東南極拉斯曼丘陵硼硅酸鹽礦物組合硅硼鎂鋁礦-硼柱晶石-電氣石的形成過程及其巖石學(xué)意義*

任留東 宗師 王彥斌 劉平

1. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 1000372. 江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計(jì)研究院(中國(guó)煤炭地質(zhì)總局檢測(cè)中心)，中國(guó)煤炭地質(zhì)總局煤系礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，徐州 221006

硅硼鎂鋁礦或硅硼鎂鋁石(Grandidierite, Gdd)-柱晶石(Kornerupine, Krn)-電氣石(Tourmaline, Trn)是一套富含揮發(fā)分組成(主要為B、F、Cl、OH-或H2O等)的硼鋁硅酸鹽礦物組合，其產(chǎn)出較為罕見，一般出現(xiàn)在經(jīng)歷過高級(jí)變質(zhì)-深熔作用的副片麻巖中。根據(jù)柱晶石類礦物的成分和分類命名原則(Grewetal., 1996)，南極拉斯曼丘陵地區(qū)(圖1)柱晶石屬于分子式中B>0.5的種屬，該名稱尚未有漢譯名，作者建議將其稱為硼柱晶石(Prismatine, Prs)，以區(qū)別于少硼(B<0.5)或不含硼(B=0)的柱晶石(任留東和趙越, 2004)。本文礦物縮寫采用沈其韓(2009)推薦的方案：Ap-磷灰石；Brs-boralsilite(無中文譯名)；Bt-黑云母；Crd-堇青石；Crn-剛玉；Dis-硬水鋁石；Fsp-長(zhǎng)石；Gdd-硅硼鎂鋁礦；Grt-石榴石；Hem-赤鐵礦；Ilm-鈦鐵礦；Kfs-鉀長(zhǎng)石；Mgt-磁鐵礦；Mnz-獨(dú)居石；Op-不透明礦物；Opx-斜方輝石；Pl-斜長(zhǎng)石；Prs-硼柱晶石；Qtz-石英；Rt-金紅石；Sil-夕線石；Spl-尖晶石；Spr-假藍(lán)寶石；Trn-電氣石；Wag-氟磷鎂石；Xnt-磷釔礦；Zrn-鋯石。

Grewetal. (1990, 1998)多次指出，硼硅酸鹽礦物組合的形成與深熔作用關(guān)系密切，但未能給出具體的聯(lián)系。因此，對(duì)于富含B, F, Cl和OH-的礦物組合的研究可以了解高級(jí)變質(zhì)-深熔作用的發(fā)生和發(fā)展過程。Carsonetal. (1995)認(rèn)為，南極拉斯曼丘陵硅硼鎂鋁礦-硼柱晶石是變質(zhì)峰期形成的穩(wěn)定組合。而通過我們的研究，它們與電氣石共三種硼硅酸鹽礦物之間明確呈現(xiàn)出交代、轉(zhuǎn)化關(guān)系，所有這些硼硅酸鹽礦物組合均交代、切割變質(zhì)峰期礦物如紫蘇輝石等，硼硅酸鹽礦物的出現(xiàn)與長(zhǎng)英質(zhì)礦物以及偉晶巖脈等關(guān)系密切；從野外及鏡下觀察得知這些特殊的富含揮發(fā)分的礦物組合與變質(zhì)晚期長(zhǎng)英質(zhì)巖石中大量出現(xiàn)淺色體的時(shí)期相對(duì)應(yīng)，顯示其與深熔作用的密切聯(lián)系。

一般認(rèn)為，隨著變質(zhì)程度的升高，巖石中硼含量逐漸降低(Moranetal., 1992)。而本區(qū)在麻粒巖相高級(jí)變質(zhì)過程中卻有硼的大量富集，也是值得探討的問題。

因此，針對(duì)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的硼鋁硅酸鹽特殊礦物組合，可以有效分析其形成與高級(jí)變質(zhì)作用、深熔作用過程的關(guān)系，探討硼等揮發(fā)性組分在深熔作用、熔體結(jié)晶過程中的富集機(jī)制，從而對(duì)變質(zhì)-深熔作用過程有一個(gè)更好的了解。

1 區(qū)域地質(zhì)

中山站所在的南極拉斯曼丘陵出露一套以副片麻巖為主的麻粒巖相變質(zhì)巖石，約1000Ma前的Grenville構(gòu)造和550Ma前的泛非構(gòu)造-熱事件在本區(qū)影響強(qiáng)烈(Zhaoetal., 1992; Wangetal., 2008; Liuetal., 2013)。麻粒巖相礦物組合有二輝石-斜長(zhǎng)石-普通角閃石、石榴子石-紫蘇輝石-長(zhǎng)石-黑云母±堇青石-石英(Stüweetal., 1989; Tongetal., 2014)、石榴石-夕線石-堇青石-尖晶石-長(zhǎng)石-石英等。區(qū)內(nèi)深熔作用強(qiáng)烈發(fā)育，形成大量基本沿區(qū)域構(gòu)造延伸的花崗巖體(脈)(Stüweetal., 1989; Carsonetal., 1997)。

關(guān)于本區(qū)變質(zhì)作用，通常認(rèn)為，具有明顯不同的早期Grenville構(gòu)造和晚期泛非事件兩次高級(jí)變質(zhì)作用(Wangetal., 2008; Tongetal., 2014, 2019; Zongetal., 2020)。早期變質(zhì)作用達(dá)麻粒巖相，晚期出現(xiàn)花崗質(zhì)侵入體(Wangetal., 2008; Grewetal., 2012)；晚期變質(zhì)為高角閃巖相-麻粒巖相，伴隨強(qiáng)烈的深熔作用和一些花崗質(zhì)侵入體(Carsonetal., 1997; 任留東等, 2009; Tongetal., 2014, 2019)。

在中山站區(qū)，含硼鋁硅酸鹽礦物組合的巖石呈薄層狀、透鏡狀與含榴長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖互層產(chǎn)出(圖2、圖3)。三種硼鋁硅酸鹽礦物均可單獨(dú)富集，形成單礦物巖；亦可同時(shí)出現(xiàn)，但是其相對(duì)含量變化較大(Grewetal., 2013)：總體來說，硼柱晶石最為豐富，硅硼鎂鋁礦(或硅硼鎂鋁石)、電氣石一般含量較少，個(gè)別部位出露為電氣石石英巖，電氣石含量較高(圖3c)，硅硼鎂鋁礦和硼柱晶石在夕線堇青片麻巖中亦可有少量產(chǎn)出；偉晶巖中可見電氣石-石英球產(chǎn)出。在局部層位，除形成硅硼鎂鋁礦、硼柱晶石外，還有werdingite、boralsilite(Grewetal., 1998)等。硅硼鎂鋁礦、硼柱晶石形成于變質(zhì)過程中，其溫壓條件為5.2～5.5kbar、～750℃(Carsonetal., 1995)。在Stornes半島北部硼柱晶石較為發(fā)育的部位附近，還可產(chǎn)出磷酸鹽礦物組合磷灰石-氟磷鎂石等(Renetal., 2003)。

圖1 硼硅酸鹽、磷酸鹽礦物在拉斯曼丘陵的空間分布(據(jù)Carson et al., 1995修改)B-硼硅酸鹽礦物露頭;P-磷酸鹽礦物露頭Fig.1 Distribution of the borosilicate and phosphorate minerals in the Larsemann Hills (revised after Carson et al., 1995)B-outcrops of borosilicate minerals; P-outcrops of phosphorate minerals

