大别山花凉亭超高压榴辉岩中复合多期高压脉体的结晶过程和元素分异

发育在高压－超高压变质岩中的高压脉体是高压－超高压流体结晶的产物，是揭示深俯冲板块内部流体成分、性质和演化历史等关键科学问题的理想样品。本项目拟对发育在大别山花凉亭超高压榴辉岩中的复合多期高压脉体进行深入的变质岩石学和地球化学研究，揭示复合多期高压脉体的结晶历史，阐明高压－超高压流体结晶的岩石学过程和流体演化过程中元素的分异规律。本申请针对高压－超高压流体演化这一前沿主题，立足于有说服力的结构证据和地球化学数据，将为准确理解俯冲带深部流体的成分和演化以及高压－超高压流体中元素的地球化学行为等重要科学问题，提供重要的第一手资料。

本项目对大别山超高压变质带花凉亭等地区的超高压榴辉岩及其中发育的复合多期脉体（绿辉石—绿帘石脉、绿帘石—石英脉和蓝晶石—绿帘石—石英脉）进行了详细的矿物学、岩石学和地球化学研究，包括细致地岩相学观察、变质相平衡模拟、全岩和单矿物主、微量地球化学分析、质量平衡计算、流体成分模拟计算、微区原位年代学研究等。通过这些研究，深入调查了大别山超高压榴辉岩脱水分解、超高压流体释放、运移和汇聚、超高压条件下流体-岩石相互作用、矿物溶解—沉淀、微量元素迁移和超高压流体多期次结晶等大陆俯冲带内部发生的诸多重要地质过程。取得的重要成果如下：（1）提出一种新的判断榴辉岩中硬柱石早期存在与否的矿物地球化学方法。证明大别山花凉亭和港河超高压榴辉岩中早期存在低温含水矿物—硬柱石，表明一部分华南大陆地壳曾沿较低的地温梯度俯冲。硬柱石脱水分解也是引发超高压榴辉岩中流体活动和脉体形成的重要机制。（2）相平衡模拟表明榴辉岩中硬柱石在2.7-3.0 GPa和650-720 °C的条件下发生脱水分解。形成的超高压自由水与榴辉岩发生强烈的交换反应，导致榴辉岩中绿帘石、蓝晶石和石英（当时为柯石英）溶解进入流体相。该过程也导致了中等—高程度的（50-90%）Sr、Pb、Th、U、LREEs迁移和较低程度的（20-40%）HFSEs、TMEs和HREEs迁移。通过水岩相互作用，超高压流体富集高含量的硅酸盐溶质组分。（3）在榴辉岩折返过程中，随着压力温度逐渐降低，超高压流体在不同变质条件下结晶形成复合多期脉体。根据脉体绿帘石和金红石的La、Cr、Zr和δEu等地球化学指标，确定复合脉体中绿辉石—绿帘石脉结晶最早，绿帘石—石英脉次之，蓝晶石—绿帘石—石英脉结晶最晚。超高压流体的多期结晶过程是形成自然界高压脉体多样性的重要机制之一。（4）通过对重要矿物复杂成分环带结构和成分的研究，厘定了大别山含脉体超高压榴辉岩的六期变质演化和四期高压流体演化过程，并建立了变质演化和流体演化之间的耦合关系。通过本项目的研究，目前在国际岩石学和地质学权威期刊上发表SCI论文4篇，在国内期刊上发表论文2篇。