周峰 茍龍龍 翟明國, 2 張成立 GEORGE Paul Mathews 盧俊生 趙燕 敖文昊

1. 大陸動力學國家重點實驗室，西北大學地質(zhì)學系，西安 7100692. 中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，巖石圈演化國家重點實驗室，北京 1000291.

雖然鈣硅酸鹽成分的巖石在麻粒巖地體中很少，但是它所含的礦物組合以及反應結構可以很好地指示變質(zhì)PT條件和流體活動(Motoyoshietal., 1991; Fitzsimons and Thost, 1992; Harley and Buick, 1992; Dasgupta, 1993; Fitzsimons and Harley, 1994; Harleyetal., 1994; Satish-Kumaretal., 1996; Stephenson and Cook, 1997; Senguptaetal., 1997; Satish-Kumar and Harley, 1998; Mathavan and Fernando, 2001; Sengupta and Raith, 2002; Groppoetal., 2013; Thu and Enami, 2018)。方柱石是一種在鈣硅酸鹽巖中常見的富含揮發(fā)性組分的架狀硅酸鹽礦物，成分變化范圍大，且可以提供關于變質(zhì)時期流體的組分信息(Mora and Valley, 1989; Kullerud and Erambert, 1999; Satish-Kumaretal., 2006)，其擁有兩個固溶體端元，分別是鈉柱石(Na4Al3Si9O24Cl)和鈣柱石(Ca4Al6Si6O24CO3)(Teertstra and Sherriff, 1997)。鈣柱石是下地殼的一種重要碳酸鹽儲備(Moecheretal., 1994)，而鈉柱石則富集鹵族元素，其被認為形成于蒸發(fā)巖或者與高濃度含鹽流體有關(Oliveretal., 1994; Kullerud and Erambert, 1999; Deeretal., 2013)。與其它含氯元素礦物不同的是(例如磷灰石、角閃石和云母)，方柱石幾乎不含羥基。方柱石是一種水熱、變質(zhì)、或者交代成因的礦物，通常是由斜長石與富Cl或CO2的流體反應生成(Goldsmith, 1976; Mora and Valley, 1989; Rebbert and Rice, 1997)，也可通過大理巖的交代和變質(zhì)作用形成(Markl and Piazolo, 1998; Guoetal., 2016)。前人研究的鈣硅酸鹽巖主要分布于印度的Eastern Ghats和Kerala孔茲巖帶、斯里蘭卡Maligawila地區(qū)、澳大利亞中部Arunta塊體和東南極的Rauer群與Northern Prince Charles Mountains，這些鈣硅酸鹽巖均分布于元古代時期的麻粒巖地體中，太古代時期的鈣硅酸鹽巖鮮有報道，并且這些麻粒巖地體中的鈣硅酸鹽巖峰期礦物常以出現(xiàn)硅灰石+方柱石為特征，鈣鋁榴石-鈣鐵榴石系列的石榴子石+單斜輝石常作為貫通礦物，鈣鋁榴石常以冠狀體形式出現(xiàn)(Warrenetal., 1987; Harley and Buick, 1992; Buicketal., 1993; Dasgupta, 1993; Fitzsimons and Harley, 1994; Bhowmiketal., 1995; Senguptaetal., 1997; Stephenson and Cook, 1997; Satish-Kumar and Harley, 1998; Mathavan and Fernando, 2001; Sengupta and Raith, 2002; Dasgupta and Pal, 2005)。

本研究對來自印度南部麻粒巖地體Namakkal陸塊Tammampatti地區(qū)鈣硅酸鹽巖進行詳細的巖石學觀察，發(fā)現(xiàn)其礦物組合以方柱石+石榴子石+斜長石+榍石+鈦鐵礦為特征，而前人對該礦物組合穩(wěn)定的溫壓范圍缺乏有效限定，此外，它們的巖石成因和地質(zhì)意義也不清楚。因此，我們在詳細的巖相學觀察基礎上，通過Na2O-CaO-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-TiO2-Fe2O3-CO2-H2O體系相平衡模擬和LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，限定了這些鈣硅酸鹽巖的變質(zhì)溫壓條件與時代，用以揭示它們的巖石學成因和地質(zhì)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

印度半島南部由太古代達瓦克拉通(DC)和南部麻粒巖地體組成(圖1; Brandtetal., 2014)。根據(jù)西部綠巖帶的分布范圍以及東部年輕的花崗質(zhì)侵入體，通常將達瓦克拉通劃分為西達瓦克拉通(WDC)與東達瓦克拉通(EDC)(Chadwicketal., 2000; Jayanandaetal., 2000; Hokadaetal., 2013)。最近有學者在東西達瓦克拉通之間進一步劃分出了中達瓦克拉通(CDC) (Peucatetal., 2013; Jayanandaetal., 2018; Wang and Santosh, 2019)。