地貌上，硼硅酸鹽礦物較多的部位系較富黑云母的片麻巖，容易風(fēng)化、剝蝕，呈低洼地形(圖2a)，可能伴隨剪切帶或斷裂部位，如中山站區(qū)以南的Seal Cove和Stornes半島的富硼柱晶石部位，均呈低洼地勢(shì)。與硼硅酸鹽礦物層相伴，常出現(xiàn)為混合巖、偉晶巖脈(圖2c, d)，附近為正長(zhǎng)花崗巖，再向外為高級(jí)復(fù)合片麻巖，即所謂的基底(Wangetal., 2008; Grewetal., 2012; Zongetal., 2020)。

從硼含量上可以區(qū)分出富硼、含硼巖石或建造。原巖恢復(fù)表明(任留東等, 2007)，含硼巖石層位所對(duì)應(yīng)的原巖多為雜砂巖等碎屑巖以及少量的火山(沉積)巖。

2 巖相關(guān)系

2.1 一般變質(zhì)礦物的變質(zhì)演化

首先考慮硼硅酸鹽礦物圍巖即普通硅酸鹽巖石的情形。由于硼硅酸鹽礦物組合僅出現(xiàn)于長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖中(圖2)，下面討論其與區(qū)域變質(zhì)巖的關(guān)系時(shí)也只涉及長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖。在拉斯曼丘陵長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖經(jīng)歷高角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)過程中，變質(zhì)成因的氧化物和硅酸鹽礦物的演化關(guān)系為(任留東等, 2009及圖4)：

Bt1-Pl1-Qtz→Sil±Qtz-Op→Grt-Pl-Kfs→Spl-Crd→Bt2

(1)

在長(zhǎng)英質(zhì)巖石中，隨著變質(zhì)作用的進(jìn)行和深熔作用的出現(xiàn)，除轉(zhuǎn)熔殘留物石榴子石、斜方輝石等(圖5a, c, d；圖6a)以外，巖石中往往有金屬氧化物如磁鐵礦、鈦鐵礦、赤鐵礦、剛玉以及夕線石呈不均勻分布的殘留體(圖4; 任留東等, 2009)。

2.2 硼硅酸鹽礦物晶體化學(xué)

電氣石以(Tourmaline)的分子式為(X)(Y3)(Z6)T6O18(BO3)3(W)4，其中：

X=Na, Ca, K, □;

Y=Li1+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, Al3+, Cr3+, V3+, Fe3+, Ti4+;

Z=Al, Fe3+, Cr3+, V3+, Mg2+, Fe2+;

T=Si, Al, B, Ti?

W=OH1-, F1-, O2-;

本區(qū)電氣石以鎂電氣石(dravite)為主，其中X位置一般富Ca，個(gè)別樣品富Na(表1、圖7)，分子式中Mg、Ca、Ti兩兩正相關(guān)，而Si與之負(fù)相關(guān)；Fe與Ti正相關(guān)；對(duì)于有環(huán)帶結(jié)構(gòu)的電氣石，自核部至邊緣：TiO2、CaO、K2O增加，而SiO2、MgO、Na2O降低。電氣石的成分主要是在有一定的B含量的基礎(chǔ)上，Na～Ca、Mg～Fe～Al、Al～Si、OH～F、Cl之間的代換變化所引起。

表1 電氣石、硼柱晶石、硅硼鎂鋁礦和黑云母的電子探針成分含量(wt%)變化范圍

硼柱晶石(Prismatine)，分子式為X(Fe, Mg)M1, 2, 4(Mg, Al, Fe)5M3, 5Al4T1Si2T2(Si, Al)2T3(B, Si, Al)(O, OH, F)22，硼柱晶石成分的改變主要在于2AlSi+Mg, 2(Al, Fe)Si+(Mg, Fe)代換導(dǎo)致硼柱晶石成分中Mg、Fe、Al、B、Si、F的含量均可有相當(dāng)程度的變化，而且其中Fe與Ti正相關(guān)、Si與Mg正相關(guān)，而Mg與Fe、Ti負(fù)相關(guān)。

硅硼鎂鋁礦(Grandidierite)，分子式為(Mg, Fe)Al3BSiO9，其成分變化主要表現(xiàn)為Mg和Fe間的代換，因此Mg與Fe負(fù)相關(guān)；根據(jù)其成分特點(diǎn)，硅硼鎂鋁礦是在介質(zhì)具相當(dāng)濃度的B、Al組分、且Si較少時(shí)形成。

從成分上看，電氣石變化范圍最寬廣，硼柱晶石次之，硅硼鎂鋁礦的組分變量最少，而且，這三種礦物形成的困難程度依次增大。

圖3 硼硅酸鹽礦物的野外產(chǎn)出(露頭尺度)(a)含榴斜長(zhǎng)片麻巖中的富硼柱晶石層，并可見石榴子石和堇青石；(b)層控硼柱晶石；(c)電氣石巖局部轉(zhuǎn)化為硼柱晶石；(d)沿富夕線石片麻理依次出現(xiàn)硼柱晶石、堇青石和電氣石Fig.3 Occurrence of borosilicate minerals in the Larsemann Hills, East Antarctica(a) prismatine-rich layer in the garnet- and cordierite-bearing plagiogneiss; (b) strata-bound prismatine layer in the biotite-plagiogneiss; (c) tourmalinite locally transformed into prismatine; (d) prismatine after sillimanite and subsequent cordierite and tourmaline

圖4 長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖深熔作用中的熔融殘留左-殘留黑云斜長(zhǎng)片麻巖與堇青石；右-淺色脈體夕線石、金屬氧化物石榴子石殘余Fig.4 Residuals in anataxis of the quartzofeldspathic gneiss on the outcropsLeft-residual biotite gneiss with cordierite; Right-residual sillimanite, opaque minerals and garnet in the leucocratic pegmatitic rocks

2.3 硼硅酸鹽礦物的演化

一般造巖礦物中B組分很少(Grewetal., 1996)，若巖石中B組分較多，往往有硼酸鹽或硼硅酸鹽礦物的出現(xiàn)。Carsonetal. (1995)和Grewetal. (1990, 2013)對(duì)該區(qū)硼硅酸鹽礦物的輕元素B等進(jìn)行了分析。在本區(qū)，至少從早期電氣石之后的不同階段(圖6、圖8)，硼組分的主要載體乃硼硅酸鹽礦物本身，因此，硼硅酸鹽礦物之間的轉(zhuǎn)化，即“鏈條”效應(yīng)則很重要。

呈脈狀、團(tuán)塊狀的電氣石石英巖(Trn-Qtz)，基本由共生的電氣石、石英兩種礦物組成(圖3c)，偶爾有少量黑云母。電氣石可轉(zhuǎn)化為夕線石、硅硼鎂鋁礦或硼柱晶石(圖3c, d)及相關(guān)的副礦物，也說明夕線石的形成與泥質(zhì)巖沒有必然的聯(lián)系(任留東等, 2009)：

Trn-Qtz→Sil+Rt+Ap+Mnz±Op→Gdd+Qtz

(2)

Trn+Qtz→Sil-Op(Mgt)→Ap+Rt±Mnz→Gdd-Prs

(3)

電氣石亦可不經(jīng)過夕線石而直接轉(zhuǎn)化為硅硼鎂鋁礦：

Trn-Qtz→Gdd+Qtz+Rt±Op+Ap+Mnz

(4)

