冀磊 劉福來 王舫 田忠華

1. 中國地質(zhì)科學(xué)院，北京 1000372. 自然資源部深地動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037

石榴石是中-下地殼角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)過程中最重要的特征變質(zhì)礦物之一，其內(nèi)部成分變化攜帶有巖石物理、化學(xué)條件演變的重要信息，是反演變質(zhì)地體P-T-t軌跡的重要研究對象(Spearetal., 1984; Hickmottetal., 1987; Chamberlain and Conrad, 1991)，而石榴石與夕線石的顯微變形特征亦會對地殼深部流變學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響(Ji and Martignole, 1994; Kleinschrodt and Duyster, 2002; Mainpriceetal., 2004; Voegeléetal., 1998; 徐樹桐等, 1999)進(jìn)而影響深部地震波各向異性(Jietal., 2003; 劉祥文等, 2005)。因此，石榴石不但是地球深部熱動力學(xué)過程的忠實(shí)記錄者亦是連接巖石變質(zhì)與變形過程的重要橋梁(Prioretal., 2000; Storey and Prior, 2005)。然而，由于石榴石等軸晶系全消光性質(zhì)及其高對稱性導(dǎo)致的滑移系數(shù)量較多，使其與其它造巖礦物(如：石英、長石、角閃石、輝石、橄欖石等)相比內(nèi)部變形特征與變形機(jī)制研究相對較少。另外，對于具有明顯形態(tài)優(yōu)選方位的石榴石的變形機(jī)制亦長期存在高溫位錯蠕變(Ji and Martignole, 1994; Prioretal., 2000; 劉祥文等, 2005)、各向異性生長(Blackburn and Dennen, 1968)與低溫低應(yīng)力不一致溶解-沉淀(擴(kuò)散/壓溶)蠕變(Azoretal., 1997; Wassmann and St?ckhert, 2013a; Wintsch and Yi, 2002)的不同認(rèn)識。因此深入研究中-下地殼石榴石夕線片麻巖內(nèi)主要礦物的變形機(jī)制是研究構(gòu)造剪切帶動力學(xué)的基礎(chǔ)。

對于定向明顯的扁圓狀石榴石，其中高溫韌性變形發(fā)育的巖石類型主要為麻粒巖相變質(zhì)的長英質(zhì)片麻巖(Ji and Martignole, 1994; Kleinschrodt and Duyster, 2002)和陸殼榴輝巖(Jietal., 2003)，而溶解-沉淀蠕變集中在含水礦物相對豐富的巖石內(nèi)，如低溫高壓變質(zhì)帶內(nèi)的藍(lán)片巖和洋殼榴輝巖(Wassmannetal., 2011; Wassmann and St?ckhert, 2012, 2013a, b)?？傮w上對于陸內(nèi)韌性剪切帶內(nèi)具有明顯形狀優(yōu)選的石榴石研究相對較少。以紅河-哀牢山韌性剪切帶為例，在構(gòu)造帶的熱演化歷史上一個(gè)長期爭論的焦點(diǎn)在于：(1)剪切生熱作用導(dǎo)致地殼巖石深變質(zhì)發(fā)生部分熔融形成大量深熔脈體(Leloupetal., 1995, 2001; Gilleyetal., 2003)或是(2)剪切活動發(fā)育于變質(zhì)演化晚期的冷卻降溫階段，并疊加改造了早期變質(zhì)記錄(Searle, 2006; Searleetal., 2010; Yehetal., 2014)。對于上述爭論，剪切帶內(nèi)多體系多種類礦物定年研究雖能給出定年礦物的冷卻歷史但大多具有同剪切階段的年齡范圍(Liuetal., 2015; Chenetal., 2015)，并不能全面反映構(gòu)造帶的演化過程，最有效的解決途徑是顯微構(gòu)造、巖石組構(gòu)、礦物成分變化、相平衡模擬分析的綜合研究(Liuetal., 2012)。因此，本文通過紅河-哀牢山剪切帶內(nèi)石榴夕線片麻巖內(nèi)石榴石、夕線石和石英的電子背散射衍射分析，薄片尺度和變斑晶尺度的成分面掃描分析與電子探針結(jié)果，并應(yīng)用相平衡模擬方法對巖石所記錄的變質(zhì)-變形方面進(jìn)行研究，以期對紅河-哀牢山剪切帶的構(gòu)造演化進(jìn)行成因礦物學(xué)和顯微構(gòu)造方面的限定。

1 地質(zhì)背景

紅河-哀牢山韌性剪切帶呈北西-南東向展布于青藏高原東南緣，自青藏高原東構(gòu)造結(jié)至紅河北部灣出?？?，延展>1200km(Liuetal., 2012; Searleetal., 2010)，寬約20～50km，呈北窄南寬的掃帚狀。構(gòu)造上作為新生代印度-亞歐板塊碰撞印支地體向東南逃逸的東側(cè)邊界(圖1a)，是重要的物質(zhì)與能量調(diào)節(jié)通道(Tapponnieretal., 1990)。帶內(nèi)由西北向東南依次發(fā)育有雪龍山、點(diǎn)蒼山、哀牢山和大象山變質(zhì)雜巖(Leloupetal., 1995; Gilleyetal., 2003)。哀牢山變質(zhì)雜巖帶作為紅河-哀牢山剪切帶內(nèi)出露面積最大構(gòu)造單元，以哀牢山斷裂為界分為東北側(cè)的深變質(zhì)帶和西南側(cè)的淺變質(zhì)帶兩個(gè)次級單元(圖1b)。

圖1 青藏高原東南緣構(gòu)造簡圖及哀牢山變質(zhì)雜巖帶位置(a)和哀牢山變質(zhì)雜巖帶地質(zhì)簡圖(b, 據(jù)Liu et al., 2012)及采樣位置Fig.1 Tectonic location of Ailao Shan metamorphic complex on southeastern Tibetan Plateau (a) and simplified geological map of Ailao Shan metamorphic complex (b, modified after Liu et al., 2012)

