大洋岩石圈俯冲变质作用中的元素地球化学行为和地球动力学意义——以西天山超高压变质带为例

The element geochemical behaviors and their controls during seafloor subduction-zone metamorphism remain debatable, e.g., what other controls (except subduction-zone metamorphic dehydration) on different element geochemical behaviors. In addition, because element geochemical behaviors are complex, to fully understand element geochemical behaviors during subduction-zone metamorphism is crucial for understanding the relationship of seafloor subduction-zone metamorphism with arc magmatism and oceanic island basalts. As one ultrahigh pressure metamorphic belt, eclogite-facies rocks from Chinese Western Tianshan honestly recorded the geochemical processes and consequences of seafloor subduction to a depth no less than 75 km. Therefore, it is an ideal study area for seafloor subduction-zone metamorphism. Recently, we got several big blueschist-eclogite rock samples intervened by different types of veins from Western Tianshan. Together with our previous studies on eclogite-facies rocks from Western Tianshan, this proposal with detailed petrological and geochemical studies aims to reveal other controls on element geochemical behaviors during seafloor subduction-zone metamorphism, e.g., the presence and stability of element-hosted minerals, variable physicochemical properties of fluids as well as the way of fluid flow. Furthermore, the understanding of the large-scale mass transfer may help to improve our understandings on the “true” mechanism for geochemical characteristics of arc magmas and the “real” contribution of the residual subducted materials to mantle compositional heterogeneity.

大洋岩石圈俯冲变质作用中的元素地球化学行为及其控制因素尚存在争议：除俯冲变质脱水外，还有哪些影响因素导致元素表现出不同的地球化学行为。此外，由于元素地球化学行为复杂，所以大洋岩石圈俯冲与岛弧岩浆、洋岛玄武岩之间的成因关系也存在争议。因此，充分认识俯冲变质作用中的元素地球化学行为是解决这一问题的关键。中国西天山是全球少数超高压变质带之一，其榴辉岩真实记录了大洋岩石圈俯冲到至少75km深度时的地球化学过程与结果，是研究大洋岩石圈俯冲的理想对象。本项目在西天山榴辉岩相岩石已有研究基础上，对含丰富脉体的蓝片岩-榴辉岩进行详细的岩石学研究，分析脉体和围岩的全岩-矿物主、微量元素组成，探讨除俯冲变质脱水外元素地球化学行为的其他控制因素（如相关变质矿物的存在和稳定性、流体多变的物理-化学性质与流动方式），认识大规模物质迁移过程，从而进一步揭示岛弧岩浆地球化学特征的成因及残余俯冲物质对地幔不均一性的贡献。

大洋岩石圈俯冲变质作用的地球化学过程复杂，而大洋岩石圈俯冲作用与俯冲带岩浆作用、地幔成分不均一性之间的成因关系也存在争议，充分认识俯冲变质作用中的元素地球化学行为、揭示其控制因素是解决这些问题的关键。中国西南天山是全球少数大洋型超高压变质带之一，其榴辉岩相岩石真实记录了大洋岩石圈俯冲到至少75 km深度时的地球化学过程与结果，所以本项目主要集中于对西南天山蓝片岩-榴辉岩相岩石这一研究大洋岩石圈俯冲作用的理想对象。通过对比全球其他（超）高压变质带蓝片岩-榴辉岩的元素地球化学特征，结合对全球岛弧岩浆岩地球化学特征的讨论，系统揭示了俯冲带元素复杂的地球化学行为，探讨了变质温度、压力、原岩成分对俯冲作用地球化学过程的影响。同时，由于脉体是曾经流体运移的通道，富含不同类型脉体的蓝片岩-榴辉岩能够反映流体影响下俯冲带开放体系的地球化学过程，本项目结合详细的岩石学研究，分析了脉体和围岩的全岩-矿物主、微量元素组成，阐明了俯冲带开放体系中元素的地球化学行为、证明了元素赋存变质矿物的存在和稳定性对大洋岩石圈俯冲时元素地球化学行为的控制作用，揭示了不同俯冲阶段流体对俯冲变质岩的地球化学影响。而通过研究西南天山首次发现的榴辉岩相大理岩和变基性岩界面大量顺层生长的榍石，揭示了俯冲碳酸盐对俯冲带地球化学过程的影响和对全球碳循环的意义。并基于对俯冲带变质作用地球化学过程的理解，进一步制约了大洋岩石圈俯冲变质作用对岛弧岩浆地球化学特征的成因和对地幔组分不均一性的贡献。