Trn+Qtz→Gdd-Prs-Qtz→Kfs-Pl-Qtz→Bt-Trn

(5)

初期組合Trn+Qtz進(jìn)一步變質(zhì)改造形成Gdd-Prs，并伴隨Ap, Rt，但Ap往往較少。Trn直接轉(zhuǎn)化為Gdd-Prs時(shí)，可有Trn的殘留，形成Gdd-Prs±Trn聚集體，這里的B(硼)源于電氣石，而不是黑云母，即B組分近原地結(jié)晶。

有人認(rèn)為，硼柱晶石與硅硼鎂鋁礦之間呈共生關(guān)系(Carsonetal., 1995; Grewetal., 1996; Grew, 1996)，而據(jù)本次研究，這三種硼鋁硅酸鹽礦物之間明確呈現(xiàn)出明顯的先后或交代、轉(zhuǎn)化關(guān)系，如硅硼鎂鋁礦周圍生長(zhǎng)硼柱晶石環(huán)邊(E. S. Grew, 私人通訊)，即硅硼鎂鋁礦轉(zhuǎn)化為硼柱晶石(Gdd→Prs)；更常見的是Prs中包裹電氣石和硅硼鎂鋁礦：Trn1→Gdd→Prs→Trn2，反映了其間的轉(zhuǎn)化關(guān)系；Gdd可呈先存Sil之假象或單獨(dú)存在(圖6c)，其后均可出現(xiàn)退變電氣石(圖8d)。硅硼鎂鋁石和硼柱晶石這兩種礦物的邊緣又可生長(zhǎng)電氣石-石英±黑云母組合。硼鋁硅酸鹽礦物的出現(xiàn)與黑云母、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石和石英以及偉晶巖脈等關(guān)系密切。而且，各種硼鋁硅酸鹽礦物呈遞進(jìn)關(guān)系：電氣石可多次出現(xiàn)，對(duì)于硅硼鎂鋁礦和硼柱晶石而言，前者先形成，后者晚出現(xiàn)，很少見到兩種以上的硼鋁硅酸鹽礦物同時(shí)形成，即硼鋁硅酸鹽礦物可以共存但不共生，這些礦物之間有先后關(guān)系，而不是同時(shí)形成：

圖5 與硼硅酸鹽礦物有關(guān)的顯微結(jié)構(gòu)(I)(a)早期電氣石包裹于石榴子石中；(b)石榴子石裂隙中的黑云母轉(zhuǎn)化為硅硼鎂鋁礦；(c)石榴子石轉(zhuǎn)化為硼柱晶石與斜長(zhǎng)石；(d)斜方輝石溶蝕而出現(xiàn)硅硼鎂鋁礦；(e)夕線石之后依次形成硅硼鎂鋁礦、硼柱晶石和長(zhǎng)石；(f)假藍(lán)寶石和尖晶石之后依次形成硼柱晶石和堇青石Fig.5 Microphotographs of the borosilicate minerals and related textures (I)(a) earlier tourmaline included in garnet, plane polarized; (b) biotite transformed into grandidierite, along fracture in garnet, BSE image; (c) garnet transformed into prismatine and plagioclase, plane polarized; (d) orthopyroxene corroded, then formed grandidierite, plane polarized; (e) sequential formation of grandidierite, prismatine and feldspar after sillimanite, cross polarized; (f) prismatine and cordierite after saphirine and hercynite, plane polarized

圖6 與硼硅酸鹽礦物有關(guān)的顯微結(jié)構(gòu)(II)(a)斜方輝石之后出現(xiàn)硼柱晶石、黑云母；(b)磁鐵礦之后依次出現(xiàn)尖晶石、硅硼鎂鋁礦和堇青石；(c)夕線石轉(zhuǎn)化為硅硼鎂鋁礦，并包裹于堇青石之中；(d)硅硼鎂鋁礦圍以石英，并被堇青石溶蝕Fig.6 Microphotographs of the borosilicate minerals and related textures (II)(a) grandidierite and biotite after orthopyroxene; (b) successive spinel, grandidierite and cordierite after magnetite; (c) sillimanite transforming into grandidierite, enclosed in cordierite; (d) grandidierite mantled with quartz, the latter corroded in cordierite

圖7 硼硅酸鹽及相關(guān)礦物在Al2O3-FeO-MgO成分圖上的相對(duì)關(guān)系Fig.7 The composition relations of the borosilicate and related minerals on the AFM diagram

圖8 與硼硅酸鹽礦物有關(guān)的顯微結(jié)構(gòu)(III)(a)不透明金屬氧化物轉(zhuǎn)化為剛玉、金紅石、硅硼鎂鋁礦、硼柱晶石、磷釔礦和黑云母；(b)剛玉轉(zhuǎn)化為硬水鋁石，圍以硅硼鎂鋁礦、堇青石和黑云母；(c)金紅石沿裂隙出現(xiàn)硅硼鎂鋁礦，圍以硼柱晶石和黑云母；(d)不透明金屬氧化物依次轉(zhuǎn)化為硼柱晶石、黑云母-電氣石Fig.8 Microphotographs of the borosilicate and related textures (III)(a) opaque metal oxides transformed into corundum, rutile, grandidierite, xenotime and biotite; (b) corundum changed into diaspore, within grandidierite, cordierite and biotite; (c) grandidierite along fissure in the rutile, mantled with prismatine and biotite; (d) metal oxides changed into prismatine and biotite-tourmaline

(6)

所有這些硼硅酸鹽礦物組合均交代、切割變質(zhì)峰期的石榴子石、紫蘇輝石和夕線石(圖5c, d; 圖6a)，與前人提到的硼鋁硅酸鹽礦物組合形成于變質(zhì)峰期之后(Carsonetal., 1995)相一致。

與不同硼硅酸鹽礦物相伴的副礦物有所不同：與硅硼鎂鋁礦相伴的主要是磷灰石、金紅石和磁鐵礦，偶見獨(dú)居石、磷釔礦；與硼柱晶石的形成往往同時(shí)伴有HIM(赤鐵礦-鈦鐵礦-磁鐵礦)，常有獨(dú)居石、磷釔礦；與電氣石相伴的副礦物為磷灰石。此外，金紅石的顏色與先期礦物的種類有關(guān)：若是由電氣石轉(zhuǎn)化為硅硼鎂鋁礦，金紅石為銅褐色，含少量的Nb、Ta組分(定性分析)；若硅硼鎂鋁礦是由黑云母派生而來，相伴的金紅石呈紅黃色。

2.4 硼硅酸鹽礦物與硅酸鹽礦物、磷酸鹽礦物的關(guān)系

通過野外及鏡下觀察得知硼硅酸鹽礦物礦物組合與變質(zhì)晚期長(zhǎng)英質(zhì)巖石中大量出現(xiàn)淺色體的時(shí)期相對(duì)應(yīng)(圖2)，即與深熔作用關(guān)系密切。Gdd、Prs既可由電氣石直接形成(如圖3c)，亦可經(jīng)由黑云母轉(zhuǎn)化而成，如沿黑云母解理縫產(chǎn)出(圖5b)，黑云母可呈殘留包裹體。硅硼鎂鋁礦可沿石榴子石裂縫形成(圖5b)。硼柱晶石可包裹尖晶石和假藍(lán)寶石(圖5f)。而且，含Prs的巖石常常缺失Grt，偶見粗大Grt顆粒較被Prs-Pl溶蝕，顯示Prs對(duì)Grt的切割(反應(yīng))關(guān)系(圖5c)。最后出現(xiàn)的是黑云母、電氣石和石英(圖3d)，在Gdd、Prs周圍均可出現(xiàn)石英(圖5d)，所不同的是，當(dāng)有石英時(shí)，Prs多被溶蝕，而Gdd沒有變化。

