流體作用下石榴石溶解-沉淀蠕變過程
——以紅河-哀牢山剪切帶內石榴夕線片麻巖研究為例*

冀磊 劉福來 王舫 田忠華

1. 中國地質科學院，北京 1000372. 自然資源部深地動力學重點實驗室，中國地質科學院地質研究所，北京 100037

石榴石是中-下地殼角閃巖相-麻粒巖相變質過程中最重要的特征變質礦物之一，其內部成分變化攜帶有巖石物理、化學條件演變的重要信息，是反演變質地體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性質產生顯著影響(Ji and Martignole, 1994; Kleinschrodt and Duyster, 2002; Mainpriceetal., 2004; Voegeléetal., 1998; 徐樹桐等, 1999)進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過程的忠實記錄者亦是連接巖石變質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及其高對稱性導致的滑移系數量較多，使其與其它造巖礦物(如：石英、長石、角閃石、輝石、橄欖石等)相比內部變形特征與變形機制研究相對較少。另外，對于具有明顯形態優選方位的石榴石的變形機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)與低溫低應力不一致溶解-沉淀(擴散/壓溶)蠕變(Azoretal., 1997; Wassmann and St?ckhert, 2013a; Wintsch and Yi, 2002)的不同認識。因此深入研究中-下地殼石榴石夕線片麻巖內主要礦物的變形機制是研究構造剪切帶動力學的基礎。

對于定向明顯的扁圓狀石榴石，其中高溫韌性變形發育的巖石類型主要為麻粒巖相變質的長英質片麻巖(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，如低溫高壓變質帶內的藍片巖和洋殼榴輝巖(Wassmannetal., 2011; Wassmann and St?ckhert, 2012, 2013a, b)。總體上對于陸內韌性剪切帶內具有明顯形狀優選的石榴石研究相對較少。以紅河-哀牢山韌性剪切帶為例，在構造帶的熱演化歷史上一個長期爭論的焦點在于：(1)剪切生熱作用導致地殼巖石深變質發生部分熔融形成大量深熔脈體(Leloupetal., 1995, 2001; Gilleyetal., 2003)或是(2)剪切活動發育于變質演化晚期的冷卻降溫階段，并疊加改造了早期變質記錄(Searle, 2006; Searleetal., 2010; Yehetal., 2014)。對于上述爭論，剪切帶內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)，并不能全面反映構造帶的演化過程，最有效的解決途徑是顯微構造、巖石組構、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-哀牢山剪切帶內石榴夕線片麻巖內石榴石、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果，并應用相平衡模擬方法對巖石所記錄的變質-變形方面進行研究，以期對紅河-哀牢山剪切帶的構造演化進行成因礦物學和顯微構造方面的限定。

1 地質背景

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，自青藏高原東構造結至紅河北部灣出海口，延展>1200km(Liuetal., 2012; Searleetal., 2010)，寬約20～50km，呈北窄南寬的掃帚狀。構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邊界(圖1a)，是重要的物質與能量調節通道(Tapponnieretal., 1990)。帶內由西北向東南依次發育有雪龍山、點蒼山、哀牢山和大象山變質雜巖(Leloupetal., 1995; Gilleyetal., 2003)。哀牢山變質雜巖帶作為紅河-哀牢山剪切帶內出露面積最大構造單元，以哀牢山斷裂為界分為東北側的深變質帶和西南側的淺變質帶兩個次級單元(圖1b)。

圖1 青藏高原東南緣構造簡圖及哀牢山變質雜巖帶位置(a)和哀牢山變質雜巖帶地質簡圖(b, 據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)

