变质历史中的矿物组合和矿物演化

变质岩中的矿物和矿物组合序列以及矿物组合的演化序列是建立变质作用P-T轨迹的最基本任务。这项工作的大部分需要通过微观和亚微观尺度的观察和研究来完成，但详细的实地工作也是必要的。例如，薄片下稳定的矿物组合与变形期和侵入事件的关系很难确定，因为大多数高级变质杂岩是粗粒的

图7-3-1大青山-乌拉山地区孔兹岩系变质作用的P-T轨迹

M1—石榴石+黑云母+斜长石+应时蓝晶石；M2-石榴石+硅线石+斜长石+条带状长石+应时黑云母和石榴石+紫苏辉石+黑云母+斜长石+条带状长石+应时；M3-石榴石+堇青石+黑云母+应时+斜长石+钾长石；M4-退化黑云母+绿泥石(石榴石周围)和钾长石+绢云母+黑云母+绿泥石+应时。

这项工作通常从两个方面进行:

(1)变质作用与变形关系的研究。在变质作用历史中，可以形成多代矿物组合，同时也存在多期(幕)变形构造。变形阶段不一定与矿物年龄数一一对应，但它们在时间上有非常密切的成因联系。及时查明它们之间的成因联系，以变形构造为参照物，确定矿物组合的形成顺序。前提是这方面的研究要在变形构造序列基本识别的基础上进行，这方面的内容在下面详细讨论。

(2)矿物和矿物组合的顺序主要是由矿物的成因关系和反映矿物间转化关系和顺序的各种结构(如反应残余和反应边缘结构、后合成晶体、假结构和矿物间的关系)决定的。

2.高级变质区变质演化的基本规律。

在高级变质地体的变质历史中，在岩石逐渐变质到峰值条件的过程中，无水矿物通过脱水反应逐渐取代岩石中的含水矿物相，而水则沿着裂隙或剪切带被挤压到更高的地壳层，或被深熔形成的熔体吸收。在峰值条件下，扩散速率相对较高，增量变质过程中的矿物组合和结构通常被岩石中结构和化学的平衡所破坏。在退变质过程中，由于扩散速率随温度降低而降低，变质反应往往达不到真正的平衡，高峰期的矿物组合和结构可能得以保存，而退变质的结构多以合成晶体、反应棱或冠的形式出现。但是，如果加入水，上述脱水反应是可逆的。在大量深部熔体存在的情况下，熔体结晶过程中释放的自由水能促进大量含水矿物的形成，许多高级变质地体中峰值矿物组合的保存可能是自由水缺乏的结果。在变质演化过程中，变质岩的强烈变形也是一个非常重要的因素，它不仅可以增加变质反应的扩散速率(Bell和Guff，1989；Bell和Hayward，1991)，初步研究结果表明变形可能降低变质反应的温度和压力条件(Marui等人，2005；李华琪等，2005)。因此，高级变质岩中的矿物和矿物组合并不都是峰期矿物组合，增量变质阶段的矿物和矿物组合可能被少量保存，而峰期以后的退变质阶段的矿物、矿物组合和变质反应结构可以被大量保存，从而使研究变质作用的演化成为可能。不同阶段矿物和矿物组合的保存程度取决于变质、流体和变形的温压条件。

3.变质历史中的矿物组合、变质反应结构和赋存特征。

根据变质作用演化的基本规律，不同变质阶段的矿物、矿物组合和变质反应构造分别具有不同的输出特征和输出规律。

在高级变质岩中，某一特定阶段的矿物组合通常在类似岩石中占主导地位。该矿物组合中的变质矿物具有直的或略弯曲的边界，并呈正多边形，其特征为无止境的晶粒(对应时和长石等大多数矿物而言)，晶体边缘无反应边缘，彼此形成多边形变粒体结构。在许多高级变质地体中，这种矿物组合反映了变质作用高峰期的矿物组合(Passchier等，1990；陆等，2004)，但在一些高级变质地体中，也可在高峰期后的早期退变质阶段形成。如在内蒙古大青山-乌拉山高级变质地体的孔兹岩系中，大部分富铝片麻岩中多边形变粒片麻岩结构的矿物组合为石榴石+堇青石+黑云母+应时+斜长石+钾长石，石榴石+黑云母+应时+斜长石。部分岩石含有硅线石和紫苏辉石，但它们或是被石榴石包裹的自形-半自形晶体，或是被堇青石包裹的残余晶体，表明该区富铝片麻岩中的峰值矿物组合为石榴石+硅线石+斜长石+条纹长石+应时黑云母；石榴石+紫苏辉石+黑云母+斜长石+条纹长石+应时已普遍改造，优势矿物组合在高峰期后的等温降压阶段为富堇青石，反映了高级变质地体的大规模隆升。