Prs產(chǎn)出位置附近，有氟磷鎂石(Wagnerite)出現(xiàn)，但是氟磷鎂石較多的地方?jīng)]有硼硅酸鹽礦物，同樣，硼硅酸鹽富集之處也沒有顯著的鎂質(zhì)磷酸鹽礦物出現(xiàn)，表明了硼硅酸鹽礦物和這些磷酸鹽礦物之間的分異作用。通過二者之間有限的接觸關(guān)系判斷，鎂質(zhì)磷酸鹽礦物的出現(xiàn)比硼硅酸鹽礦物要早一些(任留東等, 2004)。

在拉斯曼丘陵長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖中，各種變質(zhì)礦物之間的演化順序如下：

Bt1-Pl-Qtz-Trn1→Sil-HIM-Crn→Grt-Op±Opx→Melt→Spl-Spr±Crn→Wag-Op-Ap-Mnz-Xnt±Zrn～Gdd-Prs±Qtz→Crd±Spl～Kfs-Pl-Qtz→Trn2-Bt2-Pl-Qtz±Op

(7)

3 硼硅酸鹽礦物形成的過程討論

3.1 一般情況

本區(qū)深熔作用強(qiáng)烈發(fā)育，由于原巖成分的繼承性影響以及熔體優(yōu)先吸收揮發(fā)分組分(Olsen, 1985)，促使熔體中含有大量的揮發(fā)分。研究證明，H2O、OH-、B、F、P均可存在于熔體中，其中硼組分(B)不但能夠降低硅酸鹽熔融體系的固、液相溫度，還能改變低共熔組成，硼的存在使得熔體更容易(提前)對(duì)H2O飽和，隨著Ab-Or-Qtz體系中B2O3的增加，低熔點(diǎn)向著Ab增加的方向移動(dòng)(Pichavant, 1987)。當(dāng)然，F(xiàn)、H2O的介入亦會(huì)降低熔體的粘度和密度(朱永峰和張傳清, 1996)。水在巖漿熔體中以兩種形式存在：分子水和羥基水(Stopler, 1982; 轉(zhuǎn)引自朱永峰和張傳清, 1996)，F(xiàn)、B2O3和P2O5的含量越高，熔體中水的溶解度越高，各種揮發(fā)分組分溶解度相互促進(jìn)。隨著溫度的降低，酸性熔體所含H2O的濃度增大(Stopler, 1989; 轉(zhuǎn)引自朱永峰和張傳清, 1996)。

3.2 組分的活動(dòng)性

硼硅酸鹽礦物的遞進(jìn)演化及其相關(guān)的變質(zhì)-深熔作用中礦物組合的形成也可以從氧化物的活性差異方面來考慮。在相關(guān)礦物的結(jié)晶過程中，組分Fe、Ti、Al、Mg和部分的Ca、P、B、F基本原地沉淀，而K2O、Na2O、H2O和部分Ca、P、B、F、SiO2遷移，使得特定組合的形成與氧化物之間的明顯分異有關(guān)，突出表現(xiàn)為：

MgO-FeO(TiO2)分異、富集形成Mt、Ilm、Hem和Spl、Spr、Gdd、Prs-Crd；

Al2O3-SiO2分異形成Qtz、Fsp和Crn、Spr、Crd；

B-H2O的分異、聚集形成Gdd-Bt、Prs，而且需要富MgO、Al2O3但貧SiO2的成分條件，其中B2O3的介入可促使SiO2遷移，即活動(dòng)性加強(qiáng)。

與區(qū)域內(nèi)礦物的結(jié)晶順序(見式(7))相對(duì)應(yīng)，主要結(jié)晶(沉淀)的金屬陽離子組分也有相應(yīng)的階段性結(jié)晶：

Al,Si→Al,Na(Ca),Si→Fe,Ti→Fe(Mg),Al→Mg(Fe),Al,Si→(K,Al,Mg)→Na(Ca)→K→H2O

(8)

即結(jié)晶的主要金屬陽離子種類可有階段性變化。由于假藍(lán)寶石(Spr)的成分特征，多認(rèn)為其產(chǎn)出的變質(zhì)巖原巖成分富Mg、Al、Fe、且貧硅(SiO2)組分(Harley, 1998; Tong and Wilson, 2006)，含硼鋁硅酸鹽礦物多與夕線石相伴，體系富Mg、Al組分，因?yàn)橄€石中BSi代換與MgAl的代換呈耦合關(guān)系，這種耦合代換可出現(xiàn)在高溫、少水麻粒巖相條件下，在角閃巖相條件下則難以發(fā)生(Grew and Hinthorne, 1983)。

該區(qū)夕線石片麻巖中Crn、Sil、Op、Spl、Crd的先后關(guān)系，可以理解為與鋁組分(Al)相伴組分的差異，先后富Al±Si、Fe(Mg)和Mg，說明了成分分異作用的存在。

中山站區(qū)部分熔融殘留組分可形成Fe-Ti氧化物(圖4)、剛玉、假藍(lán)寶石等，并可伴隨相鄰部位長(zhǎng)石、石英的聚集，可能是組分的分異或分離結(jié)晶所致。也就是說，高級(jí)變質(zhì)作用中剛玉、尖晶石等礦物的形成未必是簡(jiǎn)單的原巖貧硅造成，變質(zhì)作用過程中組分的遷移、調(diào)整也可以達(dá)成同樣的效果。此時(shí)，體系在化學(xué)上不再封閉、而是開放的(任留東等, 2009)。

對(duì)于拉斯曼丘陵與假藍(lán)寶石形成有關(guān)的礦物組合，隨著礦物階段的不斷更替，XMg數(shù)值遞增順序?yàn)椋篛p

如果考慮由黑云母向硼硅酸鹽礦物的時(shí)間轉(zhuǎn)變，組分上的變化主要顯示為FeO基本不變，MgO減少，而Al2O3增加的過程(圖7)；硼硅酸鹽礦物之間的變化表現(xiàn)為(MgO+FeO)減少，XMg增大和Al2O3增加的過程。對(duì)于XMg的變化，不同礦物之間有如下順序：

Op

(9)

可以看出，除了黑云母(Bt)具多階段外，其它礦物的XMg變化順序大致與生成順序一致。對(duì)于暗色礦物的種類變化，如石榴子石→堇青石，除了壓力降低的影響外，不排除深熔作用過程中，介質(zhì)的性質(zhì)或組成發(fā)生改變的可能，使得結(jié)晶的礦物組分逐漸富鎂。

