毛屋基性－超基性岩的变质演化及其对俯冲地壳流体与地幔楔相互作用的启示

毛屋基性－超基性岩体中发育成分系统变化的石榴二辉石岩、石榴斜方辉石岩、斜方辉石岩和方辉橄榄岩。以前的研究者大多认为它们的原岩是基性岩浆结晶分异的产物。我们的初步研究显示它们可能是地幔楔橄榄岩与俯冲地壳析出的流体反应的产物，并且在板块俯冲和折返的过程中经历了复杂的地幔演化过程。本项目将对这些交代成因的基性－超基性岩进行深入的变质岩石学和地球化学研究：揭示它们的地幔演化及其与俯冲地壳流体反应的岩石学过程；探讨俯冲地壳流体与地幔楔相互作用过程中元素的地球化学行为；厘定不同地幔条件下俯冲地壳流体和反应之后残余流体的成分和演化规律；探讨俯冲地壳流体进入上覆地幔楔可能产生的地幔交代作用。本申请针对壳幔相互作用这一前沿主题，立足于有说服力的显微结构证据，为准确理解俯冲带流体的成分、壳幔相互作用过程中流体成分的变化及其岩石学机理和岛弧岩浆岩成因等重要科学问题，提供重要的第一手资料。

本项目以大别山超高压变质带中的毛屋基性-超基性岩体为研究对象，开展了详细的矿物学、岩石学和地球化学研究。项目基本按计划进行，目前已发表国际SCI论文3篇（影响因子均大于2.0）。..众所周知，俯冲板片析出的熔/流体进入并交代上覆地幔楔，可使地幔楔发生部分熔融，产生岛弧岩浆岩。紧邻俯冲板片之上的地幔楔为低温地幔楔（温度低于地幔固相线），它不是岛弧的地幔源区。在到达高温地幔楔之前，俯冲板片析出的流体必须穿过低温地幔楔，并与之发生强烈的交代作用，反应之后残余的流体才能进入岛弧地幔源区。因此，低温地幔楔是壳幔相互作用的关键区域，它对我们理解岛弧岩浆岩的形成有重要的指示意义。..矿物学和岩石学研究结果显示，毛屋基性-超基性岩石的原岩为地幔楔方辉橄榄岩/纯橄岩，在参与俯冲过程中经历了来自俯冲地壳流体的强烈交代，并记录了与三叠纪俯冲和折返相关的复杂六期变质演化，分别对应浅部富水低温地幔楔的角流过程、深部低温地幔楔的俯冲再循环以及随陆壳岩石的折返过程。..早期交代成因矿物具有高XMg、NiO和Ni/Mg比值，富集LILE、LREE和HFSE，表明原岩在浅部地幔楔经历了强烈的水化/交代作用。当岩石循环进入深部低温地幔楔时，早期交代成因含水矿物发生脱水分解，反应析出的流体具有典型的LILE和LREE富集特征，与岛弧岩浆岩的地球化学特征类似。因此，我们推测低温地幔楔中的吸水和脱水过程可能是导致岛弧岩浆作用的原因之一。..毛屋基性-超基性岩具有较高的HREE和HFSE含量，单矿物微量元素研究结果显示，HREE主要赋存与石榴石中，HFSE主要赋存于钛斜粒硅镁石和钛粒硅镁石中。其中钛斜粒硅镁石普遍具有高于球粒陨石的Nb/Ta比值。因此我们推论低温地幔楔是HREE和HFSE元素的过滤器，它可能是隐藏的高Nb/Ta地球化学储库。..由于导致地幔楔交代的流体大多来自于俯冲洋壳，因此我们还模拟了洋壳在俯冲过程中含水矿物脱水分解过程。结果发现，冷俯冲洋壳中含水矿物脱水深度较深，低密度的硬柱石是主要的含水载体，导致洋壳密度在>110-120 km的深度大于周围地幔。因此我们推论冷俯冲洋壳在< 110-120 km深度的榴辉岩可以由于浮力作用自行折返，这与自然界观察到的洋壳低温榴辉岩折返深度都小于110km相吻合。

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