变质阶段的矿物和矿物组合往往随着变质程度的增加而逐渐被高峰期的矿物组合所取代，但其残余物有时因被其他矿物包裹而得以保存。如内蒙古集宁和大青山-乌拉山地区孔兹岩系中的石榴石斑晶一般含有鳞片状绿色黑云母+斜长石+应时蓝晶石组合(图7-3-2a，b，c)。部分石榴石不仅在核芯中含有这种组合，在地幔中还含有硅线石+斜长石+应时(图7-3-2b，c)，其中出现硅线石且粒度逐渐增大，由针状变为针状，最后石榴石被粗晶柱状硅线石包围，代表M2峰阶段的代表性矿物组合:石榴石+硅线石+斜长石+条纹长石+。在一些紫苏石榴石黑云母斜长片麻岩中，石榴石还含有紫苏辉石+斜长石+应时的矿物组合(图7-3-2d)，也代表了M2峰期的矿物组合；此外，变质锆石晶体中由内向外出现蓝晶石、硅线石和堇青石包裹体(赖等，2002)，这可以在变质过程中的矿物变化序列中得到反映。另外，麻粒岩中的变质斜方辉石常含有早期绿色角闪石和细斜长石(陆等，1996，2004)。当然，在确定变质阶段的矿物组合或矿物演化序列时，需要详细研究这些包裹体矿物的光学和成分特征来确定其成因，因为这些包裹体矿物是在斑晶之前或同时形成的。有时，进入变质阶段的岩石也可能在弱变形透镜体中见到，但此时需要通过野外和实验室分析与高峰期的岩石相区别。

相对而言，高级变质岩中的矿物变化和各种构造较为发育，常见现象有:①早期矿物周围或两种早期矿物之间由一种以上晚期矿物组成的后同晶，如石榴石二辉橄榄岩中石榴石周围蠕虫状斜方辉石+斜长石后同晶(图7-3-3a)，或角闪石+斜长石后同晶(图7-3)斜方辉石+单斜辉石+斜长石+石榴石周围应时反应边(图7-7在富铝片麻岩中，蠕虫状斜方辉石+堇青石后同晶或紫苏辉石+斜长石反应边(图7-3-4d)，石榴石与硅线石之间的堇青石反应边(图7-3-4a)，堇青石+硅线石+磁铁矿+应时+黑云母后同晶(图7-3-4b硅酸钙岩中红柱石退化形成的斜长石+方解石+应时合金；(2)早期的无水矿物沿颗粒边缘、解理面和裂隙被后期的含水矿物取代或替代，如紫苏辉石周围和节理裂隙中的角闪石矿物；(3)石榴石、辉石、角闪石、黑云母等一些矿物在冷却过程中成分扩散形成的成分带；(4)完全被后同晶晶体或退化矿物替代的早期矿物假象，如基性麻粒岩中由斜方辉石+斜长石或角闪石+斜长石组成的石榴石假象(图7-3-3c)，表现为露头上散在的等颗粒白点，或角闪石替代辉石的短柱状辉石假象；⑤高级变质杂岩中的低级变质矿物和矿物组合，如泥质岩中可能出现的绿泥石、绿帘石、钠长石和白云母；镁铁质岩石中的黑云母、绿泥石、绿帘石、榍石、钠长石、蛇纹石和温石棉；硅酸钙岩石中的透闪石和滑石。

图7-3-2增量变质阶段内蒙古大青山富铝片麻岩的矿物组合及演化

含紫精的A—石榴石片麻岩显示三个阶段的变质矿物组合:变质阶段的矿物组合(M1)，细黑云母+石榴石+斜长石+应时蓝晶石组合；高峰期矿物组合(M2)，石榴石+硅线石+条纹长石+应时+黑云母；高峰期后等温降压阶段矿物组合(M3)，石榴石+堇青石+黑云母+应时+斜长石+钾长石黑云母(包古公路大庙以北D003-1，10km)；B—在图A的放大图中，M1阶段的矿物组合被包含在石榴石的核中，M2的矿物组合在圈外。注意石榴石边缘的硅线石晶体是由针状-针状-柱状逐渐生长的，说明硅线石和石榴石是同时生长的。在石榴石边缘，石榴石与硅线石之间存在堇青石反应边缘，反映出碳硅质堇青石石榴石黑云母斜长片麻岩，石榴石斑晶表现出与图B相似的包裹体矿物特征，在岩心(B829，吉登湾)白色破碎圈的细应时+斜长石+黑云母(M1)边缘形成大量硅线石；d-紫苏石榴石黑云母斜长片麻岩中含有紫苏辉石+斜长石+应时集合体，边缘形成相同的矿物组合，但粒度较粗，表明这些矿物和石榴石是高峰期结晶生长的产物(1p1b36-1。grt—-石榴石；银——硅线石；CRD—-堇青石；紫苏烯；PL-斜长石；qtz—-应时