俯冲带壳幔相互作用对地幔楔氧逸度的影响：以苏鲁造山带橄榄岩为例

Oxygen fugacity in subduction zones is one of the hot topics in current geological researches. It plays significant roles in crust–mantle interaction, evolution of arc magma and formation of ore deposits, and thus has become as an essential parameter in the subduction factory. Previous studies involving subduction oxygen fugacity mainly focus on arc lavas, and only a few studies deal with peridotites directly from the metasomatized mantle wedge, which carry more reliable oxygen fugacity information. In addition, previous studies fail to understand the detailed process of interactions at the slab–mantle interface and its influence on oxygen fugacity of the mantle wedge. Taking the consensus that orogenic peridotites record important aspects of crust–mantle interaction in subduction zones as a starting point, a combined study of mineralogy, petrology, geochemistry, geochronology and thermodynamic modelling will be carried out on the sulfide- and sulphate-bearing metasomatized veins in garnet peridotites from the Sulu UHP terrane. The purpose of this proposal are: 1) to find out the source, transport process and evolution of the metasomatic liquids; 2) to characterize the petrological evidences of redox reactions; 3) to define the influence of crust–mantle interaction on oxygen fugacity of the mantle wedge. This study will not only constrain the mechanism, range and effect of oxygen fugacity variations in the mantle wedge, but also reveal the geodynamic process of mass cycle in subduction zone. All above will shed light on the investigations of crust–mantle interaction in subduction zones and evolution of arc magma.

俯冲带氧逸度是地质学前沿研究的热点之一，在壳幔相互作用、岛弧岩浆演化以及金属成矿等过程中扮演着关键角色，已经成为“俯冲工场”研究中极其重要的部分。目前国际上关于俯冲带氧逸度的研究主要集中在岛弧岩浆岩，鲜有研究与直接记录岛弧源区氧逸度信息的地幔楔岩石有关，并且对俯冲地壳熔/流体交代地幔楔的机制以及能否显著影响地幔楔氧逸度尚缺乏系统深入研究。本项目以造山带橄榄岩记录丰富的俯冲带壳幔相互作用信息为切入点，选取苏鲁造山带橄榄岩中含硫化物和硫酸盐的交代脉体为研究对象，开展精细的矿物学、岩石学、地球化学、年代学和热力学模拟研究，查明富硫交代介质的来源、迁移和演化规律，揭示氧化还原反应的岩石学过程，探讨俯冲带壳幔相互作用对地幔楔氧逸度的影响。该研究不仅可为地幔楔氧逸度变化的机制、范围和效应提供约束，而且有望阐明俯冲带深部物质循环的动力学过程，为俯冲带壳幔相互作用和岛弧岩浆演化研究提供有力的科学依据。

本项目选取了苏鲁超高压变质带内的蒋庄石榴石岩脉和辉石岩脉为研究对象，开展了详细的矿物学、岩石学和地球化学研究。项目按计划进行，目前已在国际SCI杂志上发表学术论文3篇。.出露于高压-超高压变质带内的造山带橄榄岩主要起源于紧邻俯冲板片的地幔楔底部，与俯冲板片来源的熔/流体发生强烈交代反应，能够为俯冲带壳幔相互作用提供最直接、有效的证据，尤其造山带橄榄岩中广泛发育交代成因的石榴辉石岩，它们是俯冲带熔体和地幔楔橄榄岩反应的集中区，能够准确限定交代介质和产物的性质，评估交代反应的过程、机制和效应。.本研究显示蒋庄石榴石岩脉和辉石岩脉具有一致的矿物组合、矿物主微量成分、单斜辉石原位Sr同位素（0.7095–0.7099）和形成温压条件（~800 °C, ~5 GPa），表明它们的交代熔体成分相似，都来自于围岩片麻岩。综合岩相学、矿物地球化学和实验岩石学工作，证明熔/岩比在俯冲带深部壳幔相互作用过程中发挥重要作用，在高熔/岩比下交代形成富石榴石岩和岛弧高硅富镁埃达克岩，在低熔/岩比下形成辉石岩和岛弧高镁安山岩。另外，本研究揭示大陆俯冲带释放的熔/流体能够氧化地幔楔，但是只有在高熔/岩比下才能够显著改造地幔楔的氧逸度，低熔/岩比下对地幔楔氧逸度改造有限。.本研究对不同造山带来源、不同成因背景、不同变质演化的造山带橄榄岩分析结果显示，橄榄石Ni/Co比值可以作为判别幔源（Ni/Co: 17–27）和壳源（Ni/Co: 5–11）造山带橄榄岩简单有效的矿物学指标；橄榄石Ca、Al和Cr含量具有显著的温度效应，尤其Ca含量可以很好地记录造山带橄榄岩从热岩石圈地幔进入冷地幔楔的过程；橄榄石Na含量可作为造山带橄榄岩在俯冲带内的压力指示计，其中尖晶石相橄榄岩橄榄石Na<18 ppm，石榴石相橄榄岩橄榄石Na>18 ppm；橄榄石Mn和Ti含量对俯冲带交代作用敏感，能够很好地示踪俯冲带壳幔相互作用。