圖1 印度南部區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)Ishwar-Kumar et al., 2013; Plavsa et al., 201; Lancaster et al., 2015; He et al., 2020修改)KSZ-Kumta剪切帶；COSZ-Coorg剪切帶；ChSZ-Chitradurga剪切帶；MKSZ-Mettur-Kolar剪切帶；NSZ-Nallamalai剪切帶；MSZ-Moyar剪切帶；MSASZ-Moyar-Salem-Attur剪切帶；EN-Erode-Namakkal 剪切帶；BSZ-Bhavani 剪切帶；CSZ-Cauvery剪切帶；KKPTSZ-Karur Kambam Painavu Trichur剪切帶；ASZ-Achankovil 剪切帶；WDC-西達瓦克拉通；CDC-中達瓦克拉通；EDC-東達瓦克拉通；EGMB-Eastern Ghats 活動帶Fig.1 Map showing geo-tectonic framework of southern India (modified after Ishwar-Kumar et al., 2013; Plavsa et al., 2014; Lancaster et al., 2015; He et al., 2020)KSZ-Kumta shear zone; COSZ-Coorg shear zone; ChSZ-Chitradurga shear zone; MKSZ-Mettur-Kolar shear zone; NSZ-Nallamalai shear zone; MSZ-Moyar shear zone; MSASZ-Moyar-Salem-Attur shear zone; EN-Erode-Namakkal shear zone; BSZ-Bhavani shear zone; CSZ-Cauvery shear zone; KKPTSZ-Karur Kambam Painavu Trichur shear zone; ASZ-Achankovil shear zone; WDC-Western Dharwar craton; CDC-Central Dharwar craton; EDC-Eastern Dharwar craton; EGMB-Eastern Ghats mobile belt

西達瓦克拉通主要由～3.3Ga TTG片麻巖和綠巖帶(Peucatetal., 1995; Jayanandaetal., 2008)，ca. 2.7～2.6Ga的Dharwar群(Nutmanetal., 1996; Trendalletal., 1997a, b; Jayanandaetal., 2013b)，以及2.61Ga 的鉀質(zhì)花崗巖(Jayanandaetal., 2006)組成。中達瓦克拉通發(fā)育有大量超過3.0Ga的TTG片麻巖與少量～2.7Ga的綠巖帶(Jayanandaetal., 2000, 2013b; Chardonetal., 2011)，以及～2.52～2.51Ga Closepet花崗巖 (Friend and Nutman, 1991; Jayanandaetal., 1995, 2000; Moyenetal., 2003; Pengetal., 2019)。東達瓦克拉通發(fā)育有ca. 2.7～2.6Ga英云閃長質(zhì)片麻巖，～2.7Ga的綠巖帶，以及ca. 2.55～2.53Ga的長英質(zhì)巖漿巖(Peucatetal., 2013; Glorieetal., 2014; Jayanandaetal., 2013a, 2018)。

達瓦克拉通的南部由幾個紫蘇花崗巖微陸塊圍繞，自西向東依次為Coorg、Nilgiri、Billigiri Rangan、Shevaroy、Madras和Namakkal陸塊(圖1)。前人研究認為這些微陸塊在新太古代-古元古代早期沿著不同的縫合帶聚合在一起(Lietal., 2018)。然而，達瓦克拉通西南方向的Coorg陸塊，由于缺乏在其它紫蘇花崗巖微陸塊廣泛發(fā)育的～2.5Ga區(qū)域變質(zhì)作用記錄，推測其很可能是一個外來的中太古代陸塊(Santoshetal., 2015)。

Nilgiri 陸塊主要由紫蘇花崗巖、基性麻粒巖、角閃石-黑云母片麻巖、變沉積巖、輝石巖、角閃巖和條帶狀含鐵建造組成(Raithetal., 1999; Samueletal., 2014, 2015, 2016, 2018)。紫蘇花崗巖原巖結晶年齡為2676±13Ma和2560±7Ma(Peucatetal., 2013)，變質(zhì)年齡在2.52～2.45Ma之間變化(Peucatetal., 2013; Samueletal., 2014)?；月榱r的巖漿結晶年齡為2539±3Ma，變質(zhì)年齡為2459±9Ma，其記錄了一個逆時針的P-T軌跡，峰期變質(zhì)條件為ca. 850～900℃/ca. 14～15kbar(Samueletal., 2015)。石榴子石輝石巖的巖漿結晶年齡為2532±22Ma，變質(zhì)時代為2520±27Ma和2478±27Ma，同樣記錄了逆時針的P-T軌跡，峰期變質(zhì)達到ca. 900～1000℃/ca. 18～20kbar(Samueletal., 2018)。

Billigiri Rangan 陸塊主要由紫蘇花崗巖、基性麻粒巖、花崗巖、長英質(zhì)片麻巖、角閃巖、混合巖和變花崗巖組成(Peucatetal., 2013; Ratheesh-Kumaretal., 2016, 2020)。鋯石U-Pb定年結果顯示紫蘇花崗巖的原巖結晶年齡為3.36Ga、2.60Ga和2.55～2.54Ga(Peucatetal., 2013; Ratheesh-Kumaretal., 2020)，變質(zhì)年齡從2.53Ga到2.50Ga之間變化(Peucatetal., 2013; Ratheesh-Kumaretal., 2016, 2020)，而基性麻粒巖記錄的變質(zhì)年齡為～2.55Ga(Ratheesh-Kumaretal., 2020)。

Shevaroy陸塊主要由紫蘇花崗巖、長英質(zhì)片麻巖和堿性雜巖組成(Peucatetal., 2013; Glorieetal., 2014; Lietal., 2018)。紫蘇花崗巖原巖年齡為2.76Ga和～2.55Ga，變質(zhì)年齡為～2.52Ga，長英質(zhì)片麻巖原巖年齡為2.90～2.63Ga和～2.55Ga，變質(zhì)年齡為2.53～2.50Ga(Peucatetal., 2013; Glorieetal., 2014)。堿性雜巖的巖漿結晶時代為820～800Ma(Glorieetal., 2014)。Madras陸塊主要由紫蘇花崗巖、混合巖、花崗閃長巖、長英質(zhì)片麻巖、角閃巖以及條帶狀含鐵建造組成(Lietal., 2018)?，F(xiàn)有年代學數(shù)據(jù)顯示這些巖石的巖漿結晶年齡為2.58～2.50Ga，變質(zhì)時代為2.54～2.46Ga(Crawford, 1969; Bernard-Griffithsetal., 1987; Lietal., 2018)。