此外，揮發(fā)分硼對(duì)其它常量組分的活動(dòng)性及含量亦具影響，因?yàn)殍F、鎂、鋁、鈹、錳都可以成為硼的沉淀劑(劉英俊等, 1984)。硼硅酸鹽礦物的大量產(chǎn)出，是SiO2活度受到抑制、B2O3和Al2O3活動(dòng)相對(duì)加強(qiáng)的結(jié)果，硅硼鎂鋁礦和硼柱晶石(B-Al±Si)之后可出現(xiàn)長(zhǎng)石、堇青石等鋁硅酸鹽礦物和石英(Si-Al±B)，說明硼硅酸鹽礦物形成時(shí)SiO2組分發(fā)生了顯著的分異，或者SiO2的活度受到了明顯的抑制，尤其是假藍(lán)寶石和硅硼鎂鋁礦等SiO2含量很低礦物的形成，同時(shí)表明了B活度的相對(duì)提高，這些礦物之后石英的出現(xiàn)則標(biāo)志著SiO2活度的恢復(fù)。

至于巖石中貧硅，除了原巖成分的影響外，Kriegsman and Hensen (1998)提出，隨著黑云母的不斷脫水熔融，變泥質(zhì)巖深熔中可發(fā)生石英的逐漸減少，促使變泥質(zhì)巖中SiO2含量降低、而Al2O3含量相對(duì)升高。通過接觸變質(zhì)的觀察和成巖格子的研究，Riescoetal. (2004)對(duì)變泥質(zhì)巖提出兩階段深熔機(jī)制，認(rèn)為早期熔融形成富含石英的脈遷移出去，而殘留組分貧石英，說明去硅效應(yīng)的發(fā)生：其他組分抑制了SiO2的結(jié)晶并替代其位置，再轉(zhuǎn)熔形成熔體并不斷遷出，使得剩余組分成分不斷變化，殘留組分中硅不飽和，形成礦物如剛玉、尖晶石、假藍(lán)寶石等。

另外，絡(luò)陰離子的活動(dòng)具有波動(dòng)性。通常，斜長(zhǎng)石難以溶蝕石榴子石，但是若同時(shí)有B組分，溶蝕較易發(fā)生，先形成斜長(zhǎng)石，緊接著硼柱晶石出現(xiàn)，并伴隨少量的Qtz形成。

3.3 揮發(fā)分的分離與聚合

硼硅酸鹽礦物的一個(gè)重要特征是含有相當(dāng)數(shù)量的揮發(fā)分組分(B、F、Cl、OH)，且不同的礦物所含揮發(fā)分的種類不同，其中(因黑云母與硼硅酸鹽礦物的密切關(guān)系，也一同作比較)：

Bt：F、Cl均有，且以F為主，揮發(fā)分組分H2O+Cl, F or Cl, F, H2O±B

Trn：B及少量的F，基本無Cl，含H2O；B+H2O±Cl, F(P)

Prs：B及少量的F，基本無Cl，而H2O活動(dòng)較弱，B±H2O±Cl, F

Gdd：B及微量的P，無F、Cl，硅硼鎂鋁礦屬“干”礦物，B±P

不同硼硅酸鹽礦物的硼、水含量有顯著區(qū)別，變質(zhì)過程中B組分濃度及水含量的顯著變化控制了各種硼硅酸鹽礦物的先后形成。

硼硅酸鹽礦物能夠結(jié)晶的一個(gè)重要因素在于B組分必須達(dá)到相當(dāng)?shù)臐舛?，即前期B組分有相當(dāng)?shù)母患^程。早期的電氣石石英巖提供了最佳的成分前提：如硅硼鎂鋁礦、硼柱晶石由電氣石進(jìn)變質(zhì)改造形成，即Gdd、Prs、Brs、Trn2-3系在早期富硼礦物基礎(chǔ)上形成新的硼硅酸鹽礦物，這時(shí)B(F)組分基本不遷移，保持近封閉體系。即當(dāng)Gdd-Prs組合礦物含量較多時(shí)可能為富含電氣石原巖變質(zhì)改造而成，并伴隨脫水反應(yīng)：Bt+Trn→Sil+Ap+Gdd，流體活動(dòng)明顯，遷出H2O、Na、K，這里Gdd-Prs組合相當(dāng)于殘留。Werding and Schreyer (1978)的實(shí)驗(yàn)表明：在柱晶石-共存的含水流體之間，B2O3優(yōu)先富集于固相中，即使F、Cl遷移也不遠(yuǎn)，沉淀、結(jié)晶于磷灰石之中，導(dǎo)致伴生的磷灰石。從晶體化學(xué)特征可知，硼硅酸鹽礦物形成時(shí)環(huán)境可能較富Al2O3組分，Werding and Schreyer (1996)指出，鋁(尤其在六配位時(shí))對(duì)硼有化學(xué)親和性，B2O3不全表現(xiàn)為揮發(fā)性組份，至少在硼硅酸鹽礦物形成時(shí)如此。也就是說，形成Gdd-Prs時(shí)，揮發(fā)分(包括B、P)較為惰性，體系基本是封閉的。

本區(qū)還有另外一種情形，未見早期電氣石石英巖，僅有少量硼硅酸鹽礦物Prs±Gdd呈團(tuán)塊狀、透鏡狀出現(xiàn)(圖2c, d)。因無早期電氣石相伴，可能反映了B(F)組分的遷移、富集過程，或含B組分經(jīng)一定距離遷移之后對(duì)其它礦物的交代作用，如石榴子石附近極少量的黑云母轉(zhuǎn)變?yōu)楣枧疰V鋁礦。

通過對(duì)日本西南部高級(jí)變質(zhì)巖的研究，Kawakami and Ikeda (2003)指出，麻粒巖巖相變質(zhì)過程中，若少水或無水，很可能會(huì)影響到一些揮發(fā)分以合適載體的遷移，如高溫峰期假藍(lán)寶石(Spr)體系中基本無水，Spr中可含有相當(dāng)量的硼(B)組分，隨著體系中水含量的逐漸增加，先后形成柱晶石(Krn或Prs)和電氣石(Trn)。其礦物形成順序與中山站區(qū)完全一致，假藍(lán)寶石含B意味著體系硼組分較低，尚未形成硼礦物，隨著B含量進(jìn)一步增加、達(dá)到足夠的濃度時(shí)形成硼鋁硅酸鹽礦物。

不同的礦物組合大致反映了不同的揮發(fā)分遷移-聚集形式，如硼柱晶石之后出現(xiàn)的黑云母±電氣石是深熔作用之后降溫水化的產(chǎn)物，此時(shí)發(fā)生了B、F(Cl)、P、H2O等揮發(fā)分的聚集。

Bt-Trn：B(F)-H2O結(jié)合，H2O趨于固結(jié)；

Ap-Gdd：B(F-P)沉淀，趨于脫水，H2O擴(kuò)散，B(F-P)封閉、聚集；

Prs：B(F)-H2O(P)分異，僅有少量H2O沉淀，總體趨于脫水；

Trn：B(F)-H2O結(jié)合，H2O趨于(冷卻)固結(jié)；

Gdd→Prs→Trn的遞進(jìn)演化，一方面表明，不同的硼硅酸鹽礦物組成反映了不同的溫壓條件和流體組成，如B±F沉淀，使得B和部分H2O結(jié)晶形成硼柱晶石；另一方面，硼組分的聚集，也相當(dāng)于深熔作用之后的體系冷卻即揮發(fā)分凝固過程。用組分B2O3-H2O活度變化可較好解釋硼硅酸鹽礦物組合的變化：峰期變質(zhì)之后溫度的降低使得P2O5、B2O3等揮發(fā)分優(yōu)先凝聚或形成殘留，其中P2O5較早、B2O3較晚；水的增加或降溫降壓，使得這兩種組分有效分異，之后才是H2O的凝聚：先是析出P2O5形成氟磷鎂石，涉及到P、F共同沉淀(任留東等, 2004; Renetal., 2005)，并有磷(P)從鄰近遷移過來的過程，隨后則是是B2O3活度的逐漸減小造成Gdd→Krn或Prs，隨著H2O含量的增加形成Prs、Trn，即硼硅酸鹽礦物結(jié)晶過程中，環(huán)境先是B2O3-H2O之間變化，組分為B2O3±H2O、B2O3+H2O時(shí)分別形成Gdd、Prs，轉(zhuǎn)化以CO2±H2O為主時(shí)出現(xiàn)Crd，然后H2O±CO2形成Bt、Trn，出現(xiàn)Gdd→Prs→Crd→Trn的遞進(jìn)演化。因此，不同礦物組合的形成也是各種揮發(fā)分或易遷移組分分離或聚合的過程。

