7 petrography, mineral chemistry and p t conditions … 7.pdfchapter 7 ‐ 91 ‐ 7 petrography,...

18
CHAPTER 7 91 7 Petrography, mineral chemistry and PT conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan terrane, North Qaidam The Xitieshan eclogitegneiss terrane, named for the Xitie Mountain range, is located in the central segment of the North Qaidam Orogen (Figure 7.1a and b). The rocks of the Xitieshan terrane are underlain mainly by rocks belonging to the Dakendaban metamorphic complex and the Tanjianshan Group, which is composed of early Paleozoic volcanosedimentary rocks (Figure 7.1c). The Dakendaban Group in the Xitieshan area consists predominantly of paragneiss and orthogneiss and is overthrust by rocks of the Tanjianshan Group and locally intruded by granitic plutons. The relative age relationship between the paraand orthogneiss is difficult to distinguish in the field. Eclogites and ultramafic rocks occur as lenses or blocks in the gneiss and schist. Figure 7.1 (a) Map of China showing the location of North Qaidam Orogen; (b) distribution of UHP metamorphic terranes in the North Qaidam Orogenic belt; (c) regional map of the Xitieshan terrane and studied samples localities. Modified from Zhang et al. (2005a). In this study, ten samples representing various rock types from the Huangyanggou area of the Xitieshan terrane (Figure 7.1c) were examined petrographically. The modal abundances of minerals in the samples that have been studied in detail are presented in Table 7.1. This chapter was not part of the Chinese version of the thesis. Xitieshan Town Huangyanggou 4 km Quaternary-Tertiary Ordovician volcanic rocks Granite Dakendaban Gneiss Eclogite and retrograde eclogite Foliation Stretching lineation Anticline Syncline Thrust fault 95°42′E 38°18′N 95°38′E 95°34′E 38°22′N 38°26′N (a) (b) E105 N35 1000 km Qilian Block Da Qaidam Yuka UHP terrane Luliangshan garnet-peridotite terrane Xitieshan terrane Delingha Ulan Dulan Dulan UHP terrane Qaidam Block 100 km Figure. 7-1c Sulu Dabie Qinling North Qaidam West Tianshan Altun China (c) 09NQ42 09NQ43 09NQ44 09NQ50 09NQ51 09NQ52 09NQ55 09NQ45 09NQ39 09NQ60

Upload: others

Post on 11-Mar-2020

3 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

CHAPTER 7 

‐ 91 ‐ 

 

7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP 

metamorphic rocks in the Xitieshan terrane, North Qaidam 

 

The Xitieshan eclogite‐gneiss terrane, named for the Xitie Mountain range, is located in 

the  central  segment  of  the  North Qaidam  Orogen  (Figure  7.1a  and  b).  The  rocks  of  the 

Xitieshan terrane are underlain mainly by rocks belonging to the Dakendaban metamorphic 

complex  and  the  Tanjianshan  Group,  which  is  composed  of  early  Paleozoic 

volcano‐sedimentary  rocks  (Figure  7.1c).  The  Dakendaban  Group  in  the  Xitieshan  area 

consists  predominantly  of  paragneiss  and  orthogneiss  and  is  overthrust  by  rocks  of  the 

Tanjianshan  Group  and  locally  intruded  by  granitic  plutons.  The  relative  age  relationship 

between  the  para‐  and  orthogneiss  is  difficult  to  distinguish  in  the  field.  Eclogites  and 

ultramafic rocks occur as lenses or blocks in the gneiss and schist.   

 

 

Figure 7.1  (a) Map of China showing the  location of North Qaidam Orogen;  (b) distribution of UHP 

metamorphic terranes in the North Qaidam Orogenic belt; (c) regional map of the Xitieshan terrane 

and studied samples localities. Modified from Zhang et al. (2005a). 

 

In this study, ten samples representing various rock types from the Huangyanggou area 

of  the  Xitieshan  terrane  (Figure  7.1c)  were  examined  petrographically.  The  modal 

abundances of minerals  in  the  samples  that have been  studied  in detail  are presented  in 

Table 7.1. 

                                                             This chapter was not part of the Chinese version of the thesis. 

Xitieshan Town

Huangyanggou

4 km

Quaternary-TertiaryOrdovician volcanic rocksGraniteDakendaban GneissEclogite and retrograde eclogiteFoliationStretching lineation

AnticlineSynclineThrust fault

95°42′E

38°18′N

95°38′E95°34′E

38°22′N

38°26′N

(a)

(b)

E105

N35

1000 km

Qilian BlockDa Qaidam

Yuka UHPterrane

Luliangshangarnet-peridotite

terrane Xitieshanterrane

Delingha Ulan

Dulan

Dulan UHPterrane

Qaidam Block100 km

Figure. 7-1c

Sulu

Dabie

QinlingNorth Qaidam

West Tianshan

Altun

China

(c)

09NQ4209NQ4309NQ44

09NQ50

09NQ5109NQ52

09NQ5509NQ45

09NQ39

09NQ60

Page 2: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

PETROGRAPHY OF HP/UHP ROCKS IN THE XITIESHAN TERRANE 

‐ 92 ‐ 

 

Table 7.1 Modal abundance of minerals in Xitieshan samples (vol. %) 

Sample  Lithology  Grt  Cpx Amp Ms Bt Qz Fsp Zo Sym  Zrn  Chl  Rt Ttn

09NQ39  Qz‐Grt‐Amphibolite  55  –  30  –  – 15   1   –  –  – – 

09NQ42  Schist  –  –  10  15 30 10 35 – –  –  –  – – 

09NQ43  Amphibolite  –  –  55  –  – 5 25 – –  –  10  – – 

09NQ44  Grt‐Amphibolite  25  5  50  –  – 5 15 1   –  –  1 1 

09NQ45  Grt‐Amphibolite  30  5  50  –  – 5 15 – 20  –  –  1 1 

09NQ50  Amphibolite  –  –  70  –  – 5 10 – –  –  –  – – 

09NQ51  Gneiss  –  –  –  25 10 40 25 – –  1  –  – – 

09NQ52  Gneiss  –  –  –  15 15 40 30 – –  1  –  – – 

09NQ55  Granitic gneiss  –  –  10  –  10 40 40 – –  –  –  – 1 

09NQ60  Eclogite  30  30 20  –  – 3   – 20  1  –  3 3 

Note: Mineral abbreviations according to Whitney and Evans (2010) except Sym=symplectite. 

 

7.1 Field occurrences 

In the Xitieshan terrane, eclogitic rocks occur as lenses, boudins and blocks enclosed in 

gneisses and micaschists  (Figure 7.2a and  c). Based on mineral assemblages,  two  types of 

eclogite  are  recognized:  phengite‐bearing  eclogite  and  bimineralic  eclogite  (Zhang  et  al., 

2011a).  Compared with  the  eclogites  in  the  Yuka  terrane  located  further  northwest,  the 

Xitieshan eclogites are much more extensively retrograded. We1l‐preserved eclogite mineral 

assemblages  are  only  preserved  locally  in  the  cores  of  large  boudins  characterized  by  a 

successive  transition  from  the  core  outward  of  eclogite  (Grt+Cpx),  garnet  granulite 

(Grt+Cpx+Pl±Bt), garnet amphibolite (Grt+Amp+Pl), and finally amphibolite (Amp+Pl). Coesite 

relics and their quartz pseudomorphs occur as  inclusions  in zircon and omphacite grains  in 

garnet  amphibolite  (Liu  et  al.,  2012)  and  bimineralic  eclogite  (Zhang  et  al.,  2011a), 

respectively. In addition, the eclogite lenses are usually strongly sheared along their margins 

and  the  deformation  is  clearly  linked  to  retrograde  amphibolization  of  the  eclogite.  The 

foliated amphibolite  rims of eclogite  lenses are characterized by parallel  to  the  foliation of 

the enclosing gneisses,  indicating  that  the eclogites and  their country  rocks experienced a 

common  late‐stage metamorphic and deformation event during exhumation  (Zhang et al., 

2006).   

