超硅石榴石分解和出溶反应动力学高温高压实验研究

超硅石榴石出溶辉石及其他矿物是壳幔岩石折返过程中的一个重要地质现象。本研究拟以恰当的岩石学、矿物学和地球化学分析技术为主要研究手段，结合先进的高温高压实验科学和技术进行榴辉岩体系和橄榄体系中超硅石榴石的分解和出溶过程的模拟实验研究，定量分析和研究天然和实验超硅石榴石中所形成的出溶拓扑结构和化学成分分异现象，探讨壳幔岩石折返过程中与超硅石榴石相关的地球动力学过程和出溶显微构造的成因机制等科学问题，为超深来源壳幔岩石的判定以及与折返过程相关的深部地球动力学过程奠定理论基础和实验约束条件。

含辉石出溶体的石榴石通常被认为是早期先存超硅石榴石在地幔深部分解的产物。超硅石榴石已经在很多天然岩石中发现，被认为代表了俯冲残余或来自200-300km以下的地幔物质。确认早期先存超硅石榴石的最可靠证据是寄主石榴石与定向辉石出溶体之间的强结晶学拓扑关系。然后，对如何鉴别辉石为出溶产物，特别是相对体积含量更大的粒间辉石的判定，一直没有系统研究和直接可靠的定量证据。为约束超过石榴石的分解过程，我们采用1000吨大压机进行了系统的高温高压实验。将80 vol.%石榴石和20 vol.%辉石的组分按橄榄岩体系中化合物比例均匀混合制成玻璃作为实验初始物质，在15 GPa和1400ºC的高温高压下合成均一的超硅石榴石(Si = 3.21, 20-30微米粒径)的样品，然后进行超硅石榴石的降压分解和出溶实验模拟研究和产物EBSD分析。研究结果表明：1）高压（>7GPa）下超硅石榴石的初始出溶为粒间辉石，粒内出溶为晚期的低压（<7GPa）出溶现象；2）粒间辉石的出溶主要出现在石榴石颗粒三联点和颗粒边界位置，与挪威超硅石榴石样品的粒间辉石出溶显微构造类似；3）粒间与粒内出溶辉石与石榴石之间存在有低角度偏差的晶格拓扑关系，与挪威天然岩石观测结果一致，说明(100)py // {112}grt, (010)px // {110}grt 和 (001)px // {111}grt结晶学拓扑关系是判断辉石出溶的标志性证据；4）在石榴石发生重结晶导致与辉石之间失去结晶学拓扑关系的情况下，具有相同结晶学方位的粒间辉石是判断早期超硅石榴石存在的重要标志。