大别-苏鲁和柴北缘造山带橄榄岩的含碳介质交代作用

Garnet peridotites in continental collision orogens provide excellent target for studying carbonic fluid/melt-peridotite reaction and carbon cycling in subduction zone, and are potentially to directly link the carbonic fluid/melt metasomatism of mantle to the plate subduction. This project will focus on carbonic fluid/melt metasomatism of orogenic peridotites in the Dabie-Sulu and North Qaidam orogenic belts. The study will be performed on the basis of a careful petrographical study with special attentions to identification of carbonaceous phases. Whole-rock and mineral O isotopes, mineral in situ major-trace elements and Li-Sr-O isotopes, whole-rock major-trace elements and Sr-Nd-Mg isotopes as well as integrated study of zircon and apatite will be investigated. The results will be used to identify carbonic fluid/melt metasomatism in the orogenic peridotites, to determine the timing and P-T condition of the carbonic fluid/melt metasomastism, to provide constraints on the origin, nature and composition of the metasomatic carbonic fluid/melt, to determine the timing of the carbonic fluid/melt metasomatism with respect to the silisic fluid/melt metasomatism and the subduction and collision of the continental crust, and to provide insights into the effect of the carbonic fluid/melt metasomatism on the peridotite and carbon cycling in subduction zones.

大陆碰撞造山带石榴橄榄岩作为超高压变质地体的重要组成之一，是俯冲带碳质熔/流体-橄榄岩反应和俯冲带碳循环研究的理想天然实验室，为地幔的碳质熔/流体交代作用与板片俯冲直接联系起来提供了难得的机会。本项目以大别-苏鲁和柴北缘造山带橄榄岩为主要研究对象，拟通过系统的岩相学研究(特别是各种含碳相的识别)、全岩和矿物O同位素、矿物微区主微量元素和Li-Sr-O同位素、全岩主微量元素和Sr-Nd-Mg同位素以及锆石和磷灰石(CL照相、U-Pb定年、微量元素和Hf-O同位素分析)综合研究，识别造山带橄榄岩中碳质熔/流体交代，确定碳质熔/流体交代作用发生的时间和温压条件，查明碳质熔/流体的性质、组成和来源，确定碳质熔/流体与硅质熔/流体交代以及大陆俯冲和碰撞之间的关系；进而探讨碳质熔/流体对橄榄岩的改造效应，为俯冲带碳循环提供制约。

造山带橄榄岩作为碰撞造山带的重要组成之一，为俯冲带碳质熔/流体-橄榄岩反应和俯冲带碳循环研究提供了一个重要窗口。本项目以东部大别-苏鲁造山带和西部柴北缘造山带出露的造山带橄榄岩及其相关岩石为研究对象，开展了岩相学、全岩主微量元素、矿物主微量元素、全岩Ca-Mg-Sr同位素、全岩和单矿物氧同位素、矿物Mg-Sr-Li同位素以及副矿物锆石和磷灰石U-Pb定年、微量元素和同位素分析等综合研究。结果恢复了这些造山带橄榄岩及其相关岩石的形成和变质演化历史，在此基础上发现变基性岩在俯冲带弧下深度能释放超临界流体，所释放的超临界流体具有高的碳硫以及高场强元素含量，是将碳和高场强元素等传输到地幔楔的理想媒介。发现变基性岩在俯冲到峰期榴辉岩相以及早期折返过程中释放流体是氧化性的且氧化还原状态在不同阶段存在差异，指示深俯冲洋壳在不同阶段释放的流体对碳等变价元素的传输存在差异。发现变基性岩在榴辉岩相流体活动和麻粒岩相熔体活动条件下锆石的特征和行为存在差异，为通过锆石识别和确定橄榄岩中不同性质流体交代作用提供了判别依据。发现大陆造山带中地幔楔橄榄岩受到了先前俯冲洋壳来源含碳熔体/流体的交代作用随后在大陆俯冲隧道受到了深俯冲陆壳来源不同性质流体(包括碳酸盐熔体)的交代作用。发现俯冲地壳来源碳酸盐熔体本身和迁移过程中的成分变化以及交代程度差异等导致碳酸盐熔体对橄榄岩不同元素和同位素的改造存在差异。发现地幔楔橄榄岩在洋壳俯冲到大陆碰撞过程中受到多期蛇纹石化作用，且在折返到地壳层位后可能与地表碳反应成为大气碳的重要汇。发现大陆俯冲隧道浅部也存在与大洋俯冲隧道类似的流体-橄榄岩相互作用。