淺變質(zhì)帶主要為地層層序保存相對較好的古生代沉積巖及構(gòu)造侵位的蛇綠巖，后者一般認(rèn)為屬古特提斯洋向西俯沖過程中洋殼殘余(Jianetal., 2009; Wangetal., 2014)。對于哀牢山深變質(zhì)帶，目前利用鋯石U-Pb法獲得最老成巖年齡為新元古代，主要來自帶內(nèi)花崗質(zhì)片麻巖和斜長角閃巖(Caietal., 2014, 2015; Chenetal., 2017; Wangetal., 2016b; 冀磊等, 2017)，指示哀牢山深變質(zhì)帶為華南陸塊西緣攀西-漢南陸緣巖漿弧一部分(Wangetal., 2016b)，帶內(nèi)變沉積巖石組合在垂直區(qū)域構(gòu)造線的北東-南西方向剖面上呈現(xiàn)明顯規(guī)律性，以元江清水河剖面為例，靠近紅河斷裂部位主要由石榴夕線片麻巖、石榴斜長角閃巖、透輝石大理巖、鈣鎂硅酸鹽巖和含電氣石/石榴石的深熔脈體組成(Searleetal., 2010; Liuetal., 2012)，部分弱變形的含藍(lán)晶石的變沉積巖變質(zhì)程度可達(dá)高壓麻粒巖相(Jietal., 2020)。哀牢山斷裂附近則以產(chǎn)出巴羅式變質(zhì)帶為特征，巖性主要有：綠泥石片巖、二云母片巖、石榴十字云母片巖、藍(lán)晶石十字石云母片巖、石榴夕線云母片巖為主(Wangetal., 2016a)，局部產(chǎn)出含輝石角閃巖脈或透鏡體，變質(zhì)程度較紅河斷裂附近明顯更低，不同變質(zhì)程度的巖性單元以斷層或韌性剪切帶相接觸。

上述變沉積巖內(nèi)碎屑鋯石的最小年齡峰值多為早古生代(Jietal., 2019)，指示哀牢山雜巖帶內(nèi)變沉積巖為揚(yáng)子西南緣古特提斯時(shí)期沉積記錄，鋯石變質(zhì)增生邊可獲得印支期和新生代兩期變質(zhì)年齡(Liuetal., 2013; Wangetal., 2016a; Jietal., 2020)，其中印支期變質(zhì)程度亦可達(dá)高壓麻粒巖相(Liuetal., 2013)。新生代漸新世-早中新世哀牢山經(jīng)歷強(qiáng)烈折返抬升過程，帶內(nèi)深熔脈體內(nèi)深熔鋯石結(jié)晶年齡以及花崗質(zhì)片麻巖/糜棱巖、斜長角閃巖、黑云斜長片麻巖、二云母片麻巖內(nèi)大量角閃石、黑云母、白云母Ar-Ar定年揭示哀牢山深變質(zhì)帶冷卻時(shí)間主要介于30～20Ma (Harrisonetal., 1992; Chenetal., 2015; Liuetal., 2013, 2015)。由于強(qiáng)烈剪切活動，紅河-哀牢山始新世構(gòu)造-變質(zhì)痕跡被大量疊加改造僅有零星殘留礦物和鋯石年齡記錄(Liuetal., 2013; Jietal., 2019)。

2 分析方法

首先根據(jù)標(biāo)本結(jié)構(gòu)構(gòu)造磨制垂直面理平行線理方向(XZ面)上的定向探針片。噴碳處理后進(jìn)行背散射(BSE)顯微結(jié)構(gòu)特征觀察及單顆粒石榴石成分掃描，此工作于中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所進(jìn)行，采用蔡司ultra plus場發(fā)射掃描電鏡觀察顯微結(jié)構(gòu)特征，工作電壓為15kV，電流為250μA，焦距8～10mm。采用英國牛津公司生產(chǎn)50mm2能譜儀對石榴石內(nèi)部包裹體及基質(zhì)內(nèi)部礦物進(jìn)行半定量測試，并運(yùn)用英國牛津公司的INCA軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(版本4.4)。單顆粒石榴石X-ray成分面掃描分析的工作電壓為20kV，單點(diǎn)處理時(shí)間為2秒，掃描時(shí)間為25.5小時(shí)。薄片尺度的主量元素面掃描工作于中國鋼鐵研究院M4 Tornado Micro-XRF上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)加速電壓為50kV，電流為600μA，束斑大小為20μm，點(diǎn)分析時(shí)間為3秒，并應(yīng)用ESPRIT軟件(版本1.5)進(jìn)行圖像處理。

圖2 石榴夕線片麻巖野外產(chǎn)狀及垂直面理平行線理方向(XZ面)石榴石變形特征(a)石榴夕線片麻巖野外照片，(b、c)巖石XZ面顯微構(gòu)造特征，(d-g)石榴石內(nèi)包裹體形態(tài)與產(chǎn)狀Fig.2 Field occurrence of garnet-sillimanite gneiss and garnet deformation features in the plane that perpendicular to foliation and parallel lineation (XZ plane)(a) field picture of garnet-sillimanite gneiss; (b, c) microstructures in XZ plane; (d-g) the shape and occurrence of inclusions in garnet

礦物成分定量測試與石榴石EBSD分析均在中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所自然資源部大陸動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，其中電子探針分析應(yīng)用日本電子株式會社JEOL生產(chǎn)的JXA-8100型號探針，實(shí)驗(yàn)條件為電壓15kV，束斑大小為2～5μm，每點(diǎn)測試時(shí)長為3分鐘，所有元素均采用Kα射線探測。夕線石和石英應(yīng)用丹麥HKL公司CHANNEL5軟件進(jìn)行處理獲得的EBSD數(shù)據(jù)。石榴石EBSD分析在安裝有5軸馬達(dá)臺的FEI Quanta 450場發(fā)射掃描電鏡上進(jìn)行，EBSD探測器為牛津儀器公司生產(chǎn)的Oxford Nordlys F+，實(shí)驗(yàn)在低真空、不噴鍍、加速電壓為5kV，工作束流100pA，薄片傾斜角度為70°條件下進(jìn)行。探頭伸入距離為164.5mm，工作距離為16.9mm。數(shù)據(jù)應(yīng)用Aztec 3.0軟件進(jìn)行分析，文中單顆粒石榴石取向差是應(yīng)用軟件中Large AreaMapping模塊進(jìn)行連續(xù)分析20張微區(qū)進(jìn)行拼接構(gòu)圖，其中分析步長為1.3μm，測試時(shí)長為30小時(shí)，并應(yīng)用CHANNEL5和AztecCrystal軟件共同進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

