Sm-Nd定年和Lu-Hf定年帶來了極大的便捷。

通過對單顆粒石榴石的剖面做詳細分析，分辨出具體環(huán)帶特征，然后再針對各成分環(huán)帶做平面取樣，做等時線定年測算時利用此方法，得出的年輪狀的石榴石生長歷程呈現(xiàn)出很高的精度。將這一結(jié)果與石榴石的生成演化以及P-T歷史相結(jié)合，能夠為其所在巖石乃至區(qū)域構(gòu)造演化提供更為詳細的制約。

1.2.3石榴石的微量元素研究

各種研究表明石榴石中微量元素的分帶的原因主要有：富集微量元素的流體的介入，石榴石生長過程中礦物穩(wěn)定場內(nèi)礦物組合的變化，石榴石生長速率的變化，石榴石主要成分和溫壓條件的改變造成石榴石與基質(zhì)之間的微量元素分配系數(shù)發(fā)生改變，相鄰富集微量元素的礦物與石榴石競爭，石榴石變質(zhì)生長過程中的分餾效應(yīng)等等。

2存在問題

2.1溫壓計的應(yīng)用

傳統(tǒng)的溫壓計對溫壓的估測并不是很理想，于是他們又開發(fā)出一種稱為視剖面圖溫壓計的方法，依據(jù)內(nèi)部一致性熱力學數(shù)據(jù)庫，計算了所觀測礦物固溶體相組分的活度，利用計算程序求解了某一共生礦物組合中所有相組分之間的獨立變質(zhì)反應(yīng)，用來限定巖石的P-T條件。魏春景等（2009）對這種溫壓計與傳統(tǒng)溫壓計的適用性做了系統(tǒng)對比，認為這種溫壓計要優(yōu)于傳統(tǒng)方法。但這些數(shù)據(jù)庫的得出主要是以基性巖和變泥質(zhì)巖或者片巖為基礎(chǔ)，因此這些數(shù)據(jù)參數(shù)是否適用于所有巖類，還需要做進一步的探討和研究。

2.2傳統(tǒng)的定年方法問題

傳統(tǒng)的石榴石Sm-Nd、Lu-Hf同位素定年，主要應(yīng)用于全顆粒石榴石與綠輝石/全巖等時線方法。這需要滿足三個前提條件：一是二者必須同源;二是二者形成時間也必須相同，且形成的時間只能作為一個點來處理;三是在石榴石和綠輝石形成之后，Sm-Nd、Lu-Hf體系必須保持封閉。但是，在復雜的自然環(huán)境中，天然產(chǎn)出的石榴石大部分不能滿足這三個條件，一定的熱擾動也極有可能破壞Sm-Nd、Lu-Hf體系的封閉性，這將會導致石榴石Sm-Nd等時線年齡在某種程度上沒有地質(zhì)意義。

2.3石榴石中微量元素的意義

很早就有研究者認識到，對于變質(zhì)過程中的物理化學條件變化，石榴石中所含的微量元素可以進行很好的記錄。但是目前對于石榴石的研究一直還是側(cè)重在兩個方面，一個是主量元素，一個是其溫壓計。作者認為，在今后的研究中，應(yīng)該將石榴石中微量元素的分布極其所體現(xiàn)的意義重視起來，或許會提供許多新的研究思路，能夠回答更多的地質(zhì)問題。

3發(fā)展方向

3.1石榴石的環(huán)帶信息整合

石榴石中的微量元素，MREE和HREE離子半徑較大，粒內(nèi)擴散速率比主量元素更慢，因而能夠更準確地記錄石榴石的

結(jié)晶過程信息，尤其是對那些曾經(jīng)歷過高溫變質(zhì)的巖石。該區(qū)域榴輝巖中的石榴石經(jīng)歷過四個不同的反應(yīng)：

a）綠泥石+綠簾石+石英=石榴石+角閃石+水

b）綠簾石+角閃石=石榴石+單斜輝石+藍晶石+石英+水

c）綠簾石+單斜輝石（i）=石榴石+單斜輝石（ii）+石英+水

d）單斜輝石（ii）+藍晶石=石榴石+單斜輝石（iii）+石英

在上述反應(yīng)中石榴石的主微量元素和包裹體變化保持同步。因此，而對這些環(huán)帶信息加以整合，將會對石榴石成因和其所在榴輝巖的變質(zhì)條件給予更窄范圍的限定，將是研究石榴石的一個重要方面。

3.2石榴石對變質(zhì)鋯石的影響

鋯石物化穩(wěn)定，作為一種定年礦物，在地質(zhì)年代學上具有極其重要的地位。另一方面，鋯石的Lu-Hf體系有一個突出特征，即Lu/Hf比值很低，在變質(zhì)演化中，放射成因Hf同位素幾乎為零，利用這一特征研究其所在巖石的原巖性質(zhì)具有一定優(yōu)勢。

在榴輝巖中，大量石榴石的存在和對HREE的親和能力，所以石榴石的共生鋯石也會呈明顯富集或者虧損，使得具有異常MREE-HREE配分模式的鋯石區(qū)域可以同石榴石的溶解和結(jié)晶/殘留有機地藕合起來，這對研究石榴石形成的變質(zhì)環(huán)境和條件具有一定參考意義。

4結(jié)語

榴輝巖中的石榴石是超高壓變質(zhì)作用的主要特征礦物。對石榴石成分環(huán)帶信息整合研究將是今后研究的重點。作為一種超高壓變質(zhì)礦物，石榴石的指示意義很重要，歸根結(jié)底在于成因礦物學及實驗礦物學的研究成果。今后應(yīng)隨時關(guān)注新的成因礦物學及實驗礦物學成果并加以應(yīng)用，以期有更多新的發(fā)現(xiàn)。

參考文獻

[1] ?朱柯，梁金龍，沈驥，等. 大別—蘇魯超高壓榴輝巖中富Si金紅石的地球化學意義[J].地學前緣，2017，24（3）：288-300.