當(dāng)熔體或其所派生的溶液中含較多的H2O、CO2、B、F、Cl等揮發(fā)分組分時(shí)，由于降壓/升溫的影響，其中壓力是主導(dǎo)因素，導(dǎo)致熔體中揮發(fā)分的逸出(Holtz and Johannes, 1994)；若隆升幅度較小，H2O基本不逸出，即H2O“原地循環(huán)”(Konnetal., 1997)。

3.4 與變質(zhì)作用-深熔作用的關(guān)系

南極拉斯曼丘陵片麻巖中，早期電氣石很少有殘留，即使出現(xiàn)也是包裹于石榴子石等礦物中，若與其他硼硅酸鹽礦物相伴時(shí)可以出現(xiàn)于斜長(zhǎng)石中，或是以退變的形式存在。電氣石在麻粒巖相變質(zhì)條件下不穩(wěn)定，其殘留體的存在可能是由硼鋁硅酸鹽礦物之間硼的緩沖作用造成的(任留東和劉小漢, 1994)，少量退變質(zhì)電氣石的形成反映在晚期冷卻過程中發(fā)生了揮發(fā)分組分一定程度的再集中，同時(shí)說明，與揮發(fā)分組分B有關(guān)的變質(zhì)反應(yīng)發(fā)生不徹底。

不論是硅硼鎂鋁礦，還是硼柱晶石，二者派生于之的富硼礦物基本為電氣石(見前述)，實(shí)際上也見到了這種轉(zhuǎn)化關(guān)系。電氣石主要在角閃巖相變質(zhì)條件下穩(wěn)定，而硅硼鎂鋁礦和硼柱晶石往往在高角閃巖相-麻粒巖相環(huán)境中形成(Grewetal., 1990)，硼鋁硅酸鹽礦物組合的形成與深熔作用關(guān)系密切(Grewetal., 1990, 1998; Dingwelletal., 1996)。

在深熔作用中，部分常量組分可有殘留，如Al、Fe、Ti，甚至Mg組分，因難以遷移，而發(fā)生(近)原地熔體冷凝、聚集，形成夕線石、金屬氧化物、石榴子石、斜方輝石等，以及一些副礦物的聚集，如在中山站區(qū)，鋯石、獨(dú)居石、磷釔礦等副礦物在夕線石、堇青石附近的局部集中，形成串珠狀或多個(gè)顆粒的集合體，可能就是這種殘留的一種體現(xiàn)。

揮發(fā)分B、F的存在使得巖漿熔點(diǎn)降低、熔融成分調(diào)整，即揮發(fā)分的存在使可移動(dòng)的熔體偏離正常的低共熔組成(Dingwelletal., 1996)，特別是熔體攜帶這些揮發(fā)分之后，粘度有所降低，更容易沿構(gòu)造裂隙或剪切帶運(yùn)移。

之后揮發(fā)分散失導(dǎo)致熔體熔點(diǎn)降低，或熔體直接降溫，均可促使熔體結(jié)晶，類似于巖漿體系的結(jié)晶演化過程，首先結(jié)晶的是鎂鐵質(zhì)礦物，如尖晶石、假藍(lán)寶石等，如東南極Lützow-Holm灣區(qū)高級(jí)變質(zhì)區(qū)麻粒巖中的含假藍(lán)寶石、堇青石的組合認(rèn)為屬于麻粒巖相變質(zhì)作用、部分熔融經(jīng)熔體汲出后的殘留體(Yoshimuraetal., 2008)，但是，更可能是熔體結(jié)晶時(shí)的產(chǎn)物，因?yàn)?，這些礦物往往溶蝕、改造熔融殘留體如石榴子石、磁鐵礦等。

就我們的觀察，Gdd和Prs比一般的硅酸鹽礦物結(jié)晶峰期如石榴子石、斜方輝石略晚(圖5c, d、圖6a)，反映了硼硅酸鹽礦物的結(jié)晶晚于變質(zhì)峰期階段，考慮到其間的溶蝕關(guān)系，可能的情況是：石榴子石、斜方輝石及一些氧化物等高溫“干”礦物形成于深熔作用階段，即不一致熔融(incongruent melting)的結(jié)果，屬于熔體形成階段；而硼硅酸鹽礦物的出現(xiàn)，一方面，與變質(zhì)峰期礦物呈反應(yīng)關(guān)系，另一方面，Gdd-Prs形成時(shí)鉀長(zhǎng)石具有自形晶面，表明是從熔體中結(jié)晶出來的(Vernon and Collins, 1988)，而硼硅酸鹽礦物的結(jié)晶極少伴有熔體(圖2b、圖3a, b)，說明富硼組分與熔體有顯著的分異，但仍與熔體有著密切的聯(lián)系。參考造巖礦物及主要組分之間的聯(lián)系，可能對(duì)應(yīng)熔體的結(jié)晶階段。這也是本文與以往研究的不同之處。熔體中所溶解的惰性組分(如Al、Fe、Zr、REE等)、活動(dòng)組分(如Mg、Ca)和各種揮發(fā)分，先后被沉淀、結(jié)晶出來，并對(duì)早期熔融階段的難熔礦物(如石榴子石、不透明金屬氧化物)有所溶蝕、改造(圖5c, d、圖6a, c)。即深熔作用的熔融階段，經(jīng)轉(zhuǎn)熔形成殘留體和熔體；降溫過程中，熔體結(jié)晶出兩種組合：原地、近原地的富鎂礦物，如假藍(lán)寶石、堇青石等(圖4、圖5f)，以及半原地的硼硅酸鹽礦物，可能緣于揮發(fā)分的參與，其結(jié)晶位置與淺色體有一定的偏離(圖2b, d)。

Gdd-Prs等硼硅酸鹽礦物形成于麻粒巖相變質(zhì)條件，可能與熔體整體溫度較高、水含量較低有關(guān)。早期熔融殘留組合被后期硼硅酸鹽組合疊加改造，而且，熔體和揮發(fā)分組分的結(jié)晶產(chǎn)物分異徹底：熔體直接結(jié)晶形成的花崗巖、偉晶巖中除少量電氣石外，很少有其它硼硅酸鹽礦物。

