地質地球所揭示榴輝巖多期變質作用與俯衝隧道內俯衝-折返循環過程

2021-01-08 中國科學院
地質地球所揭示榴輝巖多期變質作用與俯衝隧道內俯衝-折返循環過程

2016-03-17 地質與地球物理研究所

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　　俯衝帶是板塊構造理論重要的組成部分，在地殼演化、地震、火山作用和全球元素循環等方面扮演著重要的角色。出露於高壓-超高壓變質帶中的榴輝巖記錄了俯衝帶內的重要信息，重建巖石的P-T軌跡有助於理解俯衝洋殼的溫壓歷史、變質演化及大地構造過程。探究多期變質作用背後隱藏的俯衝帶深部過程對深入理解俯衝帶性質和區域構造演化都有著重要的作用。

　　中國科學院地質與地球物理研究所固體礦產資源研究室陸緣演化與流體成礦學科組博士後李繼磊及合作者通過對產出於西南天山高壓‐超高壓變質帶的榴輝巖詳細的巖石學研究，發現該榴輝巖經歷了複雜的多期變質作用。石榴石、綠輝石、角閃石和綠簾石等主要造巖礦物都表現出多階段生長和演化：（1）石榴石經歷了明顯的兩階段生長過程，Grt_1和Grt_2之間的界線截然，成分有突變，且其中包含的礦物包裹體也有規律的變化（圖1）；（2）綠輝石表現為三期生長，不同期次的成分具有線性演化的關係（圖2）；（3）綠簾石無論從結構上還是從成分上都可以劃分成Ep_1和Ep_2兩期，對應於不同的變質生長階段（圖2）；（4）單個角閃石顆粒中從核到邊藍閃石和凍藍閃石交替生長，表現為Gln_1→Brs_1→Gln_2→Brs_2遞變的生長次序（圖3），象徵高壓的藍閃石和相對低壓的凍藍閃石的交替生長暗示榴輝巖可能經歷了壓力循環，即多期的俯衝和折返過程，進而排除了流體交代作用造成榴輝巖中礦物多期生長的可能性。

　　他們基於有效全巖成分，利用熱力學軟體Perple_X對該榴輝巖進行相圖計算，結果顯示，榴輝巖經歷了一個非常複雜的P-T軌跡，包含進變質俯衝、快速折返、再俯衝和再折返的演化過程。由此可見模擬計算得到的俯衝-折返循環與觀察到的礦物多階段生長具有非常好的對應關係。從俯衝洋殼上拆離下來的榴輝巖塊體進入俯衝隧道並在隧道環流的攜帶下作上下循環運動被認為是造成該榴輝巖多期變質作用與壓力循環的原因（圖4）。此外，俯衝隧道內多期俯衝-折返循環也已得到大量數值模擬的證實。該研究是西南天山高壓-超高壓變質帶中高壓巖石經歷多期變質作用的首次報導，同時也對證實該帶高壓-超高壓巖石的「俯衝隧道折返模式」提供了依據。

　　以上研究成果近期發表於國際巖石學期刊Journal of Petrology（Li et al. Poly-cyclic metamorphic evolution of eclogite: evidence for multistage burial-exhumation cycling in a subduction channel. Journal of Petrology, 2016, 57(1): 119-146）。

　　原文連結

圖1 石榴石的多期生長及元素分布圖

圖2 綠簾石(Ep)和綠輝石(Omp)的多期生長及元素分布圖

圖3 單一顆粒中藍閃石(Gln)和凍藍閃石(Brs)交替生長及元素分布圖

圖4 榴輝巖在俯衝隧道內做多期俯衝-折返循環的示意圖

　　俯衝帶是板塊構造理論重要的組成部分，在地殼演化、地震、火山作用和全球元素循環等方面扮演著重要的角色。出露於高壓-超高壓變質帶中的榴輝巖記錄了俯衝帶內的重要信息，重建巖石的P-T軌跡有助於理解俯衝洋殼的溫壓歷史、變質演化及大地構造過程。探究多期變質作用背後隱藏的俯衝帶深部過程對深入理解俯衝帶性質和區域構造演化都有著重要的作用。
　　中國科學院地質與地球物理研究所固體礦產資源研究室陸緣演化與流體成礦學科組博士後李繼磊及合作者通過對產出於西南天山高壓‐超高壓變質帶的榴輝巖詳細的巖石學研究，發現該榴輝巖經歷了複雜的多期變質作用。石榴石、綠輝石、角閃石和綠簾石等主要造巖礦物都表現出多階段生長和演化：（1）石榴石經歷了明顯的兩階段生長過程，Grt_1和Grt_2之間的界線截然，成分有突變，且其中包含的礦物包裹體也有規律的變化（圖1）；（2）綠輝石表現為三期生長，不同期次的成分具有線性演化的關係（圖2）；（3）綠簾石無論從結構上還是從成分上都可以劃分成Ep_1和Ep_2兩期，對應於不同的變質生長階段（圖2）；（4）單個角閃石顆粒中從核到邊藍閃石和凍藍閃石交替生長，表現為Gln_1→Brs_1→Gln_2→Brs_2遞變的生長次序（圖3），象徵高壓的藍閃石和相對低壓的凍藍閃石的交替生長暗示榴輝巖可能經歷了壓力循環，即多期的俯衝和折返過程，進而排除了流體交代作用造成榴輝巖中礦物多期生長的可能性。
　　他們基於有效全巖成分，利用熱力學軟體Perple_X對該榴輝巖進行相圖計算，結果顯示，榴輝巖經歷了一個非常複雜的P-T軌跡，包含進變質俯衝、快速折返、再俯衝和再折返的演化過程。由此可見模擬計算得到的俯衝-折返循環與觀察到的礦物多階段生長具有非常好的對應關係。從俯衝洋殼上拆離下來的榴輝巖塊體進入俯衝隧道並在隧道環流的攜帶下作上下循環運動被認為是造成該榴輝巖多期變質作用與壓力循環的原因（圖4）。此外，俯衝隧道內多期俯衝-折返循環也已得到大量數值模擬的證實。該研究是西南天山高壓-超高壓變質帶中高壓巖石經歷多期變質作用的首次報導，同時也對證實該帶高壓-超高壓巖石的「俯衝隧道折返模式」提供了依據。
　　以上研究成果近期發表於國際巖石學期刊Journal of Petrology（Li et al. Poly-cyclic metamorphic evolution of eclogite: evidence for multistage burial-exhumation cycling in a subduction channel. Journal of Petrology, 2016, 57(1): 119-146）。
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圖1 石榴石的多期生長及元素分布圖

圖2 綠簾石(Ep)和綠輝石(Omp)的多期生長及元素分布圖

圖3 單一顆粒中藍閃石(Gln)和凍藍閃石(Brs)交替生長及元素分布圖

圖4 榴輝巖在俯衝隧道內做多期俯衝-折返循環的示意圖

列印 責任編輯：葉瑞優

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