大别山富电气石超高压榴辉岩和高压脉体的形成及其对俯冲带深部硼迁移的制约

The tourmaline-rich UHP eclogites, HP tourmaline-quartz veins, and their wall-rock parametamorphic rocks from the Pailou-Hengzhong areas in the Dabieshan metamorphic terrane record important imformation on the multi-stage B-rich fluid activities in the subducted slab and B transfer and cycling in a deep subduction zone. In this project, we plan to carefully investigate these HP-UHP rocks and multiple textural types of tourmaline by mineralogical, petrological, geochemical, and chronological studies. We want to constrain (1) the formation and metamorphic evolution of the tourmaline-rich HP-UHP rocks; (2) the genesis, P-T conditions, time and significance of the multiple types of tourmaline; (3) the origin, chemical signature, isotopic composition, and evolution process of the multi-stage B-rich fluids in the HP-UHP rocks; (4) B transfer behavior and process during the interactions between the subduction-zone fluid and eclogite. These studies will provide key scientific data to elucidate the fluid behavior, light element transfer, and B isotopic variation in deep subduction zones.

出露于大别山牌楼—横中地区的富电气石超高压榴辉岩、高压电气石—石英脉体以及它们的围岩副变质岩记录了深俯冲板片中多期次富B流体活动和俯冲带深部B迁移和循环的重要信息。本项目拟对这些高压－超高压岩石及其中发育的多种结构类型的电气石进行深入的矿物学、岩石学、地球化学和年代学研究。以确定（1）大别山富电气石高压—超高压岩石的形成过程和变质演化历史；（2）不同结构类型电气石的成因机制、稳定温压条件、形成时代和岩石学意义；（3）高压—超高压岩石中不同期次富B流体的起源、成分特征、同位素组成和详细演化历史。（4）俯冲带流体—榴辉岩反应过程中B的迁移规律和过程。上述科学问题的研究将为准确阐述俯冲带深部流体行为、轻元素迁移和B同位素组成变化提供关键的科学依据。

本项目对大别变质带中含电气石的超高压榴辉岩、脉体和大理岩以及相关退变质岩石进行了详细的矿物学、岩石学和地球化学综合研究。通过细致的野外考察、岩相学、矿物和全岩成分、Sr-Nd同位素、电气石原位硼同位素、微区年代学、元素迁移计算、热力学模拟计算和流体-矿物同位素分馏计算等研究，详细系统调查了不同岩石中电气石的产出结构、形成条件、成分特征和同位素组成，确定了含硼流体的起源、形成机制和过程，探究了硼在俯冲带水/岩相互作用中的行为和大陆俯冲带硼循环过程。项目取得的重要成果如下：（1）在大别超高压变质带首次报道含电气石榴辉岩。这也是全球首例产出于大理岩中的电气石榴辉岩。（2）揭示榴辉岩-脉体中高压电气石由富硼流体交代形成，流体起源于围岩不纯大理岩；交代作用导致榴辉岩显著富集碳、大离子亲石元素和轻稀土。（3）电气石显著富集11B，具有不同于典型大陆地壳物质的硼同位素组成，揭示超高压大理岩是大陆俯冲带重硼储库，其在汇聚板块边界的脱硼和再循环过程可显著改变地幔楔及衍生岩浆的硼同位素组成。（4）查明超高压变质沉积物中白云母分解的岩石学过程及其对硼迁移的制约。定量确定白云母分解可导致其赋存的>90%的硼释放。提出多硅白云母在折返过程中两次硼释放过程。（5）通过对榴辉岩和脉体中高压和低压金红石的对比研究，揭示了俯冲大陆板片在折返过程中氧逸度显著升高。.通过本项目的研究，发表第一/通讯作者论文5篇，其中Nature index 论文两篇。发表在矿物学权威期刊《American Mineralogist》的论文被杂志遴选为“亮点与突破论文”。鉴于上述研究成果，项目主持人获得2020年度“侯德封矿物岩石地球化学青年科学家奖”。