石英中包裹体弹性气压计（QuiG）约束印度西北Rampura–Agucha Pb–Zn矿床石榴石–黑云母–夕线石片麻岩的近峰压力与变形控制的退变质重置

《Journal of Asian Earth Sciences》：Quartz-in-garnet elastic barometry constrains near-peak pressures and deformation-controlled retrograde resetting in garnet–biotite–sillimanite gneisses of the Rampura–Agucha Pb–Zn deposit, NW India

　　

石英中包裹体弹性气压计（quartz-in-garnet elastic barometry）结合Ti-in-黑云母温度计（Ti-in-biotite thermometer）将印度西北Rampura–Agucha Pb–Zn矿床石榴石–黑云母–夕线石片麻岩（GBSG）的近峰变质作用限定为6.2–8.2 kbar和621–722 °C，对应约22–30 km的中地壳埋深。研究人员发现，石榴石–黑云母（边缘）温度计记录的506–576 °C比Ti-in-黑云母温度低68–146 °C，指示冷却过程中Fe–Mg交换的退变质重置；而弹性气压计与GASP（石榴石–Al?SiO?–斜长石–石英）压力在不确定度范围内一致（6.7–8.8 kbar），表明二者记录了同一近峰阶段。研究还识别出部分石英包裹体具有负残余压力（negative residual pressure），且其比例随样品变形强度增加而升高（0–61%），揭示出露过程中变形增强的弹性松弛作用。该研究首次在该地区应用弹性气压计，证明其能够在化学温压计部分重置的岩石中恢复近峰压力，并细化了Rampura–Agucha矿床的顺时针P–T演化框架。

**研究背景与科学问题**
高级变质岩区的压力–温度（P–T）条件重建长期依赖传统化学温压计，其基本假设是矿物组合在近峰变质条件下保存了化学平衡。然而，在多期变形岩石中，抬升过程中的晶内扩散、变形增强的晶界迁移和流体渗入会逐步改造矿物成分，导致常规温压计记录的往往是退变质路径上的中间状态而非近峰条件。石榴石–黑云母Fe–Mg交换温度计对上角闪岩相条件下的退变质再平衡尤为敏感，因为冷却过程中石榴石边缘与基质黑云母的Fe–Mg扩散可显著重置边部成分。相比之下，GASP（石榴石–Al?SiO?–斜长石–石英）压力计对退变质重置的抵抗力较强，但并非完全免疫。弹性气压计则另辟蹊径，它不依赖矿物组合的化学平衡，而是基于矿物包裹体–主晶体系的热弹性性质。当石英包裹体被石榴石主晶捕获后，抬升过程中因两相热弹性行为差异会产生残余压力，通过拉曼光谱量化该压力并反演捕获P–T条件。Rampura–Agucha矿床位于印度拉贾斯坦邦的Aravalli–Delhi活动带，其赋矿围岩为经历角闪岩相至麻粒岩相变质作用的含夕线石片麻岩，且遭受了多期变形和程度不一的退变质改造。已有研究虽给出了约6–8 kbar、720–780 °C的峰期条件，但未曾评估退变质重置对常规温压计结果的掩盖程度，也缺乏该地区的弹性气压计数据。本研究因此提出一个可检验的核心问题：在多相变质变形岩石中，石英中包裹体弹性气压计是否比常规化学气压计更忠实地恢复峰期压力？变形强度是否控制退变质重置的程度？

**研究内容与结论**
研究人员选取了来自Rampura–Agucha矿床下盘和上盘的4件石榴石–黑云母–夕线石片麻岩样品（I1、I2、I8、I10），代表从弱变形片麻岩到强糜棱岩化域的不同变形强度，另加1件石榴石角闪岩样品（I6），综合运用弹性气压计、GASP压力计、石榴石–黑云母温度计和Ti-in-黑云母温度计，并结合岩相学观察、石榴石成分剖面和拉曼填图，系统评估了近峰P–T条件及退变质重置程度。结果表明：弹性气压计在Ti-in-黑云母温度下获得的捕获压力为6.2–8.2 kbar，温度621–722 °C，落入夕线石稳定域；GASP压力（6.7–8.8 kbar）与弹性压力在不确定度范围内一致，两者共同记录了同一近峰阶段。石榴石–黑云母（接触边部）温度（506–576 °C）比Ti-in-黑云母温度低68–146 °C，且温度差在弱变形样品I1中最小（68 °C），在强变形样品中更大（117–146 °C），表明Fe–Mg交换在冷却过程中持续再平衡。部分石英包裹体记录了负残余压力，其比例随样品变形强度增加而升高（I10为0%，I1为20%，I8为33%，I2为61%），指示抬升过程中变形增强的弹性松弛。该研究首次在Rampura–Agucha地区应用弹性气压计，证明了在化学温压计被部分重置的岩石中，弹性气压计仍能恢复近峰压力，从而细化了该矿床的P–T演化框架，并将峰期埋深约束为约22–30 km的中地壳深度。