淺變質帶主要為地層層序保存相對較好的古生代沉積巖及構造侵位的蛇綠巖，后者一般認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，主要來自帶內花崗質片麻巖和斜長角閃巖(Caietal., 2014, 2015; Chenetal., 2017; Wangetal., 2016b; 冀磊等, 2017)，指示哀牢山深變質帶為華南陸塊西緣攀西-漢南陸緣巖漿弧一部分(Wangetal., 2016b)，帶內變沉積巖石組合在垂直區域構造線的北東-南西方向剖面上呈現明顯規律性，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)，部分弱變形的含藍晶石的變沉積巖變質程度可達高壓麻粒巖相(Jietal., 2020)。哀牢山斷裂附近則以產出巴羅式變質帶為特征，巖性主要有：綠泥石片巖、二云母片巖、石榴十字云母片巖、藍晶石十字石云母片巖、石榴夕線云母片巖為主(Wangetal., 2016a)，局部產出含輝石角閃巖脈或透鏡體，變質程度較紅河斷裂附近明顯更低，不同變質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變沉積巖為揚子西南緣古特提斯時期沉積記錄，鋯石變質增生邊可獲得印支期和新生代兩期變質年齡(Liuetal., 2013; Wangetal., 2016a; Jietal., 2020)，其中印支期變質程度亦可達高壓麻粒巖相(Liuetal., 2013)。新生代漸新世-早中新世哀牢山經歷強烈折返抬升過程，帶內深熔脈體內深熔鋯石結晶年齡以及花崗質片麻巖/糜棱巖、斜長角閃巖、黑云斜長片麻巖、二云母片麻巖內大量角閃石、黑云母、白云母Ar-Ar定年揭示哀牢山深變質帶冷卻時間主要介于30～20Ma (Harrisonetal., 1992; Chenetal., 2015; Liuetal., 2013, 2015)。由于強烈剪切活動，紅河-哀牢山始新世構造-變質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

首先根據標本結構構造磨制垂直面理平行線理方向(XZ面)上的定向探針片。噴碳處理后進行背散射(BSE)顯微結構特征觀察及單顆粒石榴石成分掃描，此工作于中國地質科學院地質研究所進行，采用蔡司ultra plus場發射掃描電鏡觀察顯微結構特征，工作電壓為15kV，電流為250μA，焦距8～10mm。采用英國牛津公司生產50mm2能譜儀對石榴石內部包裹體及基質內部礦物進行半定量測試，并運用英國牛津公司的INCA軟件包進行數據處理(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，單點處理時間為2秒，掃描時間為25.5小時。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上進行，實驗加速電壓為50kV，電流為600μA，束斑大小為20μm，點分析時間為3秒，并應用ESPRIT軟件(版本1.5)進行圖像處理。

圖2 石榴夕線片麻巖野外產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面顯微構造特征，(d-g)石榴石內包裹體形態與產狀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分析均在中國地質科學院地質研究所自然資源部大陸動力學重點實驗室進行，其中電子探針分析應用日本電子株式會社JEOL生產的JXA-8100型號探針，實驗條件為電壓15kV，束斑大小為2～5μm，每點測試時長為3分鐘，所有元素均采用Kα射線探測。夕線石和石英應用丹麥HKL公司CHANNEL5軟件進行處理獲得的EBSD數據。石榴石EBSD分析在安裝有5軸馬達臺的FEI Quanta 450場發射掃描電鏡上進行，EBSD探測器為牛津儀器公司生產的Oxford Nordlys F+，實驗在低真空、不噴鍍、加速電壓為5kV，工作束流100pA，薄片傾斜角度為70°條件下進行。探頭伸入距離為164.5mm，工作距離為16.9mm。數據應用Aztec 3.0軟件進行分析，文中單顆粒石榴石取向差是應用軟件中Large AreaMapping模塊進行連續分析20張微區進行拼接構圖，其中分析步長為1.3μm，測試時長為30小時，并應用CHANNEL5和AztecCrystal軟件共同進行數據處理。