Namakkal陸塊北部以Salem Attur剪切帶(SASZ)為界，主要由長英質(zhì)片麻巖、基性麻粒巖與變沉積巖組成(Andersonetal., 2012; Noacketal., 2013; Saitohetal., 2011; Satoetal., 2011a)。長英質(zhì)片麻巖的地質(zhì)年代學研究表明其原巖結晶年齡為2.65Ga、2.60Ga和2.54～2.53Ga，于2.49～2.44Ga發(fā)生變質(zhì)作用(Andersonetal., 2012; Noacketal., 2013; Saitohetal., 2011; Satoetal., 2011a)。Noacketal. (2013)利用全巖Lu-Hf限定基性麻粒巖原巖年齡為2536±300Ma，峰期變質(zhì)年齡為2434±17Ma (石榴子石Lu-Hf測年)。該地區(qū)的含藍晶石-石榴子石的長英質(zhì)片麻巖記錄的峰期溫壓條件為820～860℃/14～16kbar，變質(zhì)時代為2490～2470Ma(Andersonetal., 2012)。此外，Santoshetal. (2014)在該地區(qū)報道了大約800Ma的堿性巖漿侵入時代。

Namakkal 陸塊中部主要由紫蘇花崗巖、長英質(zhì)片麻巖、角閃石黑云母片麻巖、花崗巖、輝石巖、基性-超基性雜巖體以及少量的條帶狀磁鐵石英巖組成(Clarketal., 2009; Mohanetal., 2013; Glorieetal., 2014; Beheraetal., 2019; Pengetal., 2019; Georgeetal., 2019; Talukdaretal., 2020)。鋯石U-Pb定年顯示紫蘇花崗巖原巖結晶年齡為2580～2530Ma，變質(zhì)時代為2520～2480Ma(Clarketal., 2009; Glorieetal., 2014; Beheraetal., 2019; Pengetal., 2019)。此外，前人對位于Namakkal地區(qū)的Sittampundi層狀基性雜巖體進行了研究(Sajeevetal., 2009; Mohanetal., 2013)，Sajeevetal. (2009)認為出現(xiàn)于斜長巖中的退變榴輝巖變質(zhì)條件為1020℃/20kbar。鋯石U-Pb定年得到斜長巖的原巖結晶年齡為2541±13Ma，變質(zhì)年齡為2461±14Ma(Mohanetal., 2013)，而Heetal. (2021)得到斜長巖的原巖結晶年齡為2522±12Ma。Georgeetal. (2019)對Jambumalai地區(qū)的石榴子石輝石巖進行研究，得到其變質(zhì)年齡為2526±38Ma，峰期變質(zhì)條件為22kbar/980℃。

Namakkal陸塊南部以Cauvery剪切帶(CSZ)為界，主要由太古代的角閃石片麻巖組成，其中有年輕花崗巖體的侵入，鋯石U-Pb定年顯示這些花崗巖結晶年齡為～560Ma(Brandtetal., 2014; Plavsaetal., 2015; Glorieetal., 2014)。該區(qū)域也分布有含假藍寶石的超高溫麻粒巖(Santoshetal., 2004, 2006; Shimpoetal., 2006; Collinsetal., 2007; Nishimiyaetal., 2010)。CSZ邊緣的Devannur-Mahadevi地區(qū)，Yellappaetal. (2012)對奧長花崗巖進行鋯石U-Pb定年，得到奧長花崗巖的結晶年齡分別為2528±61Ma和2545±56Ma。Talukdaretal. (2020)對該地區(qū)的長英質(zhì)片麻巖進行鋯石U-Pb定年，得到原巖年齡大于2530Ma, 變質(zhì)年齡為2479±4Ma。在Manamedu地區(qū)，Satoetal. (2011b)對斜長花崗巖進行鋯石U-Pb定年，得到817±16Ma的巖漿結晶年齡，而Santoshetal. (2012)對該地區(qū)的斜長花崗巖與變輝長巖進行研究，分別得出782±24Ma～737±23Ma和786±7Ma～744±11Ma的巖漿結晶年齡，其被認為是岡瓦納超大陸聚合(～550Ma)之前莫桑比克洋洋殼的殘留(Santoshetal., 2009)。

2 分析方法

本次研究中，除了鋯石的分選和陰極發(fā)光照相(CL)在廣州拓巖檢測技術有限公司進行外，其它的分析測試均在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。

LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年分析條件：激光頻率為6Hz，束斑直徑為32μm。實驗中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣，使用美國國家標準技術研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質(zhì)NIST SRM 610進行儀器最佳化，每完成6個測點的樣品測定，加測標樣一次。鋯石年齡采用國際標準鋯石91500作為外標標準物質(zhì)，元素含量采用NIST SRM 610作為外標，29Si作為內(nèi)標。同位素比值與微量元素含量通過GLITTER軟件進行處理。

