榴辉岩多期变质作用与俯冲隧道内俯冲-折返循环

俯冲带是板块构造理论重要的组成部分,在地壳演化、地震、火山作用和全球元素循环等方面扮演着重要的角色。出露于高压-超高压变质带中的榴辉岩记录了俯冲带内的重要信息,重建岩石的P-T轨迹有助于理解俯冲洋壳的温压历史、变质演化及大地构造过程。探究多期变质作用背后隐藏的俯冲带深部过程对深入理解俯冲带性质和区域构造演化都有着重要的作用。

石榴石的多期生长及元素分布图
图1 石榴石的多期生长及元素分布图

中国科学院地质与地球物理研究所固体矿产资源研究室陆缘演化与流体成矿学科组李继磊博士后及合作者通过对产出于西南天山高压‐超高压变质带的榴辉岩详细的岩石学研究,

图2 绿帘石(Ep)和绿辉石(Omp)的多期生长及元素分布图
图2 绿帘石(Ep)和绿辉石(Omp)的多期生长及元素分布图

发现该榴辉岩经历了复杂的多期变质作用。石榴石、绿辉石、角闪石和绿帘石等主要造岩矿物都表现出多阶段生长和演化:(1)石榴石经历了明显的两阶段生长过程,Grt_1和Grt_2之间的界线截然,成分有突变,且其中包含的矿物包裹体也有规律的变化(图1);(2)绿辉石表现为三期生长,不同期次的成分具有线性演化的关系(图2);(3)绿帘石无论从结构上还是从成分上都可以划分成Ep_1和Ep_2两期,对应于不同的变质生长阶段(图2);(4)单个角闪石颗粒中从核到边蓝闪石和冻蓝闪石交替生长,表现为Gln_1→Brs_1→Gln_2→Brs_2递变的生长次序(图3),象征高压的蓝闪石和相对低压的冻蓝闪石的交替生长暗示榴辉岩可能经历了压力循环,即多期的俯冲和折返过程,进而排除了流体交代作用造成榴辉岩中矿物多期生长的可能性。

图3  单一颗粒中蓝闪石(Gln)和冻蓝闪石(Brs)交替生长及元素分布图
图3  单一颗粒中蓝闪石(Gln)和冻蓝闪石(Brs)交替生长及元素分布图

他们基于有效全岩成分,利用热力学软件Perple_X对该榴辉岩进行相图计算,结果显

图4 榴辉岩在俯冲隧道内做多期俯冲-折返循环的示意图
图4 榴辉岩在俯冲隧道内做多期俯冲-折返循环的示意图

示,榴辉岩经历了一个非常复杂的P-T轨迹,包含进变质俯冲、快速折返、再俯冲和再折返的演化过程。由此可见模拟计算得到的俯冲-折返循环与观察到的矿物多阶段生长具有非常好的对应关系。从俯冲洋壳上拆离下来的榴辉岩块体进入俯冲隧道并在隧道环流的携带下作上下循环运动被认为是造成该榴辉岩多期变质作用与压力循环的原因(图4)。此外,俯冲隧道内多期俯冲-折返循环也已得到大量数值模拟的证实。该研究是西南天山高压-超高压变质带中高压岩石经历多期变质作用的首次报道,同时也对证实该带高压-超高压岩石的“俯冲隧道折返模式”提供了依据。

以上研究成果近期发表在国际权威岩石学期刊Journal of Petrology。

论文链接:http://petrology.oxfordjournals.org/content/57/1/119.full

(据中国科学院地质与地球物理研究所)

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