在熔體結(jié)晶過程中，可形成磷酸鹽礦物(如磷灰石、氟磷鎂石)(Renetal., 2003; 任留東等, 2004; Grewetal., 1990, 1996)和硼硅酸鹽礦物(Renetal., 1992; Carsonetal., 1995; Grewetal., 1996)的局部聚集，并有部分揮發(fā)分以溶液或汽相的方式逸出，遷移至低壓或較淺的構(gòu)造層次。變質(zhì)晚期水化形成自形黑云母、電氣石，或剛玉周邊的黑云母，即熔體結(jié)晶導(dǎo)致黑云母、電氣石等含水礦物的形成，當(dāng)然，這也是B、F等組分遷移-聚集的過程，說明了深熔過程的整體封閉性。自熔體析出的揮發(fā)分組分則遷移至合適的部位凝聚、結(jié)晶，磷酸鹽、硼硅酸鹽礦物可能就是這樣形成的。變質(zhì)礦物組合的形成與變化，不僅受溫壓條件的控制，相關(guān)的深熔作用、熔體及流體揮發(fā)分組分，同樣具有重大影響。

3.5 介質(zhì)酸堿度分析

礦物組合的多期次、階段的演化既有溫壓變化，也有流體介質(zhì)組成的變化，而不是簡(jiǎn)單的溫壓路徑變化所致。而且，不同的礦物組合可能大致反映了不同的流體介質(zhì)組成。對(duì)于亞固相條件，除流體中硼的含量外，H/OH比值或pH值則是一個(gè)重要的變量(Morgan and London, 1989)：

(10)

(1)電氣石具有多期次且成分多變(任留東和劉小漢, 1994)。實(shí)驗(yàn)得知，電氣石只在介質(zhì)pH<6.0的溶液中穩(wěn)定(劉英俊等, 1984)，根據(jù)共生礦物組成，最主要的組合為電氣石-石英共生：介質(zhì)中應(yīng)含SiO2，電氣石形成于富鈣的弱酸性溶液環(huán)境。

(3)硼柱晶石形成時(shí)電氣石溶解、消失較為明顯，偶爾可見到電氣石→硼柱晶石轉(zhuǎn)化關(guān)系，發(fā)生分解轉(zhuǎn)化反應(yīng)：

Bt+Trn→Prs+(K2,Na2,Ca)O+H2O

(11)

含硼組分的熔體或溶液可溶蝕圍巖，對(duì)先期礦物有溶蝕、改造作用(圖5a, b, d、圖6a, c)。較高溫硼硅酸鹽礦物(Gdd-Prs)之后是少量長(zhǎng)石(Kfs-Pl)的結(jié)晶(圖3b、圖5e)，硼柱晶石可被后期出現(xiàn)的長(zhǎng)石、堇青石和石英溶蝕，而硅硼鎂鋁礦保持穩(wěn)定，也說明二者形成的介質(zhì)條件的差異。

最后是電氣石±黑云母+石英組合(圖8d)。Morgan and London (1989)實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，堿性流體中B的介入可增大Al、Si的溶解度，容易遷移和集中，其時(shí)組分大規(guī)?；顒?dòng)，硼柱晶石可大量、集中的產(chǎn)出。三種硼硅酸鹽礦物中，電氣石形成于酸性環(huán)境，硅硼鎂鋁礦和硼柱晶石形成于堿性環(huán)境，且堿性程度依次增強(qiáng)。流體介質(zhì)組成的不斷變化，導(dǎo)致硼硅酸鹽礦物的遞進(jìn)演化。

4 關(guān)于硼組分的豐度及其成因

一般變質(zhì)巖中硼的含量比其原巖沉積巖或巖漿巖中的硼含量要低，這是由于變質(zhì)作用過程中，礦物中賦存的硼會(huì)逐漸釋出(Moranetal., 1992; Acosta-Vigiletal., 2001; Kawakami and Ikeda, 2003)。麻粒巖相變質(zhì)的特征是高溫、少或無水，隨著變質(zhì)程度的加深，硼的釋放愈加明顯。一般麻粒巖相變質(zhì)巖石虧損硼，其中硼的含量很少超過5×10-6。

本區(qū)部分片麻巖中硼硅酸鹽礦物含量很高，換算成B2O3可達(dá)～n%的濃度(Grewetal., 1990, 2013)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般沉積巖或巖漿巖中的含量。對(duì)于如此高的硼濃度，Grewetal. (2012)認(rèn)為是原巖成分繼承而來，即一種特殊的富硼巖石如蒸發(fā)鹽巖類等。通過同位素比值分析，Grewetal. (2013)和MacGregoretal. (2013)認(rèn)為這里富硼成分起因于原巖，即變質(zhì)前的B聚集，并歸因于c. 1000Ma前大陸弧內(nèi)側(cè)裂谷或海相盆地或泥火山環(huán)境下的水熱蝕變(Slacketal., 1998)，類似的巖石包括東南極的Windmill群島、Wilkes地，以及澳大利亞Broken丘陵Willyama超群中含電氣石石英巖的鐵建造(Slacketal., 1993)。Kawakamietal. (2008)則提到，Lützow-Holm 灣區(qū)變質(zhì)前海水對(duì)基性巖的蝕變作用可以富集B組分。

本區(qū)中-高級(jí)長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖中電氣石或其他硼硅酸鹽礦物要么缺失，要么含量很高成為造巖礦物，多處可見硼硅酸鹽礦物以透鏡或似薄層狀產(chǎn)出。還有一些片麻巖，沒有電氣石出現(xiàn)，硼鋁硅酸鹽礦物含量很少，巖石中B2O3含量難以達(dá)到形成Gdd、Prs所需要的量。本區(qū)長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖的原巖恢復(fù)(任留東等, 2007)表明，變質(zhì)巖的原巖主要為雜砂巖類以及少量的火山(沉積)巖，富硼巖石原巖可能為電氣石石英巖，即相對(duì)活動(dòng)環(huán)境下的沉積，似乎沒有蒸發(fā)鹽形成的機(jī)制。因此，硼鋁硅酸鹽礦物組合的形成不在于巖石多么富集B組分，關(guān)鍵要有B的局部富集機(jī)制。除原巖繼承外，本區(qū)巖石存在變質(zhì)-深熔作用、熔體結(jié)晶，進(jìn)而晚期高溫流體或溶液中硼的再富集過程，而這與變質(zhì)級(jí)別增高時(shí)變質(zhì)巖中硼含量的變化趨勢(shì)恰好相反。

碎屑巖通常含有副礦物電氣石，低-中級(jí)變質(zhì)時(shí)亦可由云母釋放出B形成粗粒電氣石(Kawakami and Ikeda, 2003)，高溫麻粒巖相變質(zhì)時(shí)電氣石不再穩(wěn)定而發(fā)生分解(Grewetal., 1996, 2002)，在變質(zhì)條件下，11B(相對(duì)于10B而言)優(yōu)先進(jìn)入流體相中(Palmeretal., 1992; Palmer and Swihart, 1996)，數(shù)據(jù)表明，電氣石的11B含量較高(作者未發(fā)表資料)，而硼柱晶石和硼鎂鋁礦的11B較低(王彥斌等, 2004)，揮發(fā)組分B發(fā)生了一定程度的同位素分餾過程，反映了電氣石的形成與流體有關(guān)。

另外，本區(qū)硅硼鎂鋁礦、電氣石周圍常有石英附生，而硼柱晶石周圍石英較少，而是具有一定量的(鉀)長(zhǎng)石，多有堇青石(圖5e)，反映了它們形成時(shí)介質(zhì)成分的差別。硼柱晶石聚集時(shí)硼組分濃度應(yīng)該較高，卻無硅硼鎂鋁礦伴生，二者不同時(shí)形成，說明硼組分濃度不是控制硼鋁硅酸鹽礦物出現(xiàn)的唯一因素，如介質(zhì)的其它環(huán)境因素如酸堿性、伴隨揮發(fā)分組分的差異，可能影響到元素B、Al配位數(shù)(B-三、四配位，Al-四、六配位)的變化，進(jìn)而可決定硼鋁硅酸鹽礦物的種類。