The country  rock para‐ and orthogneisses contain upper‐amphibolite  to high‐pressure 

granulite‐facies mineral assemblages and  show extensive migmatization  (Figure 7.2c). Two 

types  of  orthogneiss  have  been  recognized  on  the  basis  of  their  field  color  and mineral 

assemblages: dark‐colored biotite‐rich gneiss and  light‐colored muscovite gneiss, which are 

usually separated by clear boundaries  (Figure 7.2d). A  fabric of oriented muscovite, biotite 

and elongated feldspar, quartz usually defines the foliation.   

 

Page 3: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

CHAPTER 7 

‐ 93 ‐ 

 

Figure 7.2 Photographs  showing  field  relationships between  gneiss  and enclosed eclogitic  rocks  in 

Xitieshan  terrane,  North  Qaidam,  NW  China.  (a)  Retrogressed  eclogite  lens  within  gneiss.  (b) 

Amphibolite  lens within  gneiss  and  surrounded  by  felsic  veins.  (c) Garnet  amphibolite  lens within 

migmatitic  gneiss,  leucosome  within  gneiss  contains  coarse‐grained  feldspar  and  amphibole.  (d) 

Macroscopically distinct dark‐colored and  light‐colored gneisses with a sharp contact. The  length of 

the hammer used in (a) and (d) is 41 cm; the geologist in (b) is 1.80 m; the pen in (c) is 14 cm.   

7.2 Sample description and Petrography 

The main  lithological units and sample  localities of the Xitieshan terrane are shown  in 

Figure  7.1c.  The  rock  units  include  eclogite,  garnet  amphibolite,  amphibolite,  orthogneiss 

and micaschist. Their petrographic characteristics are described below.   

7.2.1 Eclogite 

Sample 09NQ60 from the Xitieshan terrane is a medium‐ to coarse‐grained eclogite with 

a granoblastic texture and a mineral assemblage comprising mainly garnet and clinopyroxene 

with retrograde diopside + plagioclase symplectite and calcic‐amphibole, as well as traces of 

rutile  quartz  and  zircon  (Figure  7.3a).  Garnet  is  subhedral  to  euhedral,  ~0.5  to  2 mm  in 

diameter and is typically rimmed by plagioclase and diopside coronas. It commonly contains 

inclusions of clinopyroxene  (Cpx‐I), quartz, amphibole,  rutile and  titanite. Clinopyroxene  in 

the matrix  (Cpx‐II)  occurs  as  subhedral  intergrowths with  amphibole.  Some  clinopyroxene 

(Cpx‐III)  occurs  as  symplectites  completely  enclosed  within  single  grains  of  optically 

continuous  clinopyroxene  and  as  diopside‐plagioclase  symplectites  at  clinopyroxene  grain 

boundaries. Amphibole occurs as a retrograde product in the matrix and as small  inclusions 

in  garnet  cores.  Plagioclase  occurs  as  rims  surrounding  garnet  and  as  rod‐shaped 

components of symplectites. Rutile usually occurs in the matrix or as inclusions within garnet 

and omphacite, and is rimmed by titanite.   

Page 4: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

PETROGRAPHY OF HP/UHP ROCKS IN THE XITIESHAN TERRANE 

‐ 94 ‐ 

 

 

Figure 7.3 Photomicrographs showing the textural relationships in samples from the Xitieshan terrane. 

(a) Eclogite  (09NQ60, XPL); garnet and  clinopyroxene are  rimmed by  thin Di+Pl  coronas and  some 

clinopyroxenes  have  been  completely  altered  to  vermicular  Di+Pl  symplectites.  (b) Quartz  garnet 

amphibolite (09NQ39, XPL); subhedral and euhedral garnet is intergrown with quartz and amphibole. 

(c) Garnet amphibolite  (09NQ45, PPL); garnet  is  surrounded by amphibole, plagioclase and biotite 

coronas, biotite also  fills  fractures  in garnet mantles.  (d) Garnet amphibolite  (09NQ44, PPL); garnet 

with medium‐grained  subhedral amphibole  inclusions  is  surrounded by amphibole and plagioclase 

coronas, vermicular Di+Pl  symplectite  is overgrown by green amphibole.  (e) Amphibolite  (09NQ43, 

XPL) exhibits granoblastic  texture, consisting of amphibole,  feldspar, chlorite and minor  titanite.  (f) 

Micaschist  (09NQ42,  XPL)  shows  a  well‐developed  foliation  defined  by  biotite  and  elongated 

plagioclase. 

 

7.2.2 Garnet amphibolite 

Quartz  bearing  garnet  amphibolite  09NQ39  is  fine  to medium  grained  with mosaic 

granoblastic texture (Figure 7.3b). The mineral assemblage consists of garnet, amphibole and 

quartz,  with  titanite,  zircon  and  rare  rutile  as  accessory  minerals.  Garnet  is  generally 

Page 5: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

CHAPTER 7 

‐ 95 ‐ 

subhedral,  and  locally  occurs  as  coalesced  aggregates  of  two  or more  grains.  Amphibole 

occurs as subhedral crystals 1‐3 mm in size and as an irregular network around many garnet 

and  quartz  inclusions  forming  a  sieve  texture.  Two  modes  of  quartz  occurrence  were 

observed: inclusions in garnet and amphibole, and irregular crystal intergrowths with garnet.   

Garnet  amphibolite  samples  09NQ44  and  09NQ45  contain  predominantly  garnet, 

amphibole,  plagioclase  and  symplectites  of  clinopyroxene  +  plagioclase  and  amphibole  + 

plagioclase.  They  are  characterized  by  an  intensive  granulite/upper  amphibolite  facies 

overprint during decompression before returning to the surface (Figure 7.3c and d). Garnet 

usually occurs as idioblastic porphyroblasts with sizes of 0.2 – 2 mm in diameter, containing 

inclusions of quartz, plagioclase, biotite  and  amphibole.  The margins of  garnet  commonly 

display  conspicuous  coronas  of  symplectite  intergrowths  of  amphibole  +  plagioclase.  No 

omphacite  relics have been  recognized  in  these  samples. Clinopyroxene only occurs as 

diopside, in fine‐grained symplectites with plagioclase. Amphibole is the major phase in 

these samples. The amphiboles generally can be divided into three types based on their 

petrographic positions:  (1)  inclusions  in garnet porphyroblasts  (Amp‐I);  (2)  fine crystals 

in vermicular symplectite surrounding garnet (Amp‐II); and (3) coronas around garnet or 

intergrown  with  plagioclase  in  the  matrix  (Amp‐III).  Three  modes  of  plagioclase 

occurrence  were  identified:  1)  inclusions  in  garnet  (Pl‐I);  2)  fine  grains  in 

amphibole‐plagioclase  and  diopside‐plagioclase  symplectites,  and  coronas  around  garnet 

(Pl‐II), and 3) irregular shaped in matrix (Pl‐III). Biotite occurs as inclusions in garnet mantles 

or as coronas intergrown with amphibole in garnet rims (Figure 7.3c).   