文中礦物符號均采用Whitney and Evans (2010)版本：Grt-石榴石；Sil-夕線石；Bt-黑云母；Kfs-鉀長石；Pl-斜長石；Qz-石英；Ms-白云母；Ilm-鈦鐵礦；Py-黃鐵礦；Mnz-獨(dú)居石。

3 巖相學(xué)特征

石榴夕線片麻巖(樣品15G47)采自漠沙鎮(zhèn)瓦窯村西南約300m處的137鄉(xiāng)道旁。野外巖石面理產(chǎn)狀主要為65°∠60°和230°∠23°兩個(gè)方向，線理產(chǎn)狀則集中為155°/25°(圖2a)。巖石主要礦物為石榴石、夕線石、黑云母、石英、鉀長石、斜長石，次要礦物為藍(lán)晶石、白云母、綠泥石、獨(dú)居石、鋯石、鈦鐵礦、黃鐵礦、磷灰石。巖石中線理主要由夕線石、鉀長石和黑云母構(gòu)成。其中根據(jù)產(chǎn)出形式與伴生礦物黑云母明顯可分為：包裹于石榴石內(nèi)，基質(zhì)內(nèi)與夕線石緊密共生它形顆粒和石榴石壓力影處較自形顆粒三種類型。石榴石粒徑約0.5～4.0mm(圖2b)，少數(shù)可達(dá)1cm以上。垂直面理平行線理的定向切片上(圖2c)，石榴石長寬比大多介于1:1～5:1，部分可達(dá)8:1，石榴石長軸兩端多發(fā)育由黑云母或鉀長石組成的不對稱壓力影。大顆粒石榴石長寬比一般較小，且多發(fā)育明顯的凈邊結(jié)構(gòu)，核部包裹體以石英、斜長石和夕線石為主偶見藍(lán)晶石。部分石英包裹體定向排列記錄早期構(gòu)造線理，薄片內(nèi)發(fā)育明顯的S-C-C′組構(gòu)。根據(jù)整個(gè)薄片尺度觀察，大顆粒石榴石內(nèi)包裹體的排列與線理方向呈20°～40°夾角(圖2c)。垂直線理方向的石榴石內(nèi)部發(fā)育一組或多組裂隙，其中充填礦物多為白云母，薄片內(nèi)部分白云母細(xì)脈不但貫穿石榴石裂隙亦沿夕線石(001)解理方向切穿柱面。細(xì)粒石榴石退變明顯，其內(nèi)部包裹體以石英、黑云母和夕線石為主，且夕線石大多未受到剪切作用改造，細(xì)粒化不明顯，夕線石包裹體長軸方向與線理平行(圖2d-g)?；|(zhì)內(nèi)夕線石與黑云母、鉀長石緊密共生，多呈竹節(jié)狀、棱柱狀晶形。

巖石內(nèi)長石以鉀長石為主(圖3a)，斜長石含量小于10%，且長石含量明顯大于石英。石榴石不對稱壓力影的發(fā)育常與白云母脈有關(guān)，白云母產(chǎn)出的一側(cè)石榴石分解明顯(圖3b-d)。另外，值得注意的是石榴石與基質(zhì)接觸位置常發(fā)育磁鐵礦細(xì)脈(圖3b-f)，當(dāng)石榴石粒度較細(xì)時(shí)，這些鐵質(zhì)物質(zhì)僅限于石榴石表面，形成極窄的薄膜(圖3d, e)，而粗粒石榴石表面脈寬可達(dá)50μm，且脈體在石榴石表面處較基質(zhì)內(nèi)明顯更寬(圖3f)。這些鐵質(zhì)脈體常近平行線理發(fā)育，石榴石內(nèi)部裂隙未見產(chǎn)出。

4 礦物化學(xué)

4.1 石榴石

薄片尺度X-ray成分掃描發(fā)現(xiàn)大多數(shù)石榴石受后期擴(kuò)散影響成分趨向均一化，無明顯成分變化(圖4)，僅少數(shù)粒度較大(>2mm)，變形較弱的石榴石保留進(jìn)變質(zhì)生長環(huán)帶，表現(xiàn)為由核部向邊部Mn、Ca及Fe#值(100×Fe/[Fe+Mg])降低，Mg、Fe升高特征，短軸方向石榴石生長環(huán)帶被明顯截切，垂直線理方向裂隙的發(fā)育雖未破壞生長環(huán)帶(圖5)，但會明顯改變礦物周邊及內(nèi)部的流體流通特征，特別是當(dāng)顆粒內(nèi)發(fā)育一到兩處主干裂隙(>50μm)并充填有含水礦物時(shí)，即使變斑晶粒徑大于3mm，礦物內(nèi)部僅保留擴(kuò)散速率較慢的Ca成分變化環(huán)帶，Mg、Fe元素與其相鄰的黑云母發(fā)生明顯的離子交換，邊緣100～200μm位置具有反吸收環(huán)帶特征，表現(xiàn)為Mg降低、Fe、Mn和Fe#值升高(圖6)。整體上片麻巖內(nèi)石榴石各端元組分含量具有較大變化范圍，其中鐵鋁榴石為55mol%～79mol%，鎂鋁榴石為5mol%～23mol%，錳鋁榴石為2mol%～13mol%，鈣鋁榴石為4mol%～22mol%，F(xiàn)e#值為77～89。但與黑云母接觸的石榴石邊緣位置除鎂鋁榴石成分稍有變化外(表1)，其他端元組分變化較小。