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-獨居石。

3 巖相學特征

石榴夕線片麻巖(樣品15G47)采自漠沙鎮瓦窯村西南約300m處的137鄉道旁。野外巖石面理產狀主要為65°∠60°和230°∠23°兩個方向，線理產狀則集中為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，次要礦物為藍晶石、白云母、綠泥石、獨居石、鋯石、鈦鐵礦、黃鐵礦、磷灰石。巖石中線理主要由夕線石、鉀長石和黑云母構成。其中根據產出形式與伴生礦物黑云母明顯可分為：包裹于石榴石內，基質內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)，少數可達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8:1，石榴石長軸兩端多發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，且多發育明顯的凈邊結構，核部包裹體以石英、斜長石和夕線石為主偶見藍晶石。部分石英包裹體定向排列記錄早期構造線理，薄片內發育明顯的S-C-C′組構。根據整個薄片尺度觀察，大顆粒石榴石內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部發育一組或多組裂隙，其中充填礦物多為白云母，薄片內部分白云母細脈不但貫穿石榴石裂隙亦沿夕線石(001)解理方向切穿柱面。細粒石榴石退變明顯，其內部包裹體以石英、黑云母和夕線石為主，且夕線石大多未受到剪切作用改造，細粒化不明顯，夕線石包裹體長軸方向與線理平行(圖2d-g)。基質內夕線石與黑云母、鉀長石緊密共生，多呈竹節狀、棱柱狀晶形。

巖石內長石以鉀長石為主(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育常與白云母脈有關，白云母產出的一側石榴石分解明顯(圖3b-d)。另外，值得注意的是石榴石與基質接觸位置常發育磁鐵礦細脈(圖3b-f)，當石榴石粒度較細時，這些鐵質物質僅限于石榴石表面，形成極窄的薄膜(圖3d, e)，而粗粒石榴石表面脈寬可達50μm，且脈體在石榴石表面處較基質內明顯更寬(圖3f)。這些鐵質脈體常近平行線理發育，石榴石內部裂隙未見產出。

4 礦物化學

4.1 石榴石

薄片尺度X-ray成分掃描發現大多數石榴石受后期擴散影響成分趨向均一化，無明顯成分變化(圖4)，僅少數粒度較大(>2mm)，變形較弱的石榴石保留進變質生長環帶，表現為由核部向邊部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帶被明顯截切，垂直線理方向裂隙的發育雖未破壞生長環帶(圖5)，但會明顯改變礦物周邊及內部的流體流通特征，特別是當顆粒內發育一到兩處主干裂隙(>50μm)并充填有含水礦物時，即使變斑晶粒徑大于3mm，礦物內部僅保留擴散速率較慢的Ca成分變化環帶，Mg、Fe元素與其相鄰的黑云母發生明顯的離子交換，邊緣100～200μm位置具有反吸收環帶特征，表現為Mg降低、Fe、Mn和Fe#值升高(圖6)。整體上片麻巖內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%，Fe#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 哀牢山漠沙地區石榴夕線片麻巖內代表性石榴石和斜長石電子探針成分(wt%)

圖3 石榴夕線片麻巖內不同粒徑石榴石變形特征(a)近等軸石榴石發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)石榴石變斑晶左側發育黑云母壓力影，右側被白云母脈截切；(e)強變形石榴石發育雙側壓力影；(f)流體通道“截切”石榴石至包裹體發育處；(g)石榴石發育強烈的裂理，裂隙內部充填白云母. 藍框為夕線石和石英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)。且包裹于石榴石內的斜長石An值較基質內更低。而根據黑云母產出位置可分為：基質內、石榴石包裹體、石榴石壓力影三種，三類黑云母的Mg#值變化無明顯規律，但TiO2含量具有差別明顯(表2)，其中基質黑云母TiO2含量為2.90%～3.49%，單位晶胞內Ti離子數為0.17～0.20，石榴石內被包裹的黑云母TiO2含量為3.28%～3.71%，單位晶胞內Ti離子數為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Ti離子數為0.10～0.14。依據巖相學及礦物化學特征，可將石榴石幔部及被包裹體黑云母、藍晶石、基質內大顆粒黑云母核部、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期礦物組合。

5 EBSD組構分析

本文重點對石榴石變斑晶及基質內夕線石和石英進行了EBSD分析(圖7、圖8、圖9)。其中，石榴石為一側被白云母脈明顯改造，另一側發育黑云母壓力影的顆粒(圖3d、圖8h)。石榴石形態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，但裂隙在顆粒邊部和內部分割出多個獨立且細小的顆粒(圖7)，在石榴石表面、裂隙內部及顆粒內部包裹體邊緣處亦存在許多極為細小的顆粒。與壓力影發育一側不同，晚期垂直線理方向裂隙改造明顯區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育區域顆粒表現出微弱的旋轉(圖8a-c)，而壓力影沉淀區域則無明顯晶格優選(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三維空間上多點晶胞參數和石榴石{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行標定(圖9a)。研究揭示顆粒左側受后期白云母脈體改造分解部分和內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部裂隙分割出的細小顆粒及石榴石附近基質內更為細小的石榴石變形主要是繞〈112〉軸發生微弱旋轉。