全巖主量元素分析步驟如下：先將樣品粉碎到200目，然后稱取樣品0.7±0.0001g，加入Li2B4O75.2±0.001g、助熔劑及脫模劑的LiF 0.4±0.001g，氧化劑NH4NO30.3±0.001g，將四者混和均勻后，放入鉑金鍋中，再加滴1～2滴脫模劑溴化鋰。在1200℃下加熱8分鐘，至冷卻后將玻璃熔片從鍋中取出，將玻璃熔片放入熒光光譜儀(XRF)自動進樣系統(tǒng)進行測試。

礦物化學分析測試儀器型號為JEOL JXA-8230，分析條件為加速電壓15kV，電流10nA，分析束斑因測試礦物而異，方柱石采用10μm，其余礦物均采用2μm。不同元素采用SPI公司提供的不同礦物標樣進行校正，石英/硬玉-Si，硬玉/斜長石-Al，硬玉/鈉長石-Na，透輝石-Ca，橄欖石-Mg，透長石-K，鈦鐵礦-Fe，薔薇輝石-Mn，金紅石-Ti。本文中礦物縮寫符號均采用Whitney and Evans (2010)。部分礦物縮寫如下：Grt：石榴子石；Ep：綠簾石；Pl：斜長石；Scp：方柱石；Cal：方解石；Kfs：鉀長石；Qz: 石英；Spn：榍石；Ilm：鈦鐵礦。

圖2 南部麻粒巖地體Namakkal陸塊地質(zhì)圖(據(jù)George and Sajeev, 2015; George et al., 2019修改)Fig.2 Geological map of the Namakkal Block of the Southern Granulite Terrain (modified after George and Sajeev, 2015; George et al., 2019)

3 巖相學與礦物化學

本次研究的鈣硅酸鹽巖樣品來自南部麻粒巖地體Namakkal陸塊Tammampatti地區(qū)東南方向約18km的紫蘇花崗巖地體 (11°17′16.2″N、78°32′09.1″E)(圖2)，該鈣硅酸鹽巖取自農(nóng)田附近的采石堆中(圖3a)，野外產(chǎn)狀并不清楚，手標本呈灰黑色，塊狀構造，與紫蘇花崗巖的接觸邊界清晰(圖3b)。在詳細巖石學觀察和全巖化學成分分析的基礎上，本研究選擇18ID-24和18ID-25兩個樣品進行研究。這2個樣品的巖石學特征與全巖主量元素成分存在細微差異，為了更準確限定它們的變質(zhì)溫壓條件，我們對它們同時進行了巖石學和相平衡模擬計算研究，起到相互補充印證的作用。詳細的巖石學和礦物化學介紹如下。

3.1 樣品18ID-24

該樣品具有花崗變晶結構，塊狀構造，主要礦物有方柱石(10%)、石榴子石(30%)、斜長石(50%)、方解石(5%)、綠簾石(4%)和石英(1%)，副礦物有鋯石、榍石、鈦鐵礦、磷灰石(圖4a～c)。方解石，斜長石與石英以冠狀體的形式出現(xiàn)在方柱石的邊緣(圖4b)，可能為方柱石分解的產(chǎn)物。綠簾石出現(xiàn)在石榴子石顆粒邊緣(圖4c)。石榴子石為鈣鋁榴石-鈣鐵榴石-鐵鋁榴石固溶體，幾乎不含錳鋁榴石和鎂鋁榴石(Grs=0.620～0.635; Adr=0.164～0.175; Alm=0.192～0.203; Prp=0.004～0.006; Sps=0.002～0.003)(表1)。石榴子石從核部到邊部，除了鈣鐵榴石含量有輕微升高，鈣鋁榴石有輕微降低趨勢外，其余組分端元沒有明顯變化(圖5)。斜長石主要為鈣長石端元(XAn=0.988～0.992;XAb=0.007～0.011;XOr=0.000～0.001)(表1)。方柱石主要為鈣柱石端元(EqAn=89.700～92.135；Me%=95.450～95.700)(表1)。

3.2 樣品18ID-25

該樣品同樣具有花崗變晶結構，塊狀構造，主要礦物有方柱石(10%)、石榴子石(36%)、斜長石(46%)、方解石(4%)、綠簾石(4%)、以及石英(1%)；副礦物有鋯石、榍石、鈦鐵礦、磷灰石(圖4d-f)。方解石，斜長石與石英以后成合晶的形式出現(xiàn)在方柱石的邊緣(圖4e)。石榴石為鈣鋁榴石-鈣鐵榴石-鐵鋁榴石固溶體，幾乎不含錳鋁榴石和鎂鋁榴石(Grs=0.590～0.605; Adr=0.185～0.210; Alm=0.195～0.210; Prp=0.003～0.005; Sps=0.001～0.003)(表2)。石榴子石成分比較均一，自核部到邊部，除了鈣鐵榴石稍有降低，鐵鋁榴石稍有升高外，其余端元組分沒有明顯變化(圖5)。斜長石主要為鈣長石端元(XAn=0.975～0.985;XAb=0.017～0.025;XOr=0.000～0.001)(表2)。方柱石成分較為均一，主要為鈣柱石端元(EqAn=85.830～88.000; Me%=93.350～94.321)(表2)。

表1 方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖(樣品18ID-24)礦物成分(wt%)

表2 方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖(樣品18ID-25)礦物化學成分(wt%)