表1 哀牢山漠沙地區(qū)石榴夕線片麻巖內(nèi)代表性石榴石和斜長石電子探針成分(wt%)

圖3 石榴夕線片麻巖內(nèi)不同粒徑石榴石變形特征(a)近等軸石榴石發(fā)育垂直線理方向裂隙；(b、c)位于兩顆粗粒石榴石之間的，退變更為明顯，A-B為電子探針剖面位置；(d)石榴石變斑晶左側(cè)發(fā)育黑云母壓力影，右側(cè)被白云母脈截切；(e)強(qiáng)變形石榴石發(fā)育雙側(cè)壓力影；(f)流體通道“截切”石榴石至包裹體發(fā)育處；(g)石榴石發(fā)育強(qiáng)烈的裂理，裂隙內(nèi)部充填白云母. 藍(lán)框?yàn)橄€石和石英EBSD分析范圍Fig.3 Deformation characters of different grain size garnets in garnet-sillimanite gneiss(a) microfractures perpendicular to lineation in subcircular garnet; (b, c) the garnet between two coarse grains show distinct retrogression and the red line A-B is the location of EPMA profile; (d) the left side of garnet developed biotite pressure shadow and the right part was truncated by muscovite vine; (e) symmetrical press shadow developed on both side of strongly elongated garnet; (f) fluid channel truncated the garnet porphyroblast; (g) muscovite filled fractures in garnet. The blue boxes are EBSD analysis domains of sillimanite and quartz

圖4 石榴夕線片麻巖平行線理垂直面理切面(XZ面)方向主量元素X-ray面掃描圖Fig.4 Major elements compositional mapping on XZ section (parallel to the stretching lineation and perpendicular to the foliation) of garnet-sillimanite geneiss

4.2 斜長石與黑云母

片麻巖內(nèi)斜長石屬于更長石和中長石，其鈣長石端元組分(An值)在28～43之間(表1)。且包裹于石榴石內(nèi)的斜長石An值較基質(zhì)內(nèi)更低。而根據(jù)黑云母產(chǎn)出位置可分為：基質(zhì)內(nèi)、石榴石包裹體、石榴石壓力影三種，三類黑云母的Mg#值變化無明顯規(guī)律，但TiO2含量具有差別明顯(表2)，其中基質(zhì)黑云母TiO2含量為2.90%～3.49%，單位晶胞內(nèi)Ti離子數(shù)為0.17～0.20，石榴石內(nèi)被包裹的黑云母TiO2含量為3.28%～3.71%，單位晶胞內(nèi)Ti離子數(shù)為0.19～0.21，石榴石壓力影位置黑云母TiO2含量為1.66%～2.38%，單位晶胞內(nèi)Ti離子數(shù)為0.10～0.14。依據(jù)巖相學(xué)及礦物化學(xué)特征，可將石榴石幔部及被包裹體黑云母、藍(lán)晶石、基質(zhì)內(nèi)大顆粒黑云母核部、鉀長石劃分為峰期礦物組合，將石榴石邊部、石榴石壓力影處黑云母、斜長石歸為同剪切變形退變過程礦物組合，而沿石榴石裂隙分布的白云母與綠泥石則為晚期降溫時(shí)期礦物組合。

5 EBSD組構(gòu)分析

本文重點(diǎn)對石榴石變斑晶及基質(zhì)內(nèi)夕線石和石英進(jìn)行了EBSD分析(圖7、圖8、圖9)。其中，石榴石為一側(cè)被白云母脈明顯改造，另一側(cè)發(fā)育黑云母壓力影的顆粒(圖3d、圖8h)。石榴石形態(tài)圖揭示靠近壓力影一端石榴石大部分保持原先單一晶體狀態(tài)，但裂隙在顆粒邊部和內(nèi)部分割出多個(gè)獨(dú)立且細(xì)小的顆粒(圖7)，在石榴石表面、裂隙內(nèi)部及顆粒內(nèi)部包裹體邊緣處亦存在許多極為細(xì)小的顆粒。與壓力影發(fā)育一側(cè)不同，晚期垂直線理方向裂隙改造明顯區(qū)域破碎顆粒的粒度相對較大(圖7)。晶體取向圖亦揭示流體發(fā)育區(qū)域顆粒表現(xiàn)出微弱的旋轉(zhuǎn)(圖8a-c)，而壓力影沉淀區(qū)域則無明顯晶格優(yōu)選(圖8d)，沿線理方向的晶體取向差剖面揭示顆粒間取向差小于5°，靠近黑云母壓力影區(qū)域取向差小于3°(圖8e-g)。石榴石極圖與反極圖分析首先依據(jù)三維空間上多點(diǎn)晶胞參數(shù)和石榴石{100}極密確立石榴石的空間方位，并將石榴石的所有{111}、{110}、{112}的等效軸在極圖上進(jìn)行標(biāo)定(圖9a)。研究揭示顆粒左側(cè)受后期白云母脈體改造分解部分和內(nèi)部被裂隙包圍的孤島狀小顆粒石榴石的〈11-1〉軸近平行線理方向，而殘留大顆粒則〈43-3〉軸與線理方向平行。垂直線理方向以〈-110〉軸為主，少數(shù)為〈-340〉。反極圖及{112}面極圖揭示原石榴石裂隙化離散出的所有粒徑石榴石始終是以〈112〉軸與Y軸方向平行(圖9a)。因而流體活動過程中石榴石內(nèi)部裂隙分割出的細(xì)小顆粒及石榴石附近基質(zhì)內(nèi)更為細(xì)小的石榴石變形主要是繞〈112〉軸發(fā)生微弱旋轉(zhuǎn)。

圖5 石榴夕線片麻巖內(nèi)石榴石典型生長環(huán)帶與電子探針剖面Fig.5 Growth zoning pattern and EPMA profile of garnet in garnet-sillimanite gneiss

