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胡俊等-GCA:俯沖沉積碳酸鹽和硅酸巖來源的熔體對殼幔過渡帶的交代作用
2019-09-03 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  根據板塊構造理論,大洋板片可通過俯沖作用進入地球深部,從而實現物質在地殼和地幔之間的循環。已有研究表明,在俯沖作用過程中,大量沉積物伴隨俯沖板片進入深部巖石圈,并在地殼生長、島弧巖漿作用和深部巖石圈改造中起著重要的作用。然而,對俯沖沉積物改造深部巖石圈的具體過程和機制仍存在較大爭議。例如,改造深部巖石圈的俯沖沉積物組分是陸源碎屑沉積物還是遠洋沉積物?沉積物是以富水熔體還是流體的形式與深部巖石圈發生反應?這些問題對于理解俯沖作用的詳細機制、深部巖石圈演化等重大地球科學問題有著重要的意義。 

  伴隨著火山作用而被攜帶至地表的深源輝石巖捕虜體通常被認為是代表了地幔交代作用或俯沖洋殼變質作用的產物。通過對深源輝石巖捕虜體的研究可以為認識深部巖石圈的性質及改造機制提供直接的證據。基于該認識,中科院地質與地球物理所巖石圈演化國家重點實驗室博士生胡俊在導師姜能研究員的指導下,對采集自華北克拉通北緣新生代漢諾壩玄武巖中的深源單斜輝石巖捕虜體進行了詳細的全巖及礦物主微量元素、Sr-Nd-Hf-Mg-O同位素及鋯石年代學研究(圖1-3),并在與前人研究數據對比的基礎上,得出以下結論:

  (1)對漢諾壩各類輝石巖捕虜體的礦物壓力計和單斜輝石Al配位數的計算及對比結果表明,漢諾壩單斜輝石巖來源于深度約42-45 km的殼幔過渡帶,而非前人認為的來源于巖石圈地幔。  

  (2)確定了漢諾壩單斜輝石巖捕虜體的交代成因。其高的 (La/Yb)NZr/Hf,低的Ti/Eu, 極低的δ26Mg-1.04 -1.42‰), 遠高于正常地幔值的δ18O組成(9.9-11.3‰)以及極端富集的Sr-Nd同位素組成,表明交代介質為來源于沉積碳酸鹽和古老長英質陸源沉積物的混合物。結合捕虜體富集NbTaZrHf等高場強元素,限定了交代介質為熔體而非流體。 

  (3)鋯石定年及原位O同位素分析表明,單斜輝石巖捕虜體中存在多期次鋯石年齡,但368-320 Ma的鋯石具有與全巖一致的異常高的δ18O組成。表明交代作用發生的時間為晚古生代。結合漢諾壩地區的構造背景,推測交代事件與古亞洲洋俯沖作用有關。 

1 漢諾壩單斜輝石巖捕虜體全巖及單礦物微量元素蛛網圖解

2 漢諾壩單斜輝石巖捕虜體模擬計算結果

3 漢諾壩單斜輝石巖捕虜體鋯石定年及O同位素分析結果    

  該研究綜合運用了礦物學、巖石學、同位素地球化學和年代學研究等多種手段,將漢諾壩(金云母)單斜輝石巖從前人已有的輝石巖分類中剝離出來,合理解釋了(金云母)單斜輝石巖的成因,限定了交代介質的類型、交代熔體的來源、交代作用的時間及原巖性質和時代等,并首次通過受俯沖作用交代的深部巖石圈的產物探討了俯沖板片地溫梯度,為未來俯沖板片地溫梯度模型的研究提供了新的思路。 

  研究成果發表于Geochimica et Cosmochimica Acta. Hu J, Jiang N*, Carlson R W, Guo J H, Fan W B, Huang F, Zhang S Q, Zong K Q, Li T J, Yu H M. Metasomatism of the crust-mantle boundary by melts derived from subducted sedimentary carbonates and silicates[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2019, 260: 311-328. DOI: 10.1016/j.gca.2019.06.033)(原文鏈接

 
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