圖3 Tammampatti地區(qū)方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖野外照片(a)農(nóng)田附近的采石堆；(b)方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖與紫蘇花崗巖接觸關系Fig.3 Field photographs of the scapolite-garnet calc-silicate in the Tammampatti area(a) the quarry near the farmland; (b) the boundary between the scapolite-garnet calc-silicate and charnockite

綜合2個樣品在鏡下觀察到的礦物反應結構，可以得出本研究中方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖的峰期變質(zhì)礦物組合為石榴子石+方柱石+斜長石+榍石+鈦鐵礦。綠簾石環(huán)繞石榴子石顆粒邊部生長，方解石、斜長石與石英則出現(xiàn)方柱石的邊緣，指示它們是在峰期變質(zhì)作用之后形成。

4 鋯石U-Pb年代學

4.1 鋯石結構與定年結果

本研究的方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖中鋯石顆粒較大，粒徑為100～300μm，陰極發(fā)光(CL)顯示部分鋯石具有核邊結構，核部表現(xiàn)為高亮度，弱分帶或無分帶現(xiàn)象，為典型的變質(zhì)鋯石，邊部為發(fā)光較暗的變質(zhì)邊。此外可見單顆粒的高亮度或低亮度鋯石，高亮度鋯石發(fā)光均勻，弱分帶或無分帶現(xiàn)象，為變質(zhì)成因鋯石；低亮度鋯石顯示補丁狀、冷杉樹狀結構，為典型的變質(zhì)鋯石(圖6)。在年齡諧和圖中，高亮度變質(zhì)鋯石測點(32個測點)年齡整體上比低亮度變質(zhì)鋯石(17個測點)要老一些(表3)。除去3個信號異常測點(12、13和49)(圖7a)，分別對剩余的高亮度和低亮度鋯石較為諧和測點年齡進行加權平均，得到高亮度變質(zhì)鋯石的207Pb/206Pb加權平均年齡為2562±17Ma，而低亮度變質(zhì)鋯石207Pb/206Pb加權平均為2495±15Ma(圖7b, c)。

圖4 Tammampatti地區(qū)方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖顯微照片樣品18ID-24的花崗變晶結構和礦物組合(a, 正交偏光)、方柱石周圍的方解石、斜長石以及石英后成合晶(b,背散射圖像)及石榴子石邊緣的綠簾石冠狀體(c, 背散射圖像)；樣品18ID-25的花崗變晶結構和礦物組合(d, 正交偏光)、方柱石周圍的方解石、斜長石以及石英冠狀體(e, 背散射圖像)及斜長石中出溶鉀長石(f, 背散射圖像)Fig.4 Photo-micrographs of the scapolite-garnet calc-silicate in the Tammampatti areaGranoblastic texture and mineral assemblages (a, cross-polarized light), calcite and plagioclase surrounding scapolite (b, BSE image) and epidote corona between garnet and plagioclase (c, BSE image) in the Sample 18ID-24;Granoblastic texture and mineral assemblages (d, cross-polarized light), symplectite of calcite, plagioclase and quartz surrounding scapolite (e, BSE image) and K-feldspar exsolution in plagioclase (f, BSE image) in the Sample 18ID-25

4.2 鋯石微量元素特征

本次研究共進行了49個鋯石微區(qū)微量元素測試，所得結果見表4和圖7d。高亮度變質(zhì)鋯石稀土元素總量為4.8×10-6～152.6×10-6，Th/U為0.02～0.65，(Gd/Yb)N比值在0.01～0.39之間，球粒隕石標準化稀土配分圖顯示輕稀土變化范圍較大，Eu的負異常不明顯，Eu/Eu*比值為0.46～4.27。低亮度變質(zhì)鋯石稀土元素總量為7.2×10-6～112×10-6，Th/U為0.06～0.24，(Gd/Yb)N比值在0.04～0.30之間，在球粒隕石標準化稀土配分圖中顯示較低的輕稀土配分模式，Eu/Eu*比值在0.55～1.25，兩種鋯石的重稀土配分樣式相似。

5 溫壓條件計算

本文選用Perple_X 6.9.0(Connolly, 1990, 2005) 熱力學軟件，對方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖樣品18ID-24和18ID-25分別進行了相平衡模擬。全巖主量成分見表5，其中FeO含量使用滴定法確定。鈣硅酸鹽巖樣品中MnO和K2O成分含量很低，在模擬中忽略這些組分，因此在復雜體系NCFMASTO-CO2-H2O(Na2O-CaO-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-TiO2-Fe2O3-CO2-H2O)下進行計算，計算相圖的成分如表5所示。數(shù)據(jù)庫選用hp62ver. dat (Holland and Powell, 1998, 2011)，流體狀態(tài)方程采用Holland and Powell (1998)。采用的礦物活度模型如下：石榴子石和鈦鐵礦為Whiteetal. (2000)，斜長石為Newtonetal. (1980)，方柱石為Kuhn (2004)，綠簾石為Holland and Powell (2011)，方解石與石英等均為純的固溶體端元。

5.1 樣品18ID-24

研究中首先計算了T-XCO2視剖面圖，用來確定合適的CO2活度計算P-T視剖面圖，T-XCO2視剖面圖模擬選用的壓力為6.5kbar。該壓力是通過反復的P-T視剖面圖計算基礎上確定的，即在T-XCO2視剖面圖模擬之前通過假定多個XCO2值計算P-T視剖面圖(未顯示)，直到計算的P-T視剖面圖中出現(xiàn)巖石中觀察到的礦物組合為止。然后根據(jù)該P-T視剖面圖中峰期礦物組合Scp+grt+pl+spn+ilm穩(wěn)定域與退變質(zhì)組合Scp+grt+pl+spn+ilm+cal穩(wěn)定域之間界限的壓力范圍中值確定。XCO2的變化范圍位于純水(XCO2=0)和純CO2(XCO2=1)流體之間，最后選擇XCO2=0.39作為合適的CO2活度計算最終的P-T視剖面圖(圖8a)。