7.2.3 Amphibolite 

Sample  09NQ43  is  a  fine‐grained  amphibolite,  comprising  equigranular  amphibole, 

feldspar,  chlorite  and  minor  titanite  (Figure  7.3e).  The  overall  texture  of  the  rock  is 

granoblastic. Amphibole usually occurs as anhedral laths (0.1 – 1 mm in grain size). Feldspar 

occurs as subhedral tabular crystals (0.1 – 0.5 mm in grain size), is often slightly rounded and 

exhibits Carlsbad and lamellar twins. Chlorite partly replaces amphibole.   

Sample  09NQ50  is  a  medium‐grained  amphibolite  that  predominantly  consists  of 

amphibole,  feldspar  and minor  titanite. Amphibole  grains  usually  exhibit  sieve  texture,  in 

which  irregular  fine‐grained  plagioclase  crystals  and  subhedral  titanites  are  enclosed  in 

coarse‐grained  amphibole.  Feldspar  occurs  as  irregular  patches  at  amphibole  grain 

boundaries.   

7.2.4 Schist 

Sample  09NQ42  is  a medium  grained,  strongly  foliated  biotite  schist  that  is mainly 

composed of biotite and  feldspar with muscovite, amphibole and quartz  (Figure 7.3f). The 

foliation  is  defined  by  alignment  of  biotite  crystals  up  to  3 mm  in  size.  Biotite  is  usually 

rimmed by chlorite and has straight grain boundaries with feldspar. Feldspar and quartz are 

statically  intergrown  in  lenticular  polygonal  aggregates.  Potassic  feldspar  shows  Carlsbad 

twinning and local seritization of the K‐feldspar can be observed.   

Page 6: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

PETROGRAPHY OF HP/UHP ROCKS IN THE XITIESHAN TERRANE 

‐ 96 ‐ 

 

 

Figure  7.4  Photomicrographs  showing  the  texture  and  paragenesis  of  gneisses  from  the  Xitieshan 

terrane, North Qaidam  orogen.  (a)  In  light‐colored  gneiss  (09NQ51,  XPL) muscovites  form‐  coarse 

mica  fish.  (b) Granitic  gneiss  (09NQ55, XPL); muscovite  and biotite occur  as  small  subhedral platy 

crystals in intergranular areas in the quartzofeldspathic matrix. 

 

7.2.5 Gneiss 

The medium‐grained,  poorly  foliated  gneisses  (09NQ51  and  09NQ52)  contain  similar 

assemblages of muscovite, feldspar, quartz and biotite (Figure 7.4a). Accessory minerals are 

titanite,  zircon  and  apatite.  Sample  09NQ51  is  light‐colored  in  the  field  due  to  its  lower 

biotite and higher quartz and feldspar contents (Figure 7.2d). Feldspar occurs as subhedral to 

anhedral  crystals  up  to  2 mm  in  size, with  small  quartz  and  biotite  as  inclusions. Quartz 

occurs  as  anhedral  crystals  and  is  often  intergrown with  feldspar. Muscovite  and  biotite 

crystals  are  subhedral  plates  and  their  orientations  define  a  moderate  foliation.  Some 

muscovites are characterized by coarse fish‐shaped crystals (Figure 7.4a). 

Granitic  gneiss  sample  09NQ55  is  medium‐grained  and  comprises  feldspar,  quartz, 

biotite,  amphibole  and  muscovite,  with  accessory  titanite  and  zircon  (Figure  7.4b).  The 

texture is broadly equigranular. Alkali feldspars are euhedral to subhedral crystals up to 2 mm 

in size, and exhibit  indistinct  tartan  twining. Plagioclase crystals are subhedral and up  to 1 

mm  in size and exhibit albite twinning. Quartz occurs as anhedral and  intergranular crystals 

up to 2 mm in size and in places exhibits undulose extinction. Muscovite and biotite occur as 

small subhedral platy crystals in intergranular areas (Figure 7.4b).   

7.3 Mineral composition 

The minerals compositions were analyzed using a JEOL JXA‐8800M electron microprobe 

at the Petrology department of VU University Amsterdam. The analyses were performed at 

an  accelerating  voltage  of  15.0  kV  and  a beam  current of  approximately  20 nA. Counting 

times were 20 − 30 s on peaks and half this on backgrounds. The data were regressed using 

an  oxide‐ZAF  correction  program  supplied  by  JEOL. Molecular  formula  for  amphibole was 

Page 7: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

CHAPTER 7 

‐ 97 ‐ 

calculated according  to Holland and Blundy  (1994). All  iron  is assumed  to be Fe2+  in white 

mica and biotite. Representative mineral compositions for all minerals analyzed are listed in 

Table 7.2.   

7.3.1 Garnet   

Garnet  formulae were normalized to 12 oxygen atoms. Garnet occurs  in both eclogite 

and garnet amphibolite. In eclogite 09NQ60, individual garnet grains usually have a uniform 

composition from the core to the rim. This indicates that the rocks probably stay long under 

high  temperature  conditions,  which  caused  homogenization  of  garnet.  The  general 

composition  of  garnet  porphyroblasts  is  Prp35‐40Alm38‐41Grs18‐23Adr0.1‐3.3Sps0.8‐1.  In  the 

pyrope–(almandine+spessartine)–(grossular+andradite) ternary diagram (Figure 7.5a) garnet 

compositions plot within the group B‐type eclogite field of Coleman et al. (1965).   

 

 

Figure 7.5 Ternary diagrams showing garnet and clinopyroxene compositions of the Xitieshan terrane. 

(a) Garnet plotted after Coleman et al. (1965). (b) Clinopyroxene plotted after Morimoto et al. (1988). 

 

For  quartz  garnet  amphibolite  (09NQ39)  garnet  compositions  are  in  the  range 

Prp16‐17Alm56‐60Grs22‐27And0.1‐0.2Sps1‐1.5 and garnet amphibolites (09NQ44 and 09NQ45) have a 

garnet  composition  range  of  Prp26‐30Alm42‐44Grs23‐28And2‐3Sps0.9‐1.1.  In  these  samples, 

individual garnet grains usually have uniform compositions, except for the outermost 50 to 

100μm  of  grains.  An  EMPA  transect  across  a  coarse  garnet  crystal  of  sample  09NQ45 

indicates a slight increase in the FeO component associated with a decrease in the CaO and 

MgO  components  at  the  contacts with  its  plagioclase  corona  (Figure  7.6).  These  features 

indicate  that  the  garnet  grains  were  homogenized  at  high  temperature,  followed  by 

retrograde  Fe/Mg  re‐equilibration  related  to  volume  diffusion  in  garnet  and  adjacent 

minerals  (O'Brien,  1997;  Zhang  et  al.,  2005a).  In  the  pyrope–(almandine+spessartine)–

(grossular+andradite)  ternary diagram  (Figure 7.5a), garnet compositions again plot mainly 

within the group C‐type eclogite field of Coleman et al. (1965). 

 

 

(a) (b)Qz-Grt-Amphibolite(09NQ39)

Grt-Amphibolite(09NQ44&09NQ45)

Eclogite(09NQ60)

Alm+Sps

PrpGrs+Adr

C-type B-type A-type%Fs%En

Aug

%Wo

Hd

En

Pgt

Fs

Di

Page 8: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

PETROGRAPHY OF HP/UHP ROCKS IN THE XITIESHAN TERRANE 

‐ 98 ‐ 

 

Figure 7.6 BSE image and composition profile of garnet of the Xitieshan garnet amphibolite 09NQ45. 