**主要关键技术方法**
研究采用了以下核心技术手段：（1）扫描电子显微镜–能谱分析（SEM–EDS）测定矿物化学成分，获得石榴石核–边成分剖面及黑云母、斜长石点分析；（2）共焦拉曼光谱（Raman spectroscopy）测量石英包裹体的拉曼位移（约128、206、464 cm?1等振动模），利用stRAinMAN软件计算应变张量，再通过EntraPT软件基于完整弹性刚度张量换算包裹体压力（P_inc）和捕获压力（P_entr）；（3）石榴石–黑云母Fe–Mg交换温度计（Gulbin 2011年校准）和Ti-in-黑云母温度计（Henry等2005年校准）分别估算退变质温度和近峰温度；Ti-in-角闪石温度计（Liao等2021年校准）用于角闪岩样品；（4）GASP压力计（Newton和Haselton 1981年校准）作为独立压力校验。所有样品均采自地下Rampura–Agucha矿山，其中I1、I2、I3、I7、I8、I9、I10来自矿体西翼GBSG单元，I6来自东侧近钙硅酸盐片麻岩接触带的镁铁质岩域，样品I10采自露天采坑。

**研究结果与讨论**
（1）**岩相学特征**：所有GBSG样品均含石英、石榴石、黑云母、斜长石、钾长石和夕线石，夕线石仅以纤维状形式出现。纤维夕线石与钾长石交生指示钾长石稳定域的上角闪岩相至麻粒岩相条件；沿片理和C面定向排列的纤维夕线石记录同构造生长；石榴石边缘及裂隙中的纤维夕线石反映局部退变质；I2样品石榴石内的夕线石包裹体表明夕线石在石榴石生长期间已稳定。所有样品均无蓝晶石和白云母。

（2）**石榴石矿物化学**：GBSG石榴石成分为Alm69–78、Prp9–28、Grs2–7、Sps1–6，核部成分相似，表明共享近峰变质历史；角闪岩样品I6的石榴石显著富钙（Grs26–30），反映镁铁质原岩成分。I1和I2石榴石内部成分均一化，仅边部显示Fe–Mg再平衡；I8保留最清晰的核–边X_Mg梯度（核部约0.31，边部约0.16），记录进变质生长成分环带的部分保留；I10显示向边部X_Mg平滑降低。X_Mg剖面中的局部波动指示生长条件变化，且扩散未完全均一化。

（3）**温度计与压力计结果**：石榴石–黑云母接触边部对平均温度为506–576 °C，内部（核部等价）对为542–588 °C，均显著低于Ti-in-黑云母温度（621–722 °C），其中Ti-in-黑云母温度被解释为更接近近峰条件。I6的Ti-in-角闪石温度为717 ± 62 °C，与GBSG的热状态一致。弹性气压计在Ti-in-黑云母温度下给出P_entr = 6.2–8.2 kbar，其中I8最高（8.24 ± 0.12 kbar），I1和I2分别为6.31 ± 0.22和6.18 ± 0.38 kbar，I10的估算值为7.58 ± 0.27 kbar。GASP压力（6.7–8.8 kbar）略高于但总体一致，偏移0.5–1.0 kbar在不确定度范围内。

（4）**拉曼填图**：对I2样品中代表性石英包裹体进行拉曼填图，六个振动模的位移图均显示包裹体核部残余压应力高于边部，核–边压力差约1 kbar，与弹性各向异性主–包体系的数值模型预测一致。约464 cm?1模对晶体取向不敏感，提供最可靠的空间压力变化信息；约206和400 cm?1模显示近包裹体边界的非静水应力集中。

（5）**残余包裹体压力与负P_inc**：所有测量的石英包裹体按30% ESD（估算标准偏差）过滤后，正P_inc（压性）包裹体记录近峰捕获压力，负P_inc（张性）包裹体指示抬升过程中弹性松弛。具有负P_inc的包裹体比例随变形强度增加而升高（I10: 0%，I1: 20%，I8: 33%，I2: 61%），表明变形促进了机械应力松弛，但化学重置（Grt–Bt温度差）与机械重置的样品间排序不完全一致，说明二者速率可不同。

**讨论与结论**
讨论部分指出，石榴石–黑云母温度与Ti-in-黑云母温度的68–146 °C系统性偏差，结合GASP压力与弹性压力在相同近峰温度下的一致，表明Fe–Mg交换在冷却过程中持续再平衡，而Ca–Al交换（GASP）和弹性体系在更高温度或更早阶段即已封闭。负P_inc包裹体比例随变形增强而升高的现象支持变形增强的弹性松弛机制，包括微裂隙应力耗散、糜棱岩化域中石榴石主晶的塑性流动以及流体充填C面引起的压力平衡。弹性气压计在强烈退变质样品I10中仍能获得一致压力（约7.6 kbar），凸显了该方法在多相变质和变形影响地体中的独特价值。近峰条件6.2–8.2 kbar、621–722 °C位于蓝晶石–夕线石边界约1 kbar以内且偏向夕线石侧，无蓝晶石出现可用低温下Al?SiO?多形转变的动力学抑制解释。结合已有研究，该变质演化被解释为顺时针P–T轨迹：中地壳埋深（约22–30 km）至近边界条件，随后冷却降压，伴随部分化学再平衡和局部机械应力松弛。研究结论指出，石英中包裹体弹性气压计与Ti-in-黑云母温度计联合约束的近峰条件与独立GASP压力及已发表的峰期估计一致，两个压力计0.5–1.0 kbar的偏移在不确定度内；石榴石–黑云母（边缘）温度记录退变质Fe–Mg再平衡；负残余压力包裹体比例随变形强度增加而升高，指示变形增强的弹性松弛。该研究主要通过证明弹性气压计能在化学温压计部分重置的岩石中恢复近峰压力，细化了Rampura–Agucha矿床的P–T框架，但区域构造解释仍需地质年代学和相平衡模拟的进一步约束。