表5 方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖全巖主量元素成分

圖5 方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖中石榴子石的成分剖面Adr-鈣鐵榴石；Grs-鈣鋁榴石；Alm-鐵鋁榴石；Prp-鎂鋁榴石；Sps-錳鋁榴石Fig.5 Compositional profiles of the garnets of the scapolite-garnet calc-silicate samplesAdr-andradite; Grs-grossular; Alm-almandine; Prp-pyrope; Sps-spessartine

圖6 Tammampatti地區(qū)方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖(樣品18ID-24)代表性鋯石顆粒陰極發(fā)光圖像、測試點位和對應表面年齡(Ma)Fig.6 Representative zircon cathodoluminescence (CL) images with analytical spots of the scapolite-garnet calc-silicate (Sample 18ID-24) from the Tammampatti area

P-T視剖面圖顯示方柱石和石榴子石在模擬的溫壓范圍內(nèi)均穩(wěn)定出現(xiàn)，而綠簾石和石英在較低溫度時出現(xiàn)(圖8b)。峰期礦物組合Scp+grt+pl+spn+ilm穩(wěn)定的壓力上下限分別以斜長石和榍石的消失為標志，溫度下限則以方解石的出現(xiàn)為標志。峰期礦物組合穩(wěn)定的溫壓范圍為800～960℃/4.3～7.1kbar，雖然實測鐵鋁榴石成分(0.192～0.203)穿越此礦物組合區(qū)域，但是峰期礦物穩(wěn)定的溫壓范圍沒有得到進一步縮小(圖8b)。

圖7 Tammampatti地區(qū)方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖鋯石U-Pb年齡諧和圖和鋯石球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖(a)方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖所有分析的變質(zhì)鋯石U-Pb年齡諧和圖；(b)高亮度變質(zhì)鋯石U-Pb年齡諧和圖；(c)低亮度變質(zhì)鋯石U-Pb年齡諧和圖；(d)兩種變質(zhì)鋯石的球粒隕石標準化稀土元素配分圖(標準化值引自Sun and McDonough, 1989)Fig.7 Concordia diagram and the chondrite-normalized REE patterns for zircon of scapolite-garnet calc-silicate in the Tammampatti area(a) concordia diagram for all analyzed metamorphic zircons of the scapolite-garnet calc-silicate; (b) concordia diagram for metamorphic zircons with high luminescence; (c) concordia diagram for metamorphic zircons with low luminescence; (d) the chondrite-normalized REE patterns for two metamorphic zircons from the scapolite-garnet calc-silicate (normalization values from Sun and McDonough, 1989)

圖8 Tammampatti地區(qū)方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖(樣品18ID-24)相平衡視剖面圖(a) NCFMASTO-CO2-H2O體系下的T-XCO2視剖面圖；(b) NCFMASTO-CO2-H2O體系下的P-T視剖面圖，黃色陰影區(qū)為峰期礦物組合穩(wěn)定域Fig.8 Pesudosections calculated for the scapolite-garnet calc-silicate (Sample 18ID-24) in the Tammampatti area(a) the NCFMASTO-CO2-H2O T-XCO2 pseudosection; (b) the NCFMASTO-CO2-H2O P-T pseudosection, with the P-T range of the peak mineral assemblage marked by yellow color

圖9 Tammampatti地區(qū)方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖(樣品18ID-25)相平衡視剖面圖(a) NCFMASTO-CO2-H2O體系下的T-XCO2視剖面圖；(b) NCFMASTO-CO2-H2O體系下的P-T視剖面圖，黃色陰影區(qū)為峰期礦物組合穩(wěn)定的溫壓范圍Fig.9 Pesudosections calculated for calc-silicate (Sample 18ID-25) in the Tammampatti area(a) the NCFMASTO-CO2-H2O T-XCO2 pseudosection; (b) the NCFMASTO-CO2-H2O P-T pseudosection, with the P-T range of peak mineral assemblage marked by yellow shaded area

5.2 樣品18ID-25

研究中首先計算了T-XCO2視剖面圖，用來確定合適的CO2活度計算P-T視剖面圖，壓力的選擇與樣品18ID-24保持一致，采用的壓力為6.5kbar。XCO2的變化范圍位于純水(XCO2=0)和純CO2(XCO2=1)流體之間，最終選擇XCO2=0.28作為合適的CO2活度計算P-T視剖面圖(圖9a)。

與樣品18ID-24相似，P-T視剖面圖顯示在模擬的溫壓范圍內(nèi)方柱石和石榴子石均穩(wěn)定出現(xiàn)，綠簾石和石英在較低溫度時出現(xiàn)(圖9b)。峰期礦物組合Scp+grt+pl+spn+ilm穩(wěn)定的溫度上限以鈦鐵礦的消失和鈣鐵輝石的出現(xiàn)為標志，溫度下限以方解石的出現(xiàn)為標志，壓力上限則以綠簾石的出現(xiàn)線為標志。此樣品峰期礦物組合穩(wěn)定的溫壓范圍比較大，通過實測斜長石的鈣長石成分與石榴子石的鐵鋁榴石成分進一步限定峰期礦物組合穩(wěn)定的溫壓范圍為750～854℃/4.0～7.8kbar(圖9b)。