 

7.3.2 Clinopyroxene 

Clinopyroxene  was  found  in  eclogite  and  garnet  amphibolite.  The  clinopyroxene 

analyses were calculated for 6 oxygens. The jadeite contents were calculated as the sodium 

content  minus  the  amount  of  acmite  (ferric  iron)  (Brouwer  et  al.,  2002).  Ferric  iron  in 

clinopyroxene  is  estimated  using  the  scheme  of  Droop  (1987)  and  the  nomenclature  for 

sodic‐calcic pyroxene is based on Morimoto et al. (1988). The composition of clinopyroxene 

in  the  eclogite  and  garnet  amphibolites  is  shown  in  the  ternary  diagram  of  Figure  7.5b. 

Clinopyroxene has a high calcium‐tschermak and a non‐omphacitic jadeite composition (<20% 

jadeite), and almost all clinopyroxene analyses plot well within the diopside field.   

Clinopyroxene in the matrix (Cpx‐II) of eclogite (09NQ60) has a content of 15–21 mol% 

jadeite,  whereas  the  inclusions  (Cpx‐I)  in  garnet  and  fine  grains  (Cpx‐III)  in 

diopside‐plagioclase symplectites have much more  lower  jadeite contents of ~14 and 7–12 

mol%,  respectively. Clinopyroxene  in  the  garnet  amphibolites  (09NQ44  and  09NQ45)  only 

occurs as fine grains in diopside‐plagioclase symplectites and has a very low jadeite content 

of 3–8 mol%.   

7.3.3 Amphibole 

Amphibole  is  a major  constituent  in  almost  all  studied  samples  and  shows  a  large 

variation in grain size, modal abundance and composition. Amphibole in eclogite 09NQ60 is 

calcic‐amphibole according  to Leake’s classification  (Leake et al., 1997).  It generally can be 

divided  into two types based on  its position  in the petrographic fabric, but both types have 

similar compositions. The first type (Amp‐I) occurs as inclusions and is associated with quartz 

in  garnet  and  the  second  type  (Amp‐III)  shows  sharp  grain  boundaries with  intergrowth 

garnet and clinopyroxene  in the matrix. Both are classified as magnesio‐hornblende (Figure 

7.7a).   

Amphibole  (Amp‐I)  inclusions  in garnet  in garnet amphibolites  (09NQ44 and 09NQ45) 

Page 9: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

CHAPTER 7 

‐ 99 ‐ 

are  tschermakite; Amp‐II  in  the amphibole‐plagioclase  symplectites are actinolite; and  the 

large  poikilitic  retrograde  amphibole  porphyroblasts  (Amp‐III)  formed  during  granulite  or 

upper amphibolite facies metamorphism are magnesio‐hornblende (Figure 7.7a). Amphibole 

in  amphibolites  09NQ43  and  09NQ50  is  classified  as  edenite,  pargasite  and 

magnesio‐hornblende  (Figure 7.7a and b). For the granitic gneiss  (09NQ55), the amphibole 

porphyroblast phase is edenite (Figure 7.7b). Amphibole from the biotite schist (09NQ42) is 

actinolite (Figure 7.7a).   

 

 

Figure 7.7 Amphibole compositions plotted  in standard end‐member diagrams  (nomenclature after 

Leake et al. (1997)) 

 

7.3.4 Mica 

White mica formulae were calculated by normalizing to 11 oxygen atoms and all Fe was 

assumed to be ferrous. In the Xitieshan terrane, phengite  inclusions  in eclogite garnet have 

been reported by Zhang et al. (2011a), but was not observed  in this study. White mica has 

only been  identified  in gneissic and schistose country  rocks. As shown  in Figure 7.8, white 

mica  in  light‐colored and dark‐colored gneisses  (09NQ51 and 09NQ52) and granitic gneiss 

(09NQ55) has similar compositions, with Si of 3.04‐3.22 per formula unit (p.f.u.), within the 

“muscovite” series based on the classification of Rieder et al. (1999).   

 

pargasite

ferro-pargasite

edenite

ferro-edenite

0.0

0.5

1.0

5.56.06.57.07.5

Mg/

(Mg+

Fe2+

)

Si (p.f.u)

Calcic amphiboles

ferroactinolite ferrohornblende

magnesiohornblende

ferrotschermakite

tschermakite

actinolite

tremolite

0.0

0.5

1.0

5.56.06.57.07.58.0

Mg/

(Mg+

Fe2+

)

Si (p.f.u)

Calcic amphiboles

(a)

(b)

in Grt (Amp-I) Eclogite Amphibolite

GneissSchist

in Matrix (Amp-III)Amp-IIIAmp-IIIAmp-III

}in Grt (Amp-I) Sym (Amp-II) Grt-Amphibolitein Matrix (Amp-III)

}

Page 10: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

PETROGRAPHY OF HP/UHP ROCKS IN THE XITIESHAN TERRANE 

‐ 100 ‐ 

 

Figure 7.8 Muscovite compositions in Xitieshan gneisses. Data obtained by microprobe analysis. 

 

Biotite is ubiquitous in Xitieshan schist 09NQ42 and dark‐colored gneiss 09NQ52, but is 

a  trace  phase  in  granitic  gneiss  09NQ55.  Biotite  formulae were  normalized  to  11  oxygen 

atoms. All  Fe  is assumed  to be  ferrous. Microprobe analyses  show  that  these biotites are 

characterized by high TiO2 (2.6–3.5%) and low Al2O3 (~16%) contents. The Mg/(Mg+Fe) ratios 

range from 0.48 to 0.57. Moreover, biotite in granitic gneiss shows higher FeO content (18–

20%) than that in schist (16–18%).   

7.3.5 Feldspar 

In  the  Xitieshan  terrane,  plagioclase  feldspar  commonly  occurs  in  mafic  (garnet) 

amphibolites and their country rocks. As shown  in Figure 7.9a, feldspar  in the biotite schist 

09NQ42 is classified as microcline (Ab3Or97), whereas feldspar in the granitic gneiss 09NQ55 

forms  two  groups  with  generalized  compositions  of  Ab67‐75An23‐32Or1‐2  and  Ab5‐8Or91‐95. 

Feldspar in the light‐colored and dark‐colored gneisses (09NQ51 and 09NQ52) occurs in two 

groups with generalized compositions of Ab70‐84An15‐27Or1‐2 and Ab4‐14Or85‐96 (Figure 7.9a). In 

the  amphibolites  (09NQ43  and  09NQ50)  feldspars  has  compositions  of  Ab1An99  or 

Ab54‐85An2‐42Or2‐41  (Figure  7.9b).  Feldspar  in  garnet  amphibolites  (09NQ44  and  09NQ45) 

occurs  in  amphibolite‐plagioclase  symplectites  and  is  classified  as  andesine 

(Ab53‐56An44‐47Or1),  while  in  the  matrix  it  is  albite,  oligoclase  or  anorthite  (Ab0‐93An23‐99) 

(Figure 7.9b). 

 

1.8

2.1

2.4

2.7

3.0

3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

Al c

atio

ns p

.f.u

Si cations p.f.u

09NQ51(Light-colored gneiss)

09NQ52(Dark-colored gneiss)

09NQ55(Granitic gneiss)

Page 11: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

CHAPTER 7 

‐ 101 ‐ 

 

Figure 7.9 Ternary plots of feldspar compositions. Data obtained by microprobe analyses. 

