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蘇斌等-JGR:熔/巖比——影響深部殼幔相互作用的關鍵因素
2019-11-05 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  俯沖帶殼幔相互作用是連接板塊俯沖和島弧巖漿活動的關鍵環節,極大促進了地殼增生-演化、金屬元素遷移-富集-就位成礦和地球各圈層之間的聯系。自板塊構造學說誕生以來,俯沖帶殼幔相互作用就成為固體地球科學的重要課題之一。以往研究主要通過對比島弧火山巖和洋中脊玄武巖的成分來反演俯沖帶熔/流體交代作用,這些研究幫助我們形成對俯沖帶殼幔相互作用的基本認識。然而,俯沖地殼衍生的熔/流體如何影響地幔,進而影響島弧巖漿成分,其過程和機理仍缺乏深入研究。 

  出露于高壓-超高壓變質帶的造山帶橄欖巖主要起源于緊鄰俯沖板片的地幔楔底部,與板片來源的熔/流體發生強烈交代反應,形成大量不同類型的交代產物,可以為俯沖帶殼幔相互作用研究提供最直接、有效的科學證據(圖1)。尤其是造山帶橄欖巖中廣泛發育交代成因的石榴輝石巖,它們是熔體-橄欖巖反應的集中區,能夠用來準確限定交代介質和產物的性質,評估交代反應的影響因素,進而揭示與俯沖帶殼幔相互作用相關的地球動力學過程。 

1  俯沖帶殼幔相互作用示意圖

  中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室蘇斌博士后與合作導師陳意研究員等,選取蘇魯超高壓變質帶石榴橄欖巖中的石榴石巖脈和輝石巖脈開展研究。在以往研究中,不同類型的地幔交代巖通常被認為是不同深度(或不同交代介質)殼幔相互作用的產物。本研究發現,這兩類交代巖脈具有基本一致的礦物組合、礦物主微量成分、單斜輝石原位Sr同位素(0.7095–0.7099)和形成溫壓條件(~800 °C, 5 GPa),表明它們的交代熔體成分相似,都來自于圍巖片麻巖。綜合巖相學、礦物微量元素(圖2)、相關系圖解和前人實驗巖石學結果,證明熔/巖比在俯沖帶深部殼幔相互作用過程中發揮重要作用:在高熔/巖比下,交代形成富石榴石巖;在低熔/巖比下,形成以輝石為主的交代產物。通過定量模擬計算(圖3),進一步揭示地幔楔內部低熔/巖比交代反應可形成島弧高鎂安山巖,而高熔/巖比交代反應則形成島弧高硅富鎂埃達克巖。 

  該項研究揭示熔/巖比在俯沖帶殼幔相互作用過程中起關鍵作用:一方面有效控制交代反應的巖石學過程,形成不同類型的地幔交代巖,其易熔特征可促進地幔部分熔融,成為俯沖帶巖漿的重要源區;另一方面顯著影響島弧巖漿的成分特征,促進弧巖漿的演化和大陸地殼的生長。 

2  石榴石巖和輝石巖巖相學(a, b)及其中單斜輝石的微量元素比值圖解(c, d) 

  3  島弧埃達克巖和高鎂安山巖SiO2-Mg#圖解。紅色和綠色曲線代表在不同熔/巖比下,交代反應后熔體成分的模擬范圍,其中紅線代表熔/巖比>1:1,綠線代表熔/巖比<1:1    

  研究成果發表于Journal of Geophysical Research: Solid Earth.Su B, Chen Y*, Guo S, Chen S, Li Y B. Garnetite and pyroxenite in the mantle wedge formed by slab-mantle interactions at different melt/rock ratios [J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2019, 124: 6504-6522. DOI: 10.1029/2019JB017347)(原文鏈接

 
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