柴北缘超高压变质带蛇纹岩的岩石学和地球化学研究

Dehydration of serpentinites in subduction zone plays an important role in the genesis of arc magmas. However, knowledge about the metamorphic evolution and element behavior of serpentinites during ultrahigh-pressure metamorphism is still lacking. Therefore, this project will initiate a comprehensive petrological and geochemical study on serpentinites from the ultrahigh-pressure metamorphic North Qaidam orogen, northeastern Tibet. Systematic analyses for whole-rock/mineral element and isotopic compositions will be carried out, in order to retrieve the protolith nature of the serpentinites and reconstruct the petrological evolution of the serpentinites from seafloor serpentinization to subduction zone metamorphism. And on this basis, distribution of trace elements between the serpentinite minerals will be checked, and the property of fluid inclusions will be investigated. Moreover, it is essential to clarify whether there is fluid interaction between the serpentinites and their country gneisses. Finally, it is expected that these results will give new insights into the role of serpentinites in subduction zone fluid activity and element transfer.

俯冲带蛇纹岩的脱水分解及伴随的元素释放在岛弧岩浆的形成过程中起到了重要的作用。然而，目前对蛇纹岩在超高压变质过程中的变质演化和元素行为还存在着认识上的不足。本项目拟对青藏高原东北缘柴北缘超高压变质带中的蛇纹岩及相关岩石进行详细的岩石学和地球化学研究。通过系统的全岩/矿物元素及同位素分析，恢复蛇纹岩的原岩性质和蛇纹岩从洋底蛇纹石化到俯冲带变质的岩石学演化过程。在此基础上，查看微量元素在蛇纹岩矿物之间的分配，分析蛇纹岩中流体包裹体的性质和成分，探明围岩片麻岩和蛇纹岩之间是否有流体相互作用。依据这些结果，对蛇纹岩在俯冲带流体活动和元素迁移等过程中的作用有新的认识。