 

7.4 Metamorphic evolution   

Based on  the  textural  relations  and mineral  assemblages described  above,  four main 

metamorphic stages have been recognized  in the Xitieshan eclogites and their retrogressed 

equivalents:   

(5) Garnet  (core)  –clinopyroxene  (Cpx‐I,  in  matrix)–rutile  ±  quartz  (in  eclogite,  peak 

eclogite stage, M1); 

(6) garnet  (rim)–low  jadeite  clinopyroxene  (Cpx‐II,  symplectites)–plagioclase–

symplectites  (Di‐Pl) ± amphibole ± quartz  (in eclogite, high‐pressure granulite  facies 

stage, M2); 

(7) Garnet–amphibole  (Amp‐III)–plagioclase  (Pl‐III)–symplectites  (Amp‐Pl)  (in  garnet 

amphibolite, upper amphibolite facies stage, M3); 

(8) Amphibole–plagioclase (in amphibolite, low amphibolite facies stage, M4). 

The  mineral  assemblages  in  the  eclogite  and  (garnet)  amphibolite  samples  allow 

application of  several geothermobarometers  to estimate  the pressure and  temperature of 

metamorphism:  the  garnet‐clinopyroxene  Fe‐Mg  exchange  thermometer  (Powell,  1985; 

Krogh,  1988),  garnet‐clinopyroxene‐plagioclase‐quartz  barometer  (Newton  and  Perkins, 

1982),  amphibole‐plagioclase  thermometer  (Holland  and  Blundy,  1994)  and 

amphibole‐plagioclase‐(quartz)  barometer  (Bhadra  and  Bhattacharya,  2007).  The 

intersection of a geobarometer and a geothermometer provides a P‐T estimate.   

The  mineral‐assemblages  of  garnet‐clinopyroxene  and  amphibole‐plagioclase  in  the 

samples are used  for geothermobarometrical study. The chemical compositions of selected 

minerals and results of P‐T estimations are presented in Table 7.2 

   

Albite Oligoclase Andesine Labradorite Bytownite AnorthiteCaAl2Si2O8NaAlSi3O8

Anor

thoc

lase

Sani

dine

Micr

oclin

e

Alka

li Fel

dspa

rs

Plagioclase

KAlSi3O8Orthoclase

and Microcline

Albite Oligoclase Andesine Labradorite Bytownite AnorthiteCaAl2Si2O8NaAlSi3O8

Anor

thoc

lase

Sani

dine

Micr

oclin

e

Alka

li Fel

dspa

rs

Plagioclase

KAlSi3O8Orthoclase

and Microcline

09NQ43&09NQ50(Amphibolite matrix)

09NQ44&09NQ45(Garnet Amphibolite matrix)

09NQ44&09NQ45(Amp-Pl Symplectites)

09NQ42(Biotite schist)

09NQ51&09NQ52(Gneiss)

09NQ55(Granitic Gneiss)(a) (b)

Page 12: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

   

‐ 102 ‐ 

Table 7.2 M

icroprobe analyses of selected

 minerals from high/ultra‐high pressure m

etam

orphic rocks in the Xitieshan

 terrane (c‐core, r‐rim

Sample 

09NQ60

  

  

  

  

  

  

 09NQ45

  

  

  

Mineral 

Grt‐m

 Grt‐c 

Grt‐r 

Grt‐c 

Grt‐r

Grt‐r

Grt‐c

Cpx

Cpx‐c

Cpx‐r

Cpx

Cpx‐r 

Cpx‐c

Cpx‐c

Grt‐r 

Grt‐r

Cpx

Cpx

Mineral

Pl 

Pl 

Spot 

18 

26 

28 

36 

41 

21 

31 

30 

29 

46 

46 

50 

38 

39 

Spot 

42 

46 

SiO2 

39.68 

39.31 

39.91 

39.82 

39.63

39.74

39.64

54.73

55.10

54.85

54.48

54.74 

54.67

54.56

40.01 

39.91 

51.42 51.60 

SiO2 

56.01 56.12 

TiO2 

0.03 

0.03 

0.02 

0.06 

0.01 

0.03

0.04 

0.10

0.11 

0.10

0.15

0.10 

0.07

0.09

0.07 

0.05 

0.07 

0.09 

TiO2 

0.00  

0.00  

Al 2O3 

22.53 

22.30 

22.45 

22.37 

22.30

22.27

22.33

4.74

5.55 

5.51

5.48

5.84 

4.90

5.09

22.51 

22.72 

3.55 

3.57 

Al 2O3 

27.46 27.06 

FeO 

19.42 

19.22 

19.49 

19.53 

19.79

19.15

19.64

3.39

2.75 

3.01

3.10

3.30 

3.11

2.82

19.79 

20.99 

6.30 

6.26 

FeO 

0.20  

0.05  

MnO 

0.41 

0.40 

0.46 

0.42 

0.46 

0.43

0.43 

0.02

0.03 

0.03

0.02

0.04 

0.04

0.03

0.52 

0.44 

0.22 

0.08 

MnO 

0.00  

0.00  

MgO

 10.35 

10.43 

9.98 

9.98 

9.72 

10.04

9.87 

13.97

13.43

13.17

13.35

13.07 

13.60

13.56

7.36 

8.20 

13.99 13.79 

MgO

 0.01  

0.00  

CaO

 7.71 

7.64 

8.20 

8.25 

8.26 

8.30

8.15 

20.95

20.48

20.27

20.66

20.35 

20.98

20.70

10.36 

8.39 

22.25 22.62 

CaO

 9.10  

8.95  

Na 2O 

0.01 

0.01 

0.01 

0.01 

0.00 

0.01

0.01 

1.99

2.64 

2.70

2.23

2.62 

2.13

2.37

0.01 

0.01 

1.32 

0.95 

Na 2O 

6.11  

6.17  

K2O 

0.00 

0.00 

0.00 

0.00 

0.00 

0.00

0.00 

0.01

0.02 

0.00

0.00

0.00 

0.00

0.01

0.00 

0.00 

0.10 

0.20 

K2O 

0.08  

0.07  

total 

100.14

99.35 100.52 100.44 100.17

99.97

100.13

99.90

100.11

99.63

99.46

100.06

99.50

99.23

100.64 

100.70 

99.21 99.16 

total 

98.98 98.43 

Si 

2.98 

2.98 

3.00 

2.99 

2.99 

3.00

2.99 

1.98

1.98 

1.98

1.98

1.97 

1.99

1.98

3.02 

3.01 

1.90 

1.91 

Si 

2.54  

2.56  

AlIV 

0.02 

0.02 

0.00 

0.01 

0.01 

0.00

0.01 

0.02

0.02 

0.02

0.02

0.03 

0.01

0.02

0.00 

0.00 

0.10 

0.09 

Al 

1.47  

1.45  

AlVI  

1.98 

1.97 

1.98 

1.97 

1.98 

1.98

1.98 

0.19

0.22 

0.22

0.22

0.22 

0.20

0.20

2.00 

2.02 

0.05 

0.07 

Ca 

0.44  

0.44  

Ti 

0.00 

0.00 

0.00 

0.00 

0.00 

0.00

0.00 

0.00

0.00 

0.00

0.00

0.00 

0.00

0.00

0.00 

0.00 

0.00 

0.00 

Na 

0.54  

0.55  

Fe(total) 