表2 哀牢山漠沙地區(qū)石榴夕線片麻巖內(nèi)代表性黑云母石電子探針成分(wt%)

圖6 哀牢山變質(zhì)雜巖帶石榴夕線片麻巖內(nèi)石榴石重吸收環(huán)帶Fig.6 Reabsorption zoning pattern of garnet in garnet-sillimanite gneiss from Ailao Shan metamorphic complex

圖7 變形后殘留石榴石及沿裂隙破裂和流體通道內(nèi)微量石榴石形態(tài)由冷色向暖色石榴石顆粒長寬比增加Fig.7 The grains shape of relic garnet after deformation and garnet in fractures and fluid channelsThe aspect ratio of garnet increase from cooling color to warm color

另外，本文分別對基質(zhì)內(nèi)竹節(jié)狀夕線石和石榴石強(qiáng)退變區(qū)(圖3b)細(xì)小夕線石及對應(yīng)區(qū)域的石英進(jìn)行了組構(gòu)分析，兩處不同產(chǎn)出位置的夕線石和石英表現(xiàn)出明顯不同的組構(gòu)信息，其中基質(zhì)內(nèi)靠近石榴石表面(圖3a)竹節(jié)狀夕線石表現(xiàn)為〈100〉軸靠近Z軸極密。石榴石強(qiáng)退變區(qū)域夕線石主要為表現(xiàn)為〈001〉軸平行X軸極密?；|(zhì)內(nèi)石英C軸組構(gòu)變形為靠近Y軸極密疊加X軸與Z軸之間次極密(圖9d)。石榴石強(qiáng)退變區(qū)域石英表現(xiàn)為靠近Z軸極密，(圖9e)。由于XZ切面內(nèi)觀察到的夕線石主要為(010)和(100)切面，因此EBSD石英〈c〉與夕線石〈a〉軸極圖皆指示左行剪切的運(yùn)動方式(圖9b-e)。

6 相平衡模擬

在Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-TiO2-O2體系下對漠沙地區(qū)石榴石夕線片麻巖應(yīng)用GeoPS軟件(Xiang, 2020)進(jìn)行相平衡模擬。所用巖石成分摩爾百分比為：Na2O：0.57，CaO：0.28，K2O：2.88，F(xiàn)eO：7.14，MgO：3.65，Al2O3：9.23，SiO2：69.24，H2O：6.61，TiO2：0.63，O2：0.05，此全巖成分曾用于巖石風(fēng)化指數(shù)分析(Jietal., 2019)。礦物活動模型采用目前泥質(zhì)巖應(yīng)用最廣的P62版本(Holland and Powell, 2011; Whiteetal., 2014)。P-T視剖面圖研究揭示，粗粒石榴石保留的進(jìn)變質(zhì)環(huán)帶記錄巖石自400℃、4.0kbar經(jīng)歷白云母脫水和黑云母脫水分解，升溫升壓過程。石榴石內(nèi)部殘留的藍(lán)晶石包裹體(圖10)，基質(zhì)內(nèi)黑云母的Ti等值線及石榴石內(nèi)幔部最高鎂鋁榴石與最低鈣鋁榴石等值線交點(diǎn)，皆指示巖石峰期變質(zhì)條件至少為10.5kbar、820℃，達(dá)到高壓麻粒巖相，但由于巖石峰期熔體成分的部分丟失，石榴石生長環(huán)帶各端元成分交點(diǎn)并未能形成連貫的進(jìn)變質(zhì)軌跡。雖然峰期礦物組合(Grt+Bt+Ky+Kfs)大多退變，礦物成分受剪切構(gòu)造影響亦發(fā)生調(diào)整，但不同產(chǎn)出位置的黑云母Ti含量保留了多階段巖石演化特征。而位于石榴石壓力影位置的黑云母Ti等值線和與其接觸的石榴石邊緣鎂鋁榴石等值線很好的記錄了巖石內(nèi)黑云母發(fā)生滑動反應(yīng)，并于固相線下形成白云母退變軌跡，即巖石從9.5kbar、760℃退變到6.0kbar、500～600℃。而石榴石摩爾等值線揭示石榴石含量降低變化主要發(fā)生在早期退變階段(Grt-Bt-Sil-Kfs-Qz-Ms-Ilm-Melt域內(nèi))，當(dāng)巖石內(nèi)鉀長石大量固結(jié)后(<730℃)石榴石含量基本不變，退變軌跡基本平行于石榴石摩爾等值線。

圖8 單顆粒石榴石取向差(a-d)紅十字為參照點(diǎn)，取向差剖面(e-g)及EBSD掃描區(qū)域(h)Fig.8 Texture component map of single garnet grain (a-d) from the reference point marked by red cross, misorientation profile (e-g) and the EBSD scanning area in BSE image (h)

圖9 石榴夕線片麻巖內(nèi)石榴石(a)、夕線石(b、c)和石英(d-e)組構(gòu)圖Fig.9 Pole figures of garnet (a), sillimanite (b, c) and quartz (d-e) in garnet-sillimanite gneiss

圖10 哀牢山變質(zhì)雜巖帶漠沙地區(qū)石榴石夕線片麻巖相平衡模擬P-T視剖面圖Fig.10 P-T pseudosection of garnet-sillimanite gneiss from Ailao Shan metamorphic complex, Mosha area

圖11 石榴夕線片麻巖內(nèi)不同粒徑石榴石溶解-沉淀蠕變模式圖Fig.11 Schematic cartoon illustrating different grain size garnet dissolution-precipitation creep in garnet-sillimanite gneiss

