超高压低温岩石的变质过程及冷俯冲带深部元素迁移

Metamorphic chemical geodynamics during oceanic crust subduction is significant to decipher subducted slab-mantle interaction, subduction-zone magmatism and metallogenesis, continental growth and earthquake, and thus becomes the hot spot of solid earth sciences. Supported by the National Science Foundation for Young Scientists of China, the former detailed studies of the western part (Habutengsu valley) of Southwestern Tianshan reveal more coesite-bearing rocks in a broader area, and preliminarily identify two metamorphic units (HP vs. UHP) and various retrograde veins in the UHP unit. By integrated petrology, geochemistry and geochronology, this project would like to carry out systematic investigations on the whole (U)HP metamorphic belt of Southwestern Tianshan, with the aim to elucidate (1) its internal structures, spatial distribution and complete P-T-t paths and reconstruct the tectonometamorphic history, (2) transition and preservation mechanism of UHP index phases at very low temperatures, (3) the reliance of element re-distribution on specific metamorphic P-T path, and (4) the characteristics of complex multi-stage fluid activities through exhumed UHP-LT terrain.

洋壳俯冲过程中的变质化学动力学研究对于理解俯冲板片－地幔相互作用，俯冲带岩浆作用及成矿，大陆地壳增生和地震活动都至关重要，是固体地球科学研究的前沿领域。前期青年科学基金研究对西南天山西段(哈布腾苏一带)细致的变质地质学研究，识别出更大范围内的含柯石英岩石，初步勾画出高压和超高压两类地质单元，认识到超高压岩石内退变质过程存在丰富的流体活动。本课题拟在青年基金已取得成果基础上，综合运用岩石学，地球化学和年代学等方法，对整个西南天山造山带的（超）高压岩石开展全方位的调查，查明其内部构造和空间展布特点，建立较完整的P-T-t轨迹，恢复其变质－构造演化历史，探索低温条件下超高压标志矿物相的转变和保存的动力学机制，阐明超高压低温岩石P-T轨迹对元素再分配的影响，揭示超高压低温地质体不同演化阶段所伴随的复杂流体活动规律。

造山带超高压低温变质岩是了解地球板块间相互作用和地表物质向下循环的重要窗口。位于中国新疆境内的西南天山造山带发育的超高压低温变质带提供了重要平台，成为冷俯冲带深部过程研究的热点地区。本项目通过详细的野外剖面调查，结合岩相学、矿物化学、热力学模拟、元素地球化学和年代学等多种手段，着重研究了超高压榴辉岩、片岩、富镁石榴角闪岩等不同类型岩石的变质矿物演化特点、P-T轨迹和折返时限，剖面尺度上超高压和高压变质岩的空间分布和差异变质表现，以及超高压变质岩压力计算准确度相关问题。取得的重要认识有：(1) 发现了石榴石中保存的共生钠质单斜辉石包体(即硬玉和绿辉石)，证明在超高压条件二者存在不混溶关系，模拟了二者在超高压条件下的成分特点；(2) 首次在冷俯冲超高压低温岩石的白云石中发现了柯石英，证明此类铁白云石可以将碳携带至地幔90公里以上深度，为下一步研究俯冲带碳循环奠定基础；(3) 揭示了超高压片岩中多硅白云母在折返过程中存在成分扩散作用，其40Ar/39Ar年龄(315Ma)仅代表折返过程中发生面理化的时代；(4) 在木扎尔特地区发现柯石英，确切表明超高压变质带可以从哈布腾苏河地区西延约60公里；(5) 木扎尔特高压变质剖面的南部和北部在矿物组合和主要矿物成分和变质条件等方面具有明显差异，分别构成北部和南部两个独立的地质单元，二者为构造接触，并不存在随机混杂现象；(6) 系统评价了常用压力计在应用到西南天山超高压榴辉岩时存在的问题，包括矿物成分平衡域识别、矿物固溶体和有效全岩成分选择等方面，支持超高压变质岩的“原地”成因。