1.22 

1.22 

1.22 

1.23 

1.25 

1.21

1.24 

0.10

0.08 

0.09

0.09

0.10 

0.09

0.09

1.25 

1.32 

0.19 

0.19 

0.00  

0.00  

Mn 

0.03 

0.03 

0.03 

0.03 

0.03 

0.03

0.03 

0.00

0.00 

0.00

0.00

0.00 

0.00

0.00

0.03 

0.03 

0.01 

0.00 

XAb 

0.45  

0.44  

Mg 

1.16 

1.18 

1.12 

1.12 

1.09 

1.13

1.11 

0.75

0.72 

0.71

0.72

0.70 

0.74

0.73

0.83 

0.92 

0.77 

0.76 

XAn 

0.55  

0.55  

Ca 

0.62 

0.62 

0.66 

0.66 

0.67 

0.67

0.66 

0.81

0.79 

0.79

0.80

0.79 

0.82

0.81

0.84 

0.68 

0.88 

0.90 

XOr 

0.00  

0.00  

Na 

0.00 

0.00 

0.00 

0.00 

0.00 

0.00

0.00 

0.14

0.18 

0.19

0.16

0.18 

0.15

0.17

0.00 

0.00 

0.09 

0.07 

  

 

0.00 

0.00 

0.00 

0.00 

0.00 

0.00

0.00 

0.00

0.00 

0.00

0.00

0.00 

0.00

0.00

0.00 

0.00 

0.00 

1.00 

  

 

Fe3+  

0.04 

0.06 

0.03 

0.04 

0.05 

0.03

0.04 

0.00

0.00 

0.00

0.00

0.00 

0.00

0.00

0.00 

0.00 

0.14 

0.08 

  

 

Fe2+  

1.18 

1.15 

1.19 

1.18 

1.20 

1.17

1.19 

0.10

0.08 

0.09

0.09

0.10 

0.09

0.09

1.25 

1.33 

0.06 

0.12 

  

 

XCaG

rt 

0.21 

0.20 

0.22 

0.22 

0.22 

0.22

0.22 

  

  

  

 0.28 

0.23 

  

  

 

XJd 

  

  

  

 0.14

0.18 

0.19

0.16

0.18 

0.15

0.17

  

0.05 

0.07 

  

 

  

Page 13: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

   

‐ 103 ‐ 

Table 7.2 (continued

Sample 09NQ44

  

   

  

Sample

09NQ43

  

  

   

  

  

Sample

09NQ50

  

Mineral 

Amp 

Amp

Amp  M

ineral 

Pl 

Pl 

Pl 

Mineral

Amp 

Amp

Amp

Amp

Amp  M

ineral

Pl 

Pl 

Pl 

Pl 

Pl 

Mineral

Amp 

Mineral 

Pl 

Spot 

29 

38

39 

 Spot 

28

41

42

Spot 

14

30

33

19 

 Spot 

16

29

25

Spot 

58 

Spot 

53 

SiO2 

47.20

48.3447.33  SiO2 

54.95

55.73

56.01

SiO2 

44.26

43.28

44.94

45.84

45.36  SiO2 

58.96

58.11

59.82

58.75

58.88

SiO2 

45.62

SiO2 

59.80 

TiO2 

0.65 

0.59

0.69  TiO

0.00

0.00

0.00

TiO2 

0.81 

0.74

0.77

0.79

0.70  TiO

0.03

0.00

0.00

0.01

0.01

TiO2 

0.52 

TiO2 

0.01 

Al 2O3 

8.82 

7.72

9.38  A

l 2O3 

27.58

27.63

27.46

Al 2O3 

11.35

10.88

10.76

10.20

10.49  Al 2O3 

24.88

26.52

25.00

25.40

25.06

Al 2O3 

10.37

Al 2O3 

27.16 

FeO 

14.82

14.9714.91  FeO 

0.07

0.07

0.20

FeO 

15.06

15.95

14.67

14.73

15.16  FeO 

0.35

0.33

0.28

0.13

0.07

FeO 

14.50

FeO 

0.03 

MnO 

0.15 

0.16

0.13  M

nO 

0.00

0.02

0.00

MnO 

0.32 

0.31

0.32

0.32

0.29  M

nO 

0.01

0.02

0.00

0.00

0.00

MnO 

0.29 

MnO 

0.00 

MgO

 12.35

12.6812.38  MgO

 0.02

0.00

0.01

MgO

 10.41

10.82

10.76

10.96

10.94  MgO

 0.45

0.14

0.15

0.04

0.15

MgO

 10.78

MgO

 0.00 

CaO

 12.18

12.4912.28  CaO

 9.51

9.58

9.10

CaO

 11.62

10.42

11.65

11.92

11.48  CaO

 2.04

1.15

3.41

5.78

7.03

CaO

 12.01

CaO

 5.56 

Na 2O 

0.98 

0.73

1.12  N

a 2O 

5.75

6.06

6.11

Na 2O 

1.11 

0.92

1.12

1.02

0.97  N

a 2O 

6.50

6.27

6.78

6.92

6.82

Na 2O 

0.80 

Na 2O 

6.29 

K2O 

0.32 

0.28

0.32  K

2O 

0.25

0.06

0.08

K2O 

1.15 

1.03

1.13

1.00

1.13  K

2O 

4.07

4.49

3.90

1.36

0.44

K2O 

1.15 

K2O 

0.04 

total 

97.47

97.9698.55  total 

98.12

99.14

98.98

total 

96.10

94.34

96.11

96.77

96.52  total 

97.29

97.02

99.34

98.39

98.45

total 

96.05

total 

98.88 

Si 

6.89 

7.01

6.84  Si 

2.52

2.52

2.54

Si 

6.68 

6.60

6.76

6.84

6.80  Si 

2.72

2.68

2.69

2.67

2.64

Si 

6.85 

Si 

2.72 

AlIV 

1.04 

0.92

1.09  A

l 1.49

1.48

1.47

AlIV 

1.23 

1.32

1.15

1.07

1.13  A

l 1.35

1.44

1.33

1.36

1.37

AlIV 

1.09 

Al 

1.45 

AlVI  

0.48 

0.40

0.51  Ca 

0.47

0.46

0.44

AlVI  

0.79 

0.63

0.75

0.72

0.73  Ca 

0.10

0.06

0.22

0.16

0.35

AlVI  

0.74 

Ca 

0.27 

Ti 

0.07 

0.06

0.07  N

a 0.51

0.53

0.54

Ti 

0.09 

0.08

0.09

0.09

0.08  N

a 0.58

0.56

0.51

0.59

0.61

Ti 

0.06 

Na 

0.55 

Fe(total) 

1.81 

1.82

1.80  K

 0.01

0.00

0.00

Fe(total)

1.90 

2.03

1.84

1.84

1.90  K

 0.24

0.26

0.23

0.22

0.03

Fe(total)

1.82 

0.00 

Mn 

0.02 

0.02

0.02  XAb 

0.52

0.54

0.55

Mn 

0.04 

0.04

0.04

0.04

0.04  XAb 

0.63

0.64

0.60

0.63

0.62

Mn 

0.04 

XAn 

0.33 

Mg 

2.69 

2.74

2.67  XAn 

0.47

0.46

0.45

Mg 

2.34 

2.46

2.41

2.44

2.44  XAn 

0.11

0.06

0.17

0.29

0.35

Mg 

2.41 

XAb 

0.67 

Ca 

1.91 

1.94

1.90  XOr 

0.01

0.00

0.00

Ca 

1.88 

1.70

1.88

1.90

1.84  XOr 

0.26

0.30

0.23

0.08

0.03

Ca 

1.93 

XOr 

0.00 

Na 

0.28 

0.21

0.31   

  

 Na 

0.33 

0.27

0.33

0.29

0.28   

  

  

 Na 

0.23 

  

0.06 

0.05

0.06   

  

 K 

0.22 

0.20

0.22

0.19

0.22   

  

  

 K 

0.22 

  

Fe3+  

0.43 

0.44

0.42   

  

 Fe

3+  

0.00 

0.48

0.00

0.00

0.00   

  

  

 Fe

3+  

0.00 

  

Fe2+  

1.37 

1.38

1.38   

  

 Fe

2+  

1.90 

1.55

1.84

1.84

1.90   

  

  

 Fe

2+  

1.82 

  

  

Page 14: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

CHAPTER 7 

‐ 104 ‐ 

7.4.1 Peak stage (M1) 

In contrast with garnet  from eclogites  from  the Yuka area, garnets  from  the Xitieshan 

terrane do not preserve prograde zoning or inclusions. Such zoning, if originally present from 

the  prograde  part  of  the  P‐T  path  was  probably  obliterated  during  high  temperature 

eclogite‐facies recrystallization  (Zhang et al., 2005a). Garnet and clinopyroxene pairs  in  the 

cores  were  used  to  estimate  temperatures  for  the  eclogite  facies  peak  metamorphic 

conditions.   