7 討論

7.1 溶解沉淀蠕變

溶解沉淀蠕變是中地殼變質(zhì)流體參與下的一種重要的變形機(jī)制(Wintsch and Yi, 2002)，這種變形機(jī)制可廣泛發(fā)育于深部折返的無水礦物或退變新生的含水礦物中，如石榴石(Azoretal., 1997; Kim, 2006)、夕線石(Leslieetal., 2015)、石英(McPherren and Kuiper, 2013)，長石(Branderetal., 2012)、角閃石(Giuntolietal., 2018; Stokesetal., 2012)等，溶解-沉淀變形涉及榴輝巖相-綠片巖相(McAleeretal., 2017)較廣的溫壓范圍，一般認(rèn)為是由差應(yīng)力驅(qū)動的顆粒表面的化學(xué)再平衡過程(Bon and den Brok, 2000; Altree-Williamsetal., 2015)，因此受顆粒粒徑大小和礦物表面流體環(huán)境影響極大。礦物間不均勻的相互運(yùn)動或礦物邊界塑性蠕變形成空穴，進(jìn)而產(chǎn)生壓力梯度促使流體排除和納入從而控制物質(zhì)遷移(Fusseisetal., 2009; Précigoutetal., 2017)。剪切活動中的強(qiáng)應(yīng)變區(qū)亦是流體集中區(qū)，當(dāng)變質(zhì)反應(yīng)中反應(yīng)物具有較大的啟動壘值(overstep)時(shí)，礦物顆粒表面在應(yīng)力作用下表現(xiàn)為細(xì)?；椭亟Y(jié)晶成核且不產(chǎn)生新礦物，細(xì)?；率狗磻?yīng)物顆粒表面積增大，反應(yīng)物壘值降低從而形成新礦物(Martietal., 2018)，因此礦物蠕變過程常與流體作用下的溶解-沉淀反應(yīng)相伴隨。

Ji and Martignole (1996)提出鑒定溶解-沉淀蠕變的四條標(biāo)準(zhǔn)：(1)石榴石在擴(kuò)張位置局部生長，如壓力影、空隙、細(xì)脈和布丁間隙處；(2)鋸齒狀、縫合線狀的顆粒接觸邊界；(3)斑晶溶解表面相對富集難容物質(zhì)；(4)自形斑晶被截切。根據(jù)詳細(xì)的巖相學(xué)觀察，本文認(rèn)為漠沙地區(qū)石榴夕線片麻巖內(nèi)石榴石完全符合上述溶解-沉淀蠕變的鑒定標(biāo)準(zhǔn)，且至少存在Grt+Kfs+H2O/Melt→Sil+Bt+Mag及Kfs+Sil+H2O→Ms+Qz兩期不同方向的溶解-沉淀過程。另外，在溶解-沉淀蠕變過程中石榴石表現(xiàn)出明顯的粒度敏感性和局部流體控制，即不同粒徑的石榴石表現(xiàn)出截然不同的長寬比、壓力影、成分變化、退變程度和內(nèi)部包裹體排列方式。其中粗粒石榴石早期進(jìn)變質(zhì)生長于富云母的片巖中，擠壓過程對其變形影響較小，容易形成自形變斑晶，內(nèi)部包裹體偶爾可見藍(lán)晶石，部分顆粒發(fā)育早期高溫剪切形成的鉀長石壓力影(圖3a, b)，剪切過程中斑晶表面流體活動致使石榴石平行應(yīng)力方向成分被溶解，并直接截切出粗粒變斑晶原核部包裹體，后期伸展對其影響相對較小(圖11a-c)。中粒石榴石成核溫度相對較高，剪切隆升晚期垂直剪切方向伸展形成大量的裂隙和流體通道，在同構(gòu)造退變反應(yīng)作用下強(qiáng)烈改造石榴石單側(cè)形態(tài)，并在顆粒邊緣和裂隙內(nèi)形成機(jī)械破裂(圖11d-f)。細(xì)粒石榴石內(nèi)部平行線理方向夕線石指示其同剪切生長過程，與粗粒石榴石相比內(nèi)部包裹體相對較少，且形態(tài)優(yōu)選方位和退變最為明顯，扁度較大顆粒表面流體擾動較小，含水礦物可在斑晶兩端形成壓力影(圖11g-i)。

7.2 礦物組構(gòu)分析

目前對紅河-哀牢山韌性剪切帶內(nèi)礦物組構(gòu)分析主要集中于對石英、角閃石、斜長石，而石榴石和夕線石的組構(gòu)分析相對較少，且石榴石僅在越南大象山雜巖帶內(nèi)有相關(guān)報(bào)道(Liuetal., 2012)。Leloupetal. (1995)在哀牢山變質(zhì)雜巖帶識別出四種石英c軸組構(gòu)：(1)單一Y軸極密；(2)靠近Y軸極密；(3)XZ面極密；(4)交叉極密。Liuetal. (2012)對紅河-哀牢山剪切帶內(nèi)點(diǎn)蒼山、哀牢山及越南大象山內(nèi)花崗質(zhì)巖石和變沉積巖進(jìn)行了細(xì)致的EBSD組構(gòu)研究。揭示出石英內(nèi)部多種復(fù)雜的組構(gòu)疊加樣式，并在大象山變質(zhì)雜巖帶變沉積巖的石榴石和夕線石內(nèi)獲得早期高溫(>600℃)純剪樣式。漠沙地區(qū)石榴夕線片麻巖內(nèi)石英c軸組構(gòu)表現(xiàn)為紅河-哀牢山剪切帶變沉積巖內(nèi)最為常見的兩種形式(Chenetal., 2016; Leloupetal., 1995; Liuetal., 2012; 王浩博等, 2019; 吳文彬, 2012; Wuetal., 2017; 翟云峰, 2008)，皆指示巖石內(nèi)熔體大量結(jié)晶后的亞固相線下的巖石變形過程，其中基質(zhì)中石英以靠近Y軸的極密為主，并疊加XZ面次級極密為特征，指示基質(zhì)內(nèi)石英保留中高溫(650～500℃)柱面〈a〉滑移，并疊加晚期低溫(450～300℃)底面〈a〉滑移。而石榴石蝕變區(qū)域細(xì)粒石英的變形結(jié)果以低溫靠近Z軸極密，指示其滑移系主要為低溫底面〈a〉滑移(Stippetal., 2002; Passchier and Trouw, 2005; Law, 2014)。值得指出的是在哀牢山雜巖帶漠沙剖面(Leloupetal., 1995)和靠近哀牢山斷裂花崗質(zhì)超糜棱巖內(nèi)(Liuetal., 2012)皆有高溫(>650℃)柱面〈c〉滑移的靠近X軸極密報(bào)道。目前雖然已有部分學(xué)者對更高溫度(>800℃)條件下石英EBSD組構(gòu)進(jìn)行研究，但分析樣品大多是在缺乏含水礦物的長英質(zhì)麻粒巖和富鋁質(zhì)超高溫麻粒巖內(nèi)進(jìn)行(Faleirosetal., 2016)，然而巖石由麻粒巖相向角閃巖相過渡過程中會經(jīng)歷強(qiáng)烈水化變形，流變學(xué)特征亦發(fā)生截然變化，高溫石英組構(gòu)常容易恢復(fù)。因此石榴石與夕線石的變形行為研究可彌補(bǔ)石英在固相線之上的缺乏對應(yīng)滑移系的不足。

