低温地幔楔底部对重稀土和高场强元素的过滤作用：对岛弧岩浆成因的启示

Several garnet peridotites and garnet pyroxenites occur in the Dabieshan-Sulu ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic belt. They preserved textural, mineralogical and geochemical evidence of crustal metasomatism at the lower edge of a cold mantle wedge. These mantle wedge rocks contain metasomatic garnet, Ti-clinohumite, Ti-chondrodite, rutile and zircon. Such minerals are the major carriers of heavy rare earth elements (HREE) and high field strength elements (HFSE). To reveal the filtration of HREE and HFSE in the the cold mantle wedge lower margin and its relation with the formation of arc magmas, this program will focus on the mineralogical, petrological and geochemical investigations for the mantle wedge rocks in the Dabieshan-Sulu UHP metamorphic belt. In this study, we will constrain the index textures, P-T conditions and ages of metasomatic reactions between slab-derived fluid or melt and the cold mantle wedge rocks. Based on the thermodynamic modelling, we are going to constrain the stability field of pressures, temperatures and bulk-rock compositions for the metasomatic phases, and discuss the chemical and physical modification of the cold mantle wedge by crustal metasomatism. The whole-rock and metasomatic mineral compositions will be analysed. Based on these data, the filtration of HREE and HFSE in the lower margin of the cold mantle wedge will be investigated and discussed, as well as the chemical feature of the residual fluid and its relation with the formation of arc magmas.

大别山-苏鲁超高压变质带中出露多个石榴橄榄岩和石榴辉石岩，其内部发育大量的交代结构，可能来自于深部低温地幔楔的底部。这些地幔楔岩石中含有交代成因的石榴石、钛斜粒硅镁石、钛粒硅镁石、金红石和锆石，这些矿物都是重稀土（HREE）和高场强元素（HFSE）的主要载体。本项目将对这些交代成因的地幔楔岩石进行详细的矿物学、岩石学和地球化学研究，确立低温地幔楔底部对HREE和HFSE的过滤作用，并探讨它与岛弧岩浆的成因联系。具体的研究内容如下：识别和标定俯冲地壳熔/流体交代低温地幔楔的结构标志、温压条件和时代；开展热力学模拟计算，限定不同交代成因矿物稳定的温压和全岩成分范围，揭示地壳交代作用对地幔楔的化学和物理性质的改造；系统测定全岩和交代成因矿物的成分特征，探讨HREE和HFSE在低温地幔楔底部的地球化学行为、残余流体的成分特征及其与岛弧岩浆之间的成因联系。

大陆俯冲带深部壳幔相互作用和地壳物质再循环是当前俯冲带领域的国际研究前沿，但现阶段人们对HREE和HFSE进入地幔楔的行为仍不清楚。大别山-苏鲁超高压变质带中出露多个造山带橄榄岩。本项目通过对这些地幔岩进行详细的矿物学、岩石学和地球化学研究，来揭示造山带橄榄岩的岩石成因和交代历史，探讨低温地幔楔底部对HREE和HFSE的过滤作用。通过四年研究，本项目成员发表论文7篇，在国际主流期刊发表英文SCI论文5篇，完成预期科学目标。取得的重要成果包括：.（1）大别-苏鲁造山带橄榄岩的原岩属性和交代进程。对大别-苏鲁出露的十几处造山带橄榄岩的矿物岩石学特征、原岩属性划分和鉴别标志、岩石地球化学性质、熔岩反应过程、壳幔相互作用过程中的高场强元素迁移、以及地幔楔氧逸度等问题进行了综合评述。.（2）造山带纯橄岩的成因和判别依据。总结了全球>40处造山带纯橄岩的基础资料(野外产状、岩石学和地球化学特征)，总结并探讨三类成因纯橄岩的成分规律和判别指标。.（3）苏鲁李家屯纯橄岩的起源、超深俯冲和交代历史。苏鲁李家屯纯橄岩起源于华北岩石圈地幔，在古元古代之前经历了高程度部分熔融，之后在岩石圈地幔与碳酸岩熔体发生了熔-岩反应，随后进入俯冲带经历>150km超深俯冲，并在折返阶段受到陆壳流体交代。.（4）深俯冲陆壳对地幔楔的非均衡改造。该研究证明大别毛屋石榴纯橄岩起源于21亿年以前的华北克拉通岩石圈地幔，俯冲陆壳释放的熔体具有多样性，只有富S的陆壳熔体交代破坏地幔橄榄岩的Re-Os体系，而贫S的陆壳熔体不能显著改变橄榄岩的Re亏损模式年龄。.（5）壳幔相互作用过程中高场强元素和卤素的迁移和分异。富含F的俯冲带流体可以将俯冲陆壳中的HFSE迁移进入上覆地幔楔，形成富集钛斜粒硅镁石和锆石的辉石岩脉体，磷灰石的沉淀却直接控制着HFSE的沉淀。该研究直接论证低温地幔楔对HFSE有重要的过滤作用。