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

表2 哀牢山漠沙地區石榴夕線片麻巖內代表性黑云母石電子探針成分(wt%)

圖6 哀牢山變質雜巖帶石榴夕線片麻巖內石榴石重吸收環帶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微量石榴石形態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，本文分別對基質內竹節狀夕線石和石榴石強退變區(圖3b)細小夕線石及對應區域的石英進行了組構分析，兩處不同產出位置的夕線石和石英表現出明顯不同的組構信息，其中基質內靠近石榴石表面(圖3a)竹節狀夕線石表現為〈100〉軸靠近Z軸極密。石榴石強退變區域夕線石主要為表現為〈001〉軸平行X軸極密。基質內石英C軸組構變形為靠近Y軸極密疊加X軸與Z軸之間次極密(圖9d)。石榴石強退變區域石英表現為靠近Z軸極密，(圖9e)。由于XZ切面內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體系下對漠沙地區石榴石夕線片麻巖應用GeoPS軟件(Xiang, 2020)進行相平衡模擬。所用巖石成分摩爾百分比為：Na2O：0.57，CaO：0.28，K2O：2.88，FeO：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化指數分析(Jietal., 2019)。礦物活動模型采用目前泥質巖應用最廣的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變質環帶記錄巖石自400℃、4.0kbar經歷白云母脫水和黑云母脫水分解，升溫升壓過程。石榴石內部殘留的藍晶石包裹體(圖10)，基質內黑云母的Ti等值線及石榴石內幔部最高鎂鋁榴石與最低鈣鋁榴石等值線交點，皆指示巖石峰期變質條件至少為10.5kbar、820℃，達到高壓麻粒巖相，但由于巖石峰期熔體成分的部分丟失，石榴石生長環帶各端元成分交點并未能形成連貫的進變質軌跡。雖然峰期礦物組合(Grt+Bt+Ky+Kfs)大多退變，礦物成分受剪切構造影響亦發生調整，但不同產出位置的黑云母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黑云母發生滑動反應，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生在早期退變階段(Grt-Bt-Sil-Kfs-Qz-Ms-Ilm-Melt域內)，當巖石內鉀長石大量固結后(<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，取向差剖面(e-g)及EBSD掃描區域(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 石榴夕線片麻巖內石榴石(a)、夕線石(b、c)和石英(d-e)組構圖Fig.9 Pole figures of garnet (a), sillimanite (b, c) and quartz (d-e) in garnet-sillimanite gneiss

圖10 哀牢山變質雜巖帶漠沙地區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流體參與下的一種重要的變形機制(Wintsch and Yi, 2002)，這種變形機制可廣泛發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，一般認為是由差應力驅動的顆粒表面的化學再平衡過程(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境影響極大。礦物間不均勻的相互運動或礦物邊界塑性蠕變形成空穴，進而產生壓力梯度促使流體排除和納入從而控制物質遷移(Fusseisetal., 2009; Précigoutetal., 2017)。剪切活動中的強應變區亦是流體集中區，當變質反應中反應物具有較大的啟動壘值(overstep)時，礦物顆粒表面在應力作用下表現為細粒化和重結晶成核且不產生新礦物，細粒化致使反應物顆粒表面積增大，反應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-沉淀反應相伴隨。

Ji and Martignole (1996)提出鑒定溶解-沉淀蠕變的四條標準：(1)石榴石在擴張位置局部生長，如壓力影、空隙、細脈和布丁間隙處；(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；(4)自形斑晶被截切。根據詳細的巖相學觀察，本文認為漠沙地區石榴夕線片麻巖內石榴石完全符合上述溶解-沉淀蠕變的鑒定標準，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出截然不同的長寬比、壓力影、成分變化、退變程度和內部包裹體排列方式。其中粗粒石榴石早期進變質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，內部包裹體偶爾可見藍晶石，部分顆粒發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，在同構造退變反應作用下強烈改造石榴石單側形態，并在顆粒邊緣和裂隙內形成機械破裂(圖11d-f)。細粒石榴石內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部包裹體相對較少，且形態優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 礦物組構分析