研究表明在缺白云母的泥質(zhì)片麻巖內(nèi)夕線石是主要的塑性相(Musumeci, 2002; Leslieetal., 2015)。不同產(chǎn)出狀態(tài)的夕線石可以表現(xiàn)出不同的變形機(jī)制(Leslieetal., 2015)。夕線石內(nèi)存在的滑移系主要有(010)[100]、(100)[010]、(100)[001]、(001)[100]和(010)[001](Doukhan and Christie, 1982; Doukhanetal., 1985; Lambregts and van Roermund, 1990; Goergenetal., 2008)。王浩博等(2019)對哀牢山南段石榴夕線二長片麻巖內(nèi)夕線石組構(gòu)進(jìn)行了初步分析，發(fā)現(xiàn)夕線石主要滑移系為(010)[001]。本文采自哀牢山北段漠沙地區(qū)的片麻巖內(nèi)夕線石EBSD組構(gòu)分析揭示巖石早期退變形成的基質(zhì)內(nèi)竹節(jié)狀夕線石主要以繞〈010〉旋轉(zhuǎn)的方式重結(jié)晶。而位于粗粒石榴石之間，剪切過程流體通量顯著增加的強(qiáng)退變區(qū)，細(xì)粒夕線石主要發(fā)育(001)[100]滑移系。

石榴石作為廣泛存在于中、下地殼和上地幔的礦物，其變形機(jī)制的研究尤為重要也極為復(fù)雜，作為高對稱性和具有66組潛在滑移系的晶體，一般不需要通過晶格旋轉(zhuǎn)就可以使位錯有效恢復(fù)，這也是為什么石榴石可以發(fā)育顯著的定向扁長狀形態(tài)，卻不具有晶格優(yōu)選方位的原因(Mainpriceetal., 2004)。因?yàn)樵谧冃芜^程中一個(gè)擁有5個(gè)或5個(gè)以上獨(dú)立滑移系的晶體，可能發(fā)生明顯形狀的變化，但是晶格卻可以幾乎不發(fā)生旋轉(zhuǎn)(Jietal., 2003)，另外高溫塑性位錯滑移與低溫溶解-沉淀蠕變皆可導(dǎo)致石榴石產(chǎn)生晶格優(yōu)選(Ji and Martignole, 1994; Bons and Brok, 2000; Jietal., 2003)也增加了石榴石變形機(jī)制的不確定性。例如同樣是榴輝巖相變質(zhì)樣品：Terry and Heidelbach (2004)研究了挪威西部哈拉姆地區(qū)榴輝巖內(nèi)同構(gòu)造生長的細(xì)粒石榴石，認(rèn)為顆粒邊界遷移是巖石糜棱巖化過程中石榴石的主要變形方式。章軍峰等(2005)認(rèn)為超高壓榴輝巖中強(qiáng)烈的拉長和壓扁的石榴石實(shí)際上由眾多亞顆粒組成，反映在富結(jié)構(gòu)水條件下顆粒邊界滑移過程主導(dǎo)了榴輝巖的塑性變形。但Wassmann and St?ckhert (2013a)對榴輝巖相云母片巖中變形石榴石研究發(fā)現(xiàn)溶解-沉淀蠕變是低溫狀態(tài)下起主導(dǎo)作用的變形機(jī)制，并且變形過程伴隨退變質(zhì)反應(yīng)。因此單從是否具有晶格或形態(tài)優(yōu)選不能判定石榴石的變形機(jī)制，還需要結(jié)合詳細(xì)的巖相學(xué)觀察和礦物化學(xué)分析，特別是變質(zhì)反應(yīng)過程中流體運(yùn)移對顆粒邊界和表面的改造(Prioretal., 2002; Mainpriceetal., 2004)。對于石榴石位錯變形的支持證據(jù)主要來自于透射電鏡觀察到的大量自由位錯、位錯環(huán)、位錯網(wǎng)和位錯墻，然而在幾乎所有的石榴石TEM觀察中無論其變質(zhì)條件為榴輝巖相還是角閃巖相似乎皆可以發(fā)現(xiàn)位錯(Ji and Martignole, 1994; 陳晶, 1996; 蘇文等, 2001; Prioretal., 2000; 劉祥文等, 2005; 任升蓮等, 2011)，因此問題在于兩種變形機(jī)制是否同時(shí)存在或流體作用下的溶解-沉淀過程是否遮蓋了早期高溫韌性變形記錄(Ji and Martignole, 1994; den Brok and Kruhl, 1996; Prioretal., 2000; Storey and Prior, 2005; Wassmann and St?ckhert, 2013a, b)。低溫條件下石榴石表現(xiàn)為脆性，晶體中微弱的韌性變形主要在裂隙附近發(fā)育(Mainpriceetal., 2004)。這是由于溶解-沉淀反應(yīng)過程中含水礦物結(jié)晶生長使得應(yīng)力集中于石榴石裂隙開裂端將礦物斑晶逐漸撐開(Putnis, 2009)，并導(dǎo)致與生成物接觸的裂隙壁產(chǎn)生變形。