7.4.1.1 Garnet‐clinopyroxene pairs 

The  temperature  dependence  of  iron‐magnesium  partitioning  between  garnet  and 

clinopyroxene has  long been used as a geothermometer (e.g., Raheim and Green, 1974). In 

this study, we use  the garnet‐clinopyroxene calibrations of Powell  (1985) and Krogh  (1988) 

for comparison. Since a quantitative estimate of the peak pressure of the Xitieshan eclogites 

is not possible due to the absence of    feldspar  in the peak metamorphic assemblages, the 

temperatures were calculated for an assumed pressure of 30 kbar, based on the occurrence 

of UHP index mineral coesite within zircon from amphibolite from the Xitieshan terrane (Liu 

et  al., 2012). The  results of  garnet‐clinopyroxene  thermometry  are  listed  in Table 7.3.  For 

eclogite sample 09NQ60,  temperatures of 651 – 733  °C at 30 kbar are estimated  from  the 

garnet‐clinopyroxene core pairs. These P‐T estimates are consistent with those by Zhang et al. 

(2005a) and Zhang et al. (2011a).   

 

Table  7.3  Garnet‐clinopyroxene  equilibrium  temperatures  calculated  using  the  Powell  (1985)  and 

Krogh (1988) thermometers for given pressure. 

Lithology  Sample  Grt‐Cpx  XCaGrt  XJd  KD  P(kbar)  TP85  TK88 

Eclogite  09NQ60  1‐8  0.21  0.18  8.83  30  681  651 

Eclogite  09NQ60  3‐4  0.20  0.14  7.20  30  733  706 

Eclogite  09NQ60  18‐21  0.22  0.19  8.33  30  706  681 

Eclogite  09NQ60  26‐31  0.22  0.16  8.13  30  713  689 

Eclogite  09NQ60  28‐30  0.22  0.18  7.74  30  727  704 

Eclogite  09NQ60  36‐29  0.22  0.15  8.08  30  716  693 

Eclogite  09NQ60  41‐46  0.22  0.17  9.23  30  680  653 

TP85‐Powell (1985); TK88‐Krogh (1988) 

 

7.4.2 High pressure granulite facies stage (M2) 

To  identify  actual  paths  in  P‐T  of  high  pressure  granulite  facies  overprint  rocks,  it  is 

important to evaluate the possible uncertainties caused by re‐equilibrium during heating or 

cooling. For garnet‐clinopyroxene thermometer, there are two significant factors may hinder 

quantitative  P‐T  determinations:  (1)  uncertain  Fe3+  content  in  garnet  and  clinopyroxene, 

given  the  high  sensitivity  of  Fe3+  to  temperature  changes  and  (2)  different‐scale  chemical 

Page 15: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

PETROGRAPHY OF HP/UHP ROCKS IN THE XITIESHAN TERRANE 

‐ 105 ‐ 

zoning, possibly due to growth processes and/or diffusion, which prevent the determination 

of the equilibrium compositional assemblage at peak conditions.   

 

Table  7.4  Garnet‐clinopyroxene‐plagioclase‐quartz  equilibrium  temperatures  and  pressures. 

Combined solution of Powell (1985), Krogh (1988) and Newton and Perkins (1982). 

Lithology  Sample  (Grt‐Cpx‐Pl)  XCaGrt XJd XAb XAn

TP85 (11.5 kbar)

TP85 (13.2 kbar) 

TP88 (11.5 kbar) 

TP88 (13.2 kbar)

Garnet amphibolite 

09NQ45  46‐38‐42  0.28 0.05 0.55 0.44 805  810  799  804 

Garnet amphibolite 

09NQ45  50‐39‐46  0.23 0.07 0.55 0.45 774  779  756  762 

TP85‐Powell (1985); TP88‐Krogh (1988) 

 

In this study, estimates of Fe3+ in both garnet and clinopyroxene have been made using 

charge‐balance constraints (Droop, 1987). The garnets in garnet amphibolite samples usually 

have a relatively uniform composition from the core to the rim with a few showing a weak 

outward  increase  in  the  Fe/(Fe+Mg)  ratio  (see  Figure  7.6b).  To  minimize  the  effect  of 

re‐equilibration  that  might  have  affected  the  mineral  compositions  at  the  peak  of 

metamorphism,  the  P‐T  conditions  of  high  granulite  facies were  calculated  using  the  rim 

composition  of  garnet  and  adjacent  clinopyroxene  (Cpx‐II)  in  clinopyroxene‐plagioclase 

symplectites.  Local equilibrium between garnet  rims and newly  formed  clinopyroxene and 

plagioclase  is hypothesized. The garnet–clinopyroxene  thermometers  (Powell, 1985; Krogh, 

1988)  combined with  the garnet‐clinopyroxene‐plagioclase‐quartz barometer  (Newton and 

Perkins, 1982) are used for P‐T calculations. The garnet amphibolite sample 09NQ45 yield a 

P‐T  range  of  11.5  –  13.2  kbar  and  760  –  810  °C  (Table  7.4),  representing  high  pressure 

granulite facies metamorphism conditions.   

7.4.3 Upper amphibolite facies stage (M3) 

The  garnet  amphibolite  in  Xitieshan  terrane  contains  mainly  garnet,  amphibole, 

plagioclase, symplectites of clinopyroxene + plagioclase and amphibole + plagioclase, which 

is  reflects  upper  amphibolite  facies  overprinting  (Figure  7.3c  and  d).  Compositions  of 

amphibole  and  adjacent  plagioclase  in  the  matrix  of  garnet  amphibolite  09NQ44  were 

selected  for  geothermobarometry  of  P‐T  conditions  because  local  equilibrium  between 

amphibole and plagioclase is assumed. In this study, the Amp‐Pl geothermometer (Holland 

and  Blundy,  1994)  combined  with  the  Amp‐Pl‐(Qz)  geobarometer  (Bhadra  and 

Bhattacharya, 2007) reveals P‐T conditions of 8.1 – 9.1 kbar and 630 – 670 °C (Table 7.5), 

interpreted  to  represent  upper  amphibolite‐facies metamorphic  conditions  (see  Figure 

7.10a). 

 

 

 

 

Page 16: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

CHAPTER 7 

‐ 106 ‐ 

 

 

Figure 7.10 Thermobarometry  results  for mineral equilibria  in garnet amphibolite 09NQ44  (a) and 

amphibolites 09NQ43 and 09NQ50 (b). Aluminosilicate stability fields are from (Holdaway, 1971). TH94: 

Amp‐Pl  thermometry  (Holland  and  Blundy,  1994).  PBH07:  Amp‐Pl  barometer  (Bhadra  and 

Bhattacharya, 2007). 