因此，一種可能的解釋是：大部分沉積巖在遞進(jìn)變質(zhì)時(shí)硼組分趨于減少，熔體強(qiáng)烈吸收體系中本來就不多的H2O等流體揮發(fā)分，即流體揮發(fā)分優(yōu)先進(jìn)入熔體(Thompson, 1983; Vilzeuf and Holloway, 1988)，逸出的硼組分經(jīng)深熔形成的熔體或衍生的流體溶液遷移，降溫或熔體結(jié)晶時(shí)，其中的揮發(fā)分組分析出，在淺色體聚集區(qū)或花崗巖巖體附近的富黑云斜長(zhǎng)片麻巖內(nèi)或分散或集中，初期溫度較高時(shí)形成多種硼硅酸鹽礦物，如柱晶石或其他硼鋁硅酸鹽礦物的透鏡體(圖2)，之后形成堇青石。仝來喜等(1997)注意到，本區(qū)的堇青石形成于高溫變質(zhì)作用及緩慢冷卻的條件。溫度較低時(shí)仍以溶液或汽相短距離遷移的B組分形成Trn-Qtz團(tuán)塊或脈體。這種情況下，B、F、P的局部聚集應(yīng)與深熔作用時(shí)熔體的整體吸收及隨后熔體結(jié)晶階段的再富集有關(guān)，而與原巖是否富含這些組分關(guān)系不大，對(duì)于硼，如原巖中少量碎屑電氣石的存在即可造成這種效果。

與淺色體/淡色花崗巖相比，B趨于在暗色體或殘留體中結(jié)晶富集(Acosta-Vigiletal., 2001)，而且，與一般硅酸鹽礦物深熔作用時(shí)的殘留有所不同，硼鋁硅酸鹽礦物主要為熔體冷卻結(jié)晶時(shí)的殘留。也就是說，對(duì)硼組分來說，局部體系不封閉，而在較大尺度和范圍內(nèi)則基本封閉，難以形成大尺度的循環(huán)(如俯沖)，揮發(fā)分組分的遷移和富集局限在一定的尺度和范圍內(nèi)，這既有原巖層位的限制，又有構(gòu)造或巖漿聚集作用。在拉斯曼丘陵，宏觀上，出露硼硅酸鹽礦物的層位大致集中于一個(gè)大的剪切帶(寬度達(dá)4km)的兩側(cè)，即揮發(fā)分的集中與分布具有非均一性：與片麻理一致的含硼柱晶石富黑云母片麻巖呈長(zhǎng)扁豆或小透鏡往往沿片麻理方向出現(xiàn)淺色體團(tuán)塊，鄰近出現(xiàn)較多的偉晶巖脈和花崗巖(圖2)，可能就是這種硼富集的體現(xiàn)。

關(guān)于硼硅酸鹽礦物組合的形成時(shí)代，到目前為止，還沒有這些礦物形成年齡的直接數(shù)據(jù)?？紤]到其出現(xiàn)與區(qū)內(nèi)的正長(zhǎng)花崗巖、含榴花崗巖及偉晶巖脈密切的聯(lián)系，而這些花崗巖及偉晶巖形成于泛非期(Carsonetal., 1997)，因此，這些揮發(fā)分組合可能也形成于泛非期變質(zhì)作用。

5 巖石學(xué)意義

通過以上分析和討論，本區(qū)硼硅酸鹽礦物的產(chǎn)出伴隨著特定的巖石學(xué)過程，總結(jié)如下：

(1)硼硅酸鹽礦物(電氣石除外)與一般的硅酸鹽礦物結(jié)晶峰期的時(shí)期不同；各種硼硅酸鹽礦物在同一期、甚至同一階段內(nèi)呈遞進(jìn)關(guān)系：電氣石可多次出現(xiàn)，對(duì)于硅硼鎂鋁礦和硼柱晶石而言，前者先形成，后者晚出現(xiàn)，很少見到兩種以上的硼硅酸鹽礦物同時(shí)形成，即硼硅酸鹽礦物之間共存但一般不共生；

(3)在深熔作用中，揮發(fā)分B、F更容易進(jìn)入熔體(硼的第一次富集)，其存在影響了熔體的組成，使得巖漿熔點(diǎn)降低、熔融成分調(diào)整，粘度有所降低，更容易運(yùn)移；另外，熔體可以攜帶這些揮發(fā)分，當(dāng)熔體結(jié)晶時(shí)揮發(fā)分析出、結(jié)晶，局部富集硼硅酸鹽礦物(硼的第二次富集)；說明巖石中的B組分可經(jīng)由變質(zhì)-深熔作用造成，有深熔作用時(shí)熔體的優(yōu)先吸收及隨后熔體結(jié)晶階段的再富集過程，而與原巖是否富集這些組分關(guān)系不大，這時(shí)組分(尤其是揮發(fā)分組分)在露頭尺度上體系可能屬于開放性質(zhì)，而在更大尺度和范圍內(nèi)則基本封閉；

(4)硼硅酸鹽礦物的遞進(jìn)演化可能主要受介質(zhì)控制，不同的硼硅酸鹽礦物形成的介質(zhì)條件有所差異，根據(jù)分析，電氣石形成于富鈣的弱酸性溶液，可含SiO2，硅硼鎂鋁礦應(yīng)為近中-堿性溶液介質(zhì)，而硼柱晶石的形成條件應(yīng)為含少量氟的偏堿性介質(zhì)環(huán)境，后兩者伴隨的SiO2較少見。除溫壓因素外，礦物的多期次、階段的變化可能同時(shí)受介質(zhì)條件的控制；

(5)硼硅酸鹽礦物組合存在，表明發(fā)生了以脫水為主的高級(jí)變質(zhì)作用，同時(shí)伴隨強(qiáng)烈的深熔作用，正是深熔作用的存在，使得硼組分在前期原巖有一定含量的基礎(chǔ)上，由于熔體結(jié)晶而發(fā)生局部富集，尤其是沿著一些構(gòu)造薄弱部位發(fā)生顯著的聚集。

6 結(jié)論

根據(jù)以上研究和敘述，大致得出這樣的認(rèn)識(shí)，拉斯曼丘陵高級(jí)區(qū)硼硅酸鹽礦物組合的形成階段與一般的硅酸鹽礦物有所區(qū)別，其出現(xiàn)與變質(zhì)作用過程中組分、尤其是揮發(fā)分組分的差異性活動(dòng)有密切關(guān)系。本文特別強(qiáng)調(diào)，揮發(fā)性組分硼的高濃度不限于原巖成分，后期地質(zhì)過程及變質(zhì)作用中的再富集過程同樣重要。

致謝感謝仝來喜教授和張建新研究員對(duì)初稿提出的重要修改意見。南極考察期間的野外工作得到劉小漢研究員、劉曉春研究員、徐剛研究員的大力協(xié)助。感謝國(guó)家海洋局極地考察辦公室和中國(guó)極地研究中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作給予的后勤保障和大力支持。

謹(jǐn)以此文祝賀恩師沈其韓院士百歲華誕暨從事地質(zhì)事業(yè)八十年。