Liuetal. (2012)對大象山變質(zhì)雜巖帶內(nèi)石榴石EBSD研究發(fā)現(xiàn)以〈110〉方向上Z軸極密為主要特征，通過和石榴石粘塑性自洽的數(shù)值模擬結(jié)果對比作者認(rèn)為石榴石變形為高溫(>700℃)純剪切作用的結(jié)果。與之不同本文側(cè)重研究伴隨溶解-沉淀反應(yīng)具有明顯形態(tài)優(yōu)選方位的單顆石榴石的變形過程，背散射觀察獲得同剪切和晚期伸展階段流體作用下，石榴石沿顆粒邊緣和裂隙發(fā)育機(jī)械破裂的巖相學(xué)特征，EBSD分析揭示其變形是以繞〈112〉軸發(fā)生微弱機(jī)械旋轉(zhuǎn)為主。因此紅河-哀牢山剪切帶內(nèi)石榴石存在多種變形機(jī)制，正確區(qū)分這些變質(zhì)-變形過程對深入理解陸內(nèi)巨型剪切帶的演化歷史至關(guān)重要。

7.3 大地構(gòu)造意義

漸新世以來紅河-哀牢山左行剪切活動強(qiáng)烈疊加改造了構(gòu)造帶內(nèi)早期巖石，致使新生代早期構(gòu)造-變質(zhì)痕跡被大量抹去。在礦物化學(xué)成分上，石榴石大多具有同剪切期流體作用下重吸收的環(huán)帶樣式(Leloup and Kienast, 1993; Gilleyetal., 2003)，若以此成分限定構(gòu)造帶的熱演化只能獲得部分剪切活動階段的溫壓條件。Wangetal. (2016a)首次在元陽地區(qū)靠近哀牢山斷裂附近的石榴藍(lán)晶石云母片巖內(nèi)報(bào)道了石榴石生長環(huán)帶，但并未進(jìn)行年代學(xué)研究工作，因此不能排除印支期變質(zhì)生長的可能。本文首次在紅河斷裂附近深變質(zhì)巖石內(nèi)獲得石榴石的進(jìn)變質(zhì)生長環(huán)帶及相應(yīng)的組構(gòu)分析，巖石峰期條件可達(dá)高壓麻粒巖相，且這類礦物強(qiáng)烈定向的含藍(lán)晶石石榴夕線片麻巖與之前變形較弱的同類巖石的近等溫降壓的退變軌跡具有明顯差別(Jietal., 2020)，表現(xiàn)出明顯的降溫降壓的P-T軌跡，快速的冷卻過程可能與強(qiáng)剪切變形導(dǎo)致快速的抬升速率及大量流體滲入有關(guān)，這也是粗粒變斑晶能保留進(jìn)變質(zhì)環(huán)帶的原因，另外，由于巖石內(nèi)部鋯石變質(zhì)增生邊大多較窄，僅獲得一顆深熔鋯石年齡為23.2±0.4Ma，這個(gè)年齡被認(rèn)為是巖石退變穿越固相線時(shí)間(圖10)。因此綜合本文研究結(jié)果認(rèn)為紅河-哀牢山左行走滑本身并未導(dǎo)致大量的剪切熱使地殼熔融。相反，不均勻變形導(dǎo)致流體更易滲透，致使哀牢山雜巖帶在剪切階段以降溫隆升為主。

8 結(jié)論

(1) 哀牢山變質(zhì)雜巖帶石榴石、夕線石和石英EBSD分析揭示礦物變形主要發(fā)生在中低溫階段(650～300℃)，石榴石具有較弱的晶格優(yōu)選定向，石榴石形態(tài)優(yōu)選方位主要是受控于流體作用下的溶解-沉淀機(jī)制，而非高溫韌性變形，石榴石變形過程具有明顯的粒度敏感性并強(qiáng)烈受控于局部流體活動。基質(zhì)內(nèi)棱柱狀夕線石變形主要是以繞〈010〉軸旋轉(zhuǎn)為主，強(qiáng)蝕變區(qū)細(xì)小夕線石則發(fā)育(001)[100]滑移系。

(2)與弱變形的含藍(lán)晶石石榴夕線片麻巖的近等溫降壓P-T-t軌跡不同，強(qiáng)變形含藍(lán)晶石石榴夕線片麻巖具有降溫降壓的變質(zhì)軌跡，且?guī)r石內(nèi)粗粒石榴石保留進(jìn)變質(zhì)生長環(huán)帶。石榴石壓力影處新生黑云母與石榴石邊部成分記錄巖石于～9.5kbar、760℃演化至～6.0kbar、500～600℃的退變軌跡。

(3)哀牢山變質(zhì)雜巖帶漠沙地區(qū)石榴石夕線片麻巖野外構(gòu)造解析，巖石內(nèi)石榴石成分環(huán)帶、顯微構(gòu)造及變斑晶內(nèi)部包裹體的排列樣式皆表明紅河-哀牢山韌性走滑剪切啟動前印支陸塊與華南陸塊接觸帶經(jīng)歷了強(qiáng)烈的地殼擠壓增厚過程。石榴石變質(zhì)-變形綜合研究揭示變質(zhì)雜巖帶擠壓-剪切-伸展多階段構(gòu)造演化過程。

致謝中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所周桂生博士和梁風(fēng)華副研究員在電子探針與電子背散射衍射實(shí)驗(yàn)過程中給予了幫助；北京大學(xué)張波老師和利物浦大學(xué)的John Wheeler教授在顯微構(gòu)造及礦物組構(gòu)方面進(jìn)行了交流和指導(dǎo)；兩位審稿人提出許多寶貴的修改意見使文章得以進(jìn)一步提升；在此一并表示誠摯的感謝！