 

Table  7.5  Amphibole‐plagioclase  equilibrium  temperatures  and  pressures.  Combined  solution  of 

Holland and Blundy (1994) and Bhadra and Bhattacharya (2007). 

Lithology  Sample  Amp‐Pl  XAb  XAn  TH94(8.1 kbar)  TH94(9.1 kbar)

Garnet amphibolite  09NQ44  29‐28  0.51  0.47  662  668 

Garnet amphibolite  09NQ44  38‐41  0.53  0.46  629  634 

Garnet amphibolite  09NQ44  39‐42  0.55  0.45  658  665 

TH94‐Holland and Blundy (1994) 

 

7.4.4 Amphibolite facies stage (M4) 

This  stage  is  characterized  by  the  disappearance  of  garnet  and  symplectites 

(Amp+Pl and Cpx+Pl) in amphibolite samples (09NQ43 and 09NQ50). These rocks consist 

dominantly  of  amphibole  and  plagioclase.  Assuming  local  equilibrium  between 

amphibole  rims  and  adjacent  plagioclase,  the  Amp‐Pl  geothermometer  (Holland  and 

Blundy, 1994) combined with the Amp‐Pl‐(Qz) geobarometer (Bhadra and Bhattacharya, 

2007)  reveals  P‐T  conditions  of  5.0  –  7.2  kbar  and  530  –  630  °C  (see  Table  7.6), 

representing low‐to‐medium pressure amphibolite facies conditions (see Figure 7.10b). 

 

 

AndSil

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

400 500 600 700 800 900

Temperature (°C)

Pres

sure

(GPa

)

TH94

PBH07

Ky

Jd + Q

z

Ab

530-630°C5.0-7.2 kbar

And

Sil

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

400 500 600 700 800 900

Temperature (°C)

Pre

ssur

e (G

Pa)

Ky

Jd + Q

z

Ab

PBH07

TH94

630-670°C8.1-9.1 kbar

(a) (b)

Page 17: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

PETROGRAPHY OF HP/UHP ROCKS IN THE XITIESHAN TERRANE 

‐ 107 ‐ 

 

Table 7.6 Garnet‐amphibole equilibrium  temperatures and pressure. Combined solution of Holland 

and Blundy (1994) and Bhadra and Bhattacharya (2007). 

Lithology  Sample  Amp‐Pl  XAb  XAn  TH94(5.0 kbar)  TH94(7.2 kbar) 

Amphibolite  09NQ43  9‐16  0.63  0.11  529  548 

Amphibolite  09NQ43  14‐2  0.64  0.06  554  569 

Amphibolite  09NQ43  19‐25  0.62  0.35  611  631 

Amphibolite  09NQ43  30‐29  0.60  0.17  549  568 

Amphibolite  09NQ43  33‐4  0.63  0.29  567  586 

Amphibolite  09NQ50  58‐53  0.65  0.32  535  556 

TH94‐Holland and Blundy (1994) 

 

7.5 Discussion 

The metamorphic  evolution  P‐T  path  of  the  Xitieshan  eclogites  and  their  retrograde 

equivalents is shown in Figure 7.11. Information on the pre‐peak stage metamorphism is not 

available due  to  the absence of prograde garnet zoning or associated mineral  inclusions  in 

eclogite samples. According to the petrography, mineralogy and P‐T calculations, four stages 

of  retrogression  can  be  recognized.  The  peak  UHP  stage,  however,  is  dominated  by  the 

development  of  equilibrated  assemblages  of  garnet  and  clinopyroxene.  The  peak 

temperature conditions are estimated by the Grt‐Cpx thermobarometry at temperatures of 

651 – 733 °C at the assumed pressure of 30 kbar (Figure 7.11, M1). The pressure estimate of 

30 kbar of peak metamorphic stage  is based on  the  reported occurrence of coesite within 

zircon  from mafic rocks  in  this  terrane  (Liu et al., 2012). Most eclogites  from  the Xitieshan 

terrane were  strongly overprinted by  a  subsequent  granulite  facies metamorphism with  a 

typical mineral assemblage of Grt + Cpx (Jd < 20) + Pl + Hbl. The P‐T conditions of the high 

pressure granulite metamorphic stage are estimated by the Grt‐Cpx‐Pl‐Qz thermobarometry 

at 11.5 – 13.2 kbar and 760 – 810 °C (Figure 7.11, M2). The temperature is higher than the 

peak eclogite stage (651 – 733 °C), suggesting a process of temperature increase during the 

decompression stage from UHP eclogite to high pressure granulite. These P‐T data during this 

stage  also  suggest  that  eclogite  in  Yuka  terrane  may  have  resided  at  crustal‐mantle 

transitional  zone  for  a  relative  longer  period  of  time,  which  lead  to  garnet  zonation  is 

homogenized and prograde mineral assemblages are erased.   

The  breakdown  of  clinopyroxene  to  Cpx  +  Pl  symplectites  and  then  to  Amp  +  Pl 

symplectites  indicates pressure decompression amphibolite facies metamorphisms. The P‐T 

conditions  of  the  upper  amphibolite  facies  metamorphic  stage  are  calculated  by  the 

Amp‐Pl‐Qz  thermobarometry at 8.1 – 9.1 kbar and 630 – 670  °C  (Figure 7.11, M3)  from 

strongly  retrogressed  garnet  amphibolite  sample.  The  low  amphibolite  facies  stage  is 

preserved  in  the amphibolite rocks. P‐T conditions of  this stage are estimated at 5.0 – 7.2 

kbar and 530 – 630 °C (Figure 7.11, M4).   

Page 18: 7 Petrography, mineral chemistry and P T conditions … 7.pdfCHAPTER 7 ‐ 91 ‐ 7 Petrography, mineral chemistry and P‐T conditions of HP/UHP metamorphic rocks in the Xitieshan

CHAPTER 7 

‐ 108 ‐ 

 

 

Figure  7.11  Estimated  P‐T  path  for  eclogites  from  the  Xitieshan  terrane,  North  Qaidam  UHP 

metamorphic  belt. M1‐a  peak  stage  constrained  by  eclogite; M2‐a  high  pressure  granulite  facies 

retrogressed stage constrained by garnet amphibolite; M3‐an upper amphibolite facies retrogressed 

stage constrained by garnet amphibolite; M4‐a low amphibolite facies retrogressed stage constrained 

by amphibolite. Dia = Gr after Bundy et al. (1961); Coe = Qz after Bohlen and Boettcher (1982); Ab = 

Jd + Qz after Holland (1980). Facies boundaries are from Liou et al. (1998). 

 

7.6 Conclusions 

The  Xitieshan  eclogite  terrane  consists  of  eclogite,  garnet  amphibolite,  amphibolite, 

schist, granitic gneiss and paragneiss. Eclogite occurs as lenses or blocks within both granitic 

and  pelitic  gneisses.  Detailed  investigation  of  the  metamorphic  history  of  the  Xitieshan 

terrane has  significantly  improved constraints on  its  thermal evolution during exhumation. 

The P‐T path shows that the Xitieshan eclogites record a process of high pressure granulite 

facies overprint after UHP eclogite facies metamorphism.    

0 200 400

1.0

2.0

3.0

4.0

600 800 1000T(°C)

P(G

Pa)

0.0

5°C/

km

HGR

GR

Ep-Ec

GS

BS

AM

Amp-Ec

Dry-Ec

Lw-Ec

EA

GraDia

QzCoe

Jd + Qz = Ab

M4

M1

M2

M3