目前對紅河-哀牢山韌性剪切帶內礦物組構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分析相對較少，且石榴石僅在越南大象山雜巖帶內有相關報道(Liuetal., 2012)。Leloupetal. (1995)在哀牢山變質雜巖帶識別出四種石英c軸組構：(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-哀牢山剪切帶內點蒼山、哀牢山及越南大象山內花崗質巖石和變沉積巖進行了細致的EBSD組構研究。揭示出石英內部多種復雜的組構疊加樣式，并在大象山變質雜巖帶變沉積巖的石榴石和夕線石內獲得早期高溫(>600℃)純剪樣式。漠沙地區石榴夕線片麻巖內石英c軸組構表現為紅河-哀牢山剪切帶變沉積巖內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)，皆指示巖石內熔體大量結晶后的亞固相線下的巖石變形過程，其中基質中石英以靠近Y軸的極密為主，并疊加XZ面次級極密為特征，指示基質內石英保留中高溫(650～500℃)柱面〈a〉滑移，并疊加晚期低溫(450～300℃)底面〈a〉滑移。而石榴石蝕變區域細粒石英的變形結果以低溫靠近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超糜棱巖內(Liuetal., 2012)皆有高溫(>650℃)柱面〈c〉滑移的靠近X軸極密報道。目前雖然已有部分學者對更高溫度(>800℃)條件下石英EBSD組構進行研究，但分析樣品大多是在缺乏含水礦物的長英質麻粒巖和富鋁質超高溫麻粒巖內進行(Faleirosetal., 2016)，然而巖石由麻粒巖相向角閃巖相過渡過程中會經歷強烈水化變形，流變學特征亦發生截然變化，高溫石英組構常容易恢復。因此石榴石與夕線石的變形行為研究可彌補石英在固相線之上的缺乏對應滑移系的不足。

研究表明在缺白云母的泥質片麻巖內夕線石是主要的塑性相(Musumeci, 2002; Leslieetal., 2015)。不同產出狀態的夕線石可以表現出不同的變形機制(Leslieetal., 2015)。夕線石內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夕線石組構進行了初步分析，發現夕線石主要滑移系為(010)[001]。本文采自哀牢山北段漠沙地區的片麻巖內夕線石EBSD組構分析揭示巖石早期退變形成的基質內竹節狀夕線石主要以繞〈010〉旋轉的方式重結晶。而位于粗粒石榴石之間，剪切過程流體通量顯著增加的強退變區，細粒夕線石主要發育(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，其變形機制的研究尤為重要也極為復雜，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就可以使位錯有效恢復，這也是為什么石榴石可以發育顯著的定向扁長狀形態，卻不具有晶格優選方位的原因(Mainpriceetal., 2004)。因為在變形過程中一個擁有5個或5個以上獨立滑移系的晶體，可能發生明顯形狀的變化，但是晶格卻可以幾乎不發生旋轉(Jietal., 2003)，另外高溫塑性位錯滑移與低溫溶解-沉淀蠕變皆可導致石榴石產生晶格優選(Ji and Martignole, 1994; Bons and Brok, 2000; Jietal., 2003)也增加了石榴石變形機制的不確定性。例如同樣是榴輝巖相變質樣品：Terry and Heidelbach (2004)研究了挪威西部哈拉姆地區榴輝巖內同構造生長的細粒石榴石，認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)認為超高壓榴輝巖中強烈的拉長和壓扁的石榴石實際上由眾多亞顆粒組成，反映在富結構水條件下顆粒邊界滑移過程主導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現溶解-沉淀蠕變是低溫狀態下起主導作用的變形機制，并且變形過程伴隨退變質反應。因此單從是否具有晶格或形態優選不能判定石榴石的變形機制，還需要結合詳細的巖相學觀察和礦物化學分析，特別是變質反應過程中流體運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主要來自于透射電鏡觀察到的大量自由位錯、位錯環、位錯網和位錯墻，然而在幾乎所有的石榴石TEM觀察中無論其變質條件為榴輝巖相還是角閃巖相似乎皆可以發現位錯(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制是否同時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為脆性，晶體中微弱的韌性變形主要在裂隙附近發育(Mainpriceetal., 2004)。這是由于溶解-沉淀反應過程中含水礦物結晶生長使得應力集中于石榴石裂隙開裂端將礦物斑晶逐漸撐開(Putnis, 2009)，并導致與生成物接觸的裂隙壁產生變形。