6 討論

6.1 變質(zhì)時代

本研究通過鋯石U-Pb定年揭示Namakkal陸塊Tammampatti地區(qū)方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖記錄了兩組變質(zhì)年齡，分別為2562±17Ma(高亮度變質(zhì)鋯石)和2495±15Ma(低亮度變質(zhì)鋯石)。前人的研究顯示Namakkal陸塊的紫蘇花崗巖、基性麻粒巖、混合巖、花崗巖、角閃巖、含石榴子石片麻巖、石榴子石輝石巖以及斜長巖記錄了2530～2440Ma的變質(zhì)年齡(Clarketal., 2009; Saitohetal., 2011; Satoetal., 2011a; Andersonetal., 2012; Mohanetal., 2013; Peucatetal., 2013; Glorieetal., 2014; Georgeetal., 2019; Pengetal., 2019)。此外，Nilgiri陸塊的紫蘇花崗巖、基性麻粒巖、角閃石-黑云母片麻巖與藍晶石-石榴子石片麻巖記錄有2520～2450Ma的變質(zhì)年齡(Peucatetal., 2013; Samueletal., 2014, 2015)。Biligiri Rangan陸塊的紫蘇花崗巖和基性麻粒巖記錄有2550～2500Ma的變質(zhì)年齡(Peucatetal., 2013; Ratheesh-Kumaretal., 2016, 2020)。Shevaroy陸塊的紫蘇花崗巖和混合巖化片麻巖則記錄了2530～2500Ma的變質(zhì)年齡(Peucatetal., 2013; Glorieetal., 2014)。Madras陸塊的紫蘇花崗巖、花崗閃長巖、長英質(zhì)片麻巖、角閃巖以及條帶狀含鐵建造記錄了大約2.54～2.46Ga的變質(zhì)年齡(Lietal., 2018)。不難發(fā)現(xiàn)上述紫蘇花崗巖微陸塊共同經(jīng)歷了大約2530～2440Ma的區(qū)域變質(zhì)作用。

我們對Namakkal陸塊的紫蘇花崗巖年齡數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)該陸塊紫蘇花崗巖的繼承鋯石年齡為2750～2600Ma，原巖結晶年齡為2580～2530Ma, 變質(zhì)年齡為2520～2480Ma(表6)。本研究高亮度變質(zhì)鋯石的變質(zhì)年齡2562±17Ma與Pengetal. (2019)在該區(qū)域報道的紫蘇花崗巖的原巖結晶年齡2559±23Ma，2577±8Ma和2562±4Ma基本一致，而較為年輕的大約2530～2500Ma的紫蘇花崗巖巖漿結晶年齡(Clarketal., 2009; Saitohetal., 2011; Glorieetal., 2014; Beheraetal., 2019)可能是遭受了后期區(qū)域性高溫-超高溫變質(zhì)作用改造的結果。因此，我們認為高亮度變質(zhì)鋯石記錄的2562±17Ma的年齡對應于紫蘇花崗原巖侵入導致的接觸交代變質(zhì)作用時代，而低亮度變質(zhì)鋯石年齡2495±15Ma與該地區(qū)普遍經(jīng)歷的大約2530～2440Ma的變質(zhì)時代一致，應為區(qū)域性變質(zhì)作用疊加的時代。

6.2 變質(zhì)溫壓

與本研究類似的鈣硅酸鹽巖在印度的Eastern Ghats和Kerala孔茲巖帶、斯里蘭卡Maligawila地區(qū)、澳大利亞中部Arunta塊體和東南極的Rauer群和Northern Prince Charles Mountains也有報道(Warrenetal., 1987; Harley and Buick, 1992; Harleyetal., 1994; Buicketal., 1993; Dasgupta, 1993; Fitzsimons and Harley, 1994; Bhowmiketal., 1995; Senguptaetal., 1997; Stephenson and Cook, 1997; Satish-Kumar and Harley, 1998; Mathavan and Fernando, 2001; Sengupta and Raith, 2002; Dasgupta and Pal, 2005)。

在Eastern Ghats地區(qū)，前人對發(fā)現(xiàn)的鈣硅酸鹽巖進行了大量的研究(Dasgupta, 1993; Bhowmiketal., 1995; Senguptaetal., 1997; Sengupta and Raith, 2002; Dasgupta and Pal, 2005)。例如，Dasgupta (1993)根據(jù)與方柱石-硅灰石-石榴子石鈣硅酸鹽巖伴生的長英質(zhì)和基性麻粒巖，限定其峰期變質(zhì)溫壓為950℃/9kbar，而Bhowmiketal. (1995)通過相平衡模擬，認為方柱石-硅灰石-石榴子石鈣硅酸鹽巖經(jīng)歷的峰期變質(zhì)溫壓條件為975℃/9kbar。Satish-Kumar and Harley (1998)通過巖石成因格子限定了Kerala孔茲巖帶的含方柱石-硅灰石-鈣鋁榴石的鈣硅酸鹽巖的峰期變質(zhì)條件，為>835℃/6kbar。通過計算T-XCO2和P-XCO2巖石成因格子，Mathavan and Fernando (2001)得到斯里蘭卡Maligawila地區(qū)的石榴子石-硅灰石-方柱石鈣硅酸鹽巖的峰期變質(zhì)溫壓條件為900～875℃/9kbar，此外，限定峰期的流體組分為0.1

6.3 巖石成因

在變質(zhì)巖地體中，方柱石能夠穩(wěn)定在低角閃巖相(Trommsdorff, 1966; Hietanen, 1967; Groppoetal., 2017)至麻粒巖相(Abartetal., 2001; Searle and Cox, 2002)。許多學者嘗試通過實驗巖石學手段限定方柱石穩(wěn)定的溫壓范圍，例如Newton and Goldsmith (1975, 1976)得出純的鈣柱石穩(wěn)定域超過850℃；Comodietal. (1990)認為方柱石能夠在上地幔的壓力條件下穩(wěn)定存在(≤18kbar)，這也被Goldsmith and Newton (1977)所證實。

本研究中觀察到在方柱石顆粒周圍發(fā)育細小的方解石與斜長石，應為方柱石分解的產(chǎn)物，可能的變質(zhì)反應如下：Mei=3An+Cal+Qz。在其它麻粒巖地體中也發(fā)現(xiàn)有類似的方柱石分解結構(Schenk, 1984; Warrenetal., 1987; Motoyoshietal., 1991; Harley and Buick, 1992; Fitzsimons and Harley, 1994; Stephenson and Cook, 1997; Satish-Kumar and Harley, 1998)，其中有少量的石英作為方柱石分解產(chǎn)物出現(xiàn)(Schenk, 1984; Motoyoshietal., 1991; Satish-Kumar and Harley, 1998)，本研究觀察到細小綠簾石圍繞石榴子石顆粒周圍生長(圖4c)，指示的可能變質(zhì)反應如下：An+Grt+H2O→Ep+Qz。

鈣硅酸鹽巖有多種成因，可以是侵入體附近的碳酸鹽巖或硅酸鹽巖經(jīng)接觸交代變質(zhì)作用形成的矽卡巖，典型礦物為鈣鋁榴石-鈣鐵榴石系列的石榴子石和透輝石-鈣鐵輝石系列的單斜輝石，這兩種主要礦物可伴生或單獨出現(xiàn)，其次為符山石、硅灰石、方柱石、鋰云母、白云母和電氣石等礦物；也可以是產(chǎn)于孔茲巖系中的鈣硅酸鹽巖，由富鐵白云質(zhì)-鈣質(zhì)泥巖經(jīng)變質(zhì)作用形成(徐仲元等, 2005)；也可以形成于陸陸碰撞的晚期，由高壓基性麻粒巖在折返過程中經(jīng)歷退變質(zhì)和Ca質(zhì)交代聯(lián)合作用的結果(李旭平等, 2011)。本文研究的方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖主要由鈣鋁榴石-鈣鐵榴石-鐵鋁榴石系列的石榴子石、鈣長石質(zhì)的斜長石以及鈣柱石質(zhì)的方柱石組成，表現(xiàn)出矽卡巖的礦物特征。依據(jù)前蘇聯(lián)學者Korzhenskii提出的矽卡巖分帶理論，本研究的鈣硅酸鹽巖礦物組合對應于靠近侵入體一側的內(nèi)矽卡巖帶，以硅酸鹽礦物為主，僅有極少細粒方解石以退變質(zhì)邊的形式存在于方柱石顆粒邊緣，因此我們更傾向于認為本次研究的鈣硅酸鹽巖為中酸性侵入巖(紫蘇花崗巖原巖)與碳酸鹽巖發(fā)生接觸交代變質(zhì)作用的產(chǎn)物。由于我們在野外并沒有觀察到碳酸鹽巖的出露，推測碳酸鹽巖的規(guī)?？赡芎苄。灾掳l(fā)生接觸交代反應時被消耗。

本文中方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖第一變質(zhì)階段以無水礦物組合為特征，是紫蘇花崗巖的原巖侵入導致的接觸交代作用的產(chǎn)物，第二階段變質(zhì)礦物為石榴子石周圍生長的綠簾石和方柱石周圍的方解石+斜長石+石英冠狀體，其可能為缺流體條件下的局部退變質(zhì)結果。同時該鈣硅酸鹽巖的組成以無水礦物為主，這可能是早期變質(zhì)礦物組合得以保留下來，而沒有被后期區(qū)域變質(zhì)作用改造的原因。

7 結論

(1)方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖的峰期變質(zhì)礦物組合為方柱石+石榴子石+斜長石+榍石+鈦鐵礦，對應的變質(zhì)溫壓條件為800～960℃/4.3～7.1kbar和750～854℃/4.0～7.8kbar。

(2)LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年獲得2個207Pb/206Pb加權平均年齡：2562±17Ma和2495±15Ma，分別對應于紫蘇花崗巖原巖侵入造成的接觸交代作用時代和區(qū)域變質(zhì)作用疊加的時代。

(3)Tammampatti地區(qū)的方柱石石榴子石鈣硅酸鹽巖為中酸性侵入巖(紫蘇花崗巖原巖)與碳酸鹽巖發(fā)生接觸交代變質(zhì)作用的產(chǎn)物。

致謝感謝印度科學研究院地球科學中心K. Sajeev博士和西北大學胡育華同學在野外工作中的幫助！感謝兩位匿名審稿人的寶貴意見與建議；感謝編輯部老師在文章修改、校對過程中的指導與幫助。