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碎屑石榴石中金剛石和柯石英包裹體研究——對超高壓變質作用的啟示

關鍵詞 石榴石 , 金剛石 , 超高壓|2019-11-25 14:07:07|技術信息
摘要 研究表明位于德國薩克森厄爾士山地區的片巖-榴輝巖巖石單元在華里西造山過程中,經歷了超高壓的變質作用。該巖石單元主要包括正、副片麻巖、大量的榴輝巖透鏡體以及少量的橄欖巖透鏡體(圖1)...

研究表明位于德國薩克森厄爾士山地區的片巖-榴輝巖巖石單元在華里西造山過程中,經歷了超高壓的變質作用。該巖石單元主要包括正、副片麻巖、大量的榴輝巖透鏡體以及少量的橄欖巖透鏡體(圖1)。由于金剛石包裹體的發現,該巖石單元得到了大量的關注。盡管超高壓變質條件已經在少數變質巖體得到了地質溫壓計算的證實,但是超高壓變質作用的礦物學證據-柯石英或者金剛石包裹體-依然十分有限。而且,超高壓變質作用的范圍也沒有得到很好約束。

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圖1 德國薩克森地區厄爾士山高壓變質巖石單元地區地質簡圖

針對以上科學問題,德國哥廷根大學Sch?nig等對該區域河流流域中出露的700顆包含礦物包裹體的碎屑石榴石進行了詳細的礦物包裹體和礦物化學研究。

該研究共采取了不同流域的7個石榴石沙樣(圖1)。結果表明:

(1)在26顆石榴石中發現了46個柯石英的包裹體,其中39顆柯石英為單礦物,<13μm,并且未發現破裂,而另外的7顆柯石英則存在大量的退變質石英組分,并且通??杉系牧嚴叮ㄍ?);(2)在22顆石榴石中發現了41顆金剛石包裹體,其中22顆為單礦物,另外19顆為多相的包裹體(圖2);(3)最大流域地區采集的碎屑石榴石具有最大礦物化學組分變化范圍,但缺乏與榴輝巖中石榴石類似的端元(圖3);(4)含金剛石碎屑石榴石的化學組成與含金剛石副片麻巖中的石榴石類似(圖3)。

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圖2 碎屑石榴石中的柯石英和金剛石包裹體。A樣品JS-Erz-3s石榴石中的4顆柯石英包裹體及其拉曼譜峰,B樣品JS-Erz-9s石榴石中6顆金剛石包裹體及其拉曼譜峰

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圖3 碎屑石榴石的化學組成,不同顏色的區域代表了基底巖石中石榴石的化學組成

該研究發現該地區碎屑石榴石中廣泛出露柯石英包裹體,表明研究區域廣泛存在超高壓變質作用。根據含柯石英包裹體碎屑石榴石的礦物化學組成可以得知,這些石榴石主要來自榴輝巖和長英質片麻巖2個源區,其中大約77%來自榴輝巖,主要證據為:(1)相似的地球化學組成,(2)共存的綠輝石包裹體,以及(3)不同流域樣品中石榴石的豐度。另外的19%則來自長英質片麻巖,主要證據為:(1)相似的地球化學組成,(2)綠輝石包裹體的缺失,以及(3)不同流域樣品中石榴石的豐度。

含金剛石包裹體的碎屑石榴石僅在樣品JS-Erz-9s中出露,表明含金剛石的超高壓變質巖體出露較少。

該項研究表明:

(1)含柯石英的碎屑石榴石在德國厄爾士山地區出露廣泛,表明該地區普遍經歷了柯石英穩定域的超高壓變質作用;

(2)含金剛石碎屑石榴石出露較有限,表明含金剛石的變質巖石出露較少;

(3)小顆粒的礦物包裹體(<20μm)更容易得到保存;

(4)碎屑石榴石中柯石英和金剛石包裹體的研究是揭示超高壓變質作用區域的有效途徑。 

文章發表在Geology上:

Sch?nig 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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