Liuetal. (2012)對大象山變質雜巖帶內石榴石EBSD研究發現以〈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值模擬結果對比作者認為石榴石變形為高溫(>700℃)純剪切作用的結果。與之不同本文側重研究伴隨溶解-沉淀反應具有明顯形態優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育機械破裂的巖相學特征，EBSD分析揭示其變形是以繞〈112〉軸發生微弱機械旋轉為主。因此紅河-哀牢山剪切帶內石榴石存在多種變形機制，正確區分這些變質-變形過程對深入理解陸內巨型剪切帶的演化歷史至關重要。

7.3 大地構造意義

漸新世以來紅河-哀牢山左行剪切活動強烈疊加改造了構造帶內早期巖石，致使新生代早期構造-變質痕跡被大量抹去。在礦物化學成分上，石榴石大多具有同剪切期流體作用下重吸收的環帶樣式(Leloup and Kienast, 1993; Gilleyetal., 2003)，若以此成分限定構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)首次在元陽地區靠近哀牢山斷裂附近的石榴藍晶石云母片巖內報道了石榴石生長環帶，但并未進行年代學研究工作，因此不能排除印支期變質生長的可能。本文首次在紅河斷裂附近深變質巖石內獲得石榴石的進變質生長環帶及相應的組構分析，巖石峰期條件可達高壓麻粒巖相，且這類礦物強烈定向的含藍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)，表現出明顯的降溫降壓的P-T軌跡，快速的冷卻過程可能與強剪切變形導致快速的抬升速率及大量流體滲入有關，這也是粗粒變斑晶能保留進變質環帶的原因，另外，由于巖石內部鋯石變質增生邊大多較窄，僅獲得一顆深熔鋯石年齡為23.2±0.4Ma，這個年齡被認為是巖石退變穿越固相線時間(圖10)。因此綜合本文研究結果認為紅河-哀牢山左行走滑本身并未導致大量的剪切熱使地殼熔融。相反，不均勻變形導致流體更易滲透，致使哀牢山雜巖帶在剪切階段以降溫隆升為主。

8 結論

(1) 哀牢山變質雜巖帶石榴石、夕線石和石英EBSD分析揭示礦物變形主要發生在中低溫階段(650～300℃)，石榴石具有較弱的晶格優選定向，石榴石形態優選方位主要是受控于流體作用下的溶解-沉淀機制，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烈受控于局部流體活動。基質內棱柱狀夕線石變形主要是以繞〈010〉軸旋轉為主，強蝕變區細小夕線石則發育(001)[100]滑移系。

(2)與弱變形的含藍晶石石榴夕線片麻巖的近等溫降壓P-T-t軌跡不同，強變形含藍晶石石榴夕線片麻巖具有降溫降壓的變質軌跡，且巖石內粗粒石榴石保留進變質生長環帶。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)哀牢山變質雜巖帶漠沙地區石榴石夕線片麻巖野外構造解析，巖石內石榴石成分環帶、顯微構造及變斑晶內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歷了強烈的地殼擠壓增厚過程。石榴石變質-變形綜合研究揭示變質雜巖帶擠壓-剪切-伸展多階段構造演化過程。

致謝中國地質科學院地質研究所周桂生博士和梁風華副研究員在電子探針與電子背散射衍射實驗過程中給予了幫助；北京大學張波老師和利物浦大學的John Wheeler教授在顯微構造及礦物組構方面進行了交流和指導；兩位審稿人提出許多寶貴的修改意見使文章得以進一步提升；在此一并表示誠摯的感謝！