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蘇斌等-JGR:熔/岩比——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岩漿活動的關鍵環節,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爲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岩和洋中脊玄武岩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,進而影響島弧岩漿成分,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榄岩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産物,可以爲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)。尤其是造山帶橄榄岩中廣泛發育交代成因的石榴輝石岩,它們是熔體-橄榄岩反應的集中區,能夠用來准確限定交代介質和産物的性質,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  俯冲带壳幔相互作用示意圖

  中國科學院地质与地球物理研究所岩石圈演化國家重點實驗室蘇斌博士後與合作導師陳意研究員等,選取蘇魯超高壓變質帶石榴橄榄岩中的石榴石岩脈和輝石岩脈開展研究。在以往研究中,不同類型的地幔交代岩通常被認爲是不同深度(或不同交代介質)殼幔相互作用的産物。本研究發現,這兩類交代岩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),表明它们的交代熔体成分相似,都来自于围岩片麻岩。综合岩相学、矿物微量元素(圖2)、相关系圖解和前人实验岩石学结果,证明熔/岩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/岩比下,交代形成富石榴石岩;在低熔/岩比下,形成以辉石为主的交代产物。通过定量模拟计算(圖3),進一步揭示地幔楔內部低熔/岩比交代反應可形成島弧高鎂安山岩,而高熔/岩比交代反應則形成島弧高矽富鎂埃達克岩。 

  該項研究揭示熔/岩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岩石學過程,形成不同類型的地幔交代岩,其易熔特征可促進地幔部分熔融,成爲俯沖帶岩漿的重要源區;另一方面顯著影響島弧岩漿的成分特征,促進弧岩漿的演化和大陸地殼的生長。 

2  石榴石岩和輝石岩岩相學(a, b)及其中单斜辉石的微量元素比值圖解(c, d) 

  3  島弧埃達克岩和高鎂安山岩SiO2-Mg#圖解。红色和绿色曲线代表在不同熔/岩比下,交代反應後熔體成分的模擬範圍,其中紅線代表熔/岩比>1:1,綠線代表熔/岩比<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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