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胡俊等-GCA:俯沖沈積碳酸鹽和矽酸岩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,大量沈積物伴隨俯沖板片進入深部岩石圈,並在地殼生長、島弧岩漿作用和深部岩石圈改造中起著重要的作用。然而,對俯沖沈積物改造深部岩石圈的具體過程和機制仍存在較大爭議。例如,改造深部岩石圈的俯沖沈積物組分是陸源碎屑沈積物還是遠洋沈積物?沈積物是以富水熔體還是流體的形式與深部岩石圈發生反應?這些問題對于理解俯沖作用的詳細機制、深部岩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岩捕虜體通常被認爲是代表了地幔交代作用或俯沖洋殼變質作用的産物。通過對深源輝石岩捕虜體的研究可以爲認識深部岩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岩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岩中的深源單斜輝石岩捕虜體進行了詳細的全岩及礦物主微量元素、Sr-Nd-Hf-Mg-O同位素及锆石年代學研究(圖1-3),並在與前人研究數據對比的基礎上,得出以下結論:

  (1)對漢諾壩各類輝石岩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,漢諾壩單斜輝石岩來源于深度約42-45 km的殼幔過渡帶,而非前人認爲的來源于岩石圈地幔。  

  (2)確定了漢諾壩單斜輝石岩捕虜體的交代成因。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,表明交代介質爲來源于沈積碳酸鹽和古老長英質陸源沈積物的混合物。結合捕虜體富集NbTaZrHf等高場強元素,限定了交代介質爲熔體而非流體。 

  (3)锆石定年及原位O同位素分析表明,單斜輝石岩捕虜體中存在多期次锆石年齡,但368-320 Ma的锆石具有與全岩一致的異常高的δ18O組成。表明交代作用發生的時間爲晚古生代。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 汉诺坝单斜辉石岩捕虏体全岩及单矿物微量元素蛛网圖解

2 漢諾壩單斜輝石岩捕虜體模擬計算結果

3 漢諾壩單斜輝石岩捕虜體锆石定年及O同位素分析結果    

  該研究綜合運用了礦物學、岩石學、同位素地球化學和年代學研究等多種手段,將漢諾壩(金雲母)單斜輝石岩從前人已有的輝石岩分類中剝離出來,合理解釋了(金雲母)單斜輝石岩的成因,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岩性質和時代等,並首次通過受俯沖作用交代的深部岩石圈的産物探討了俯沖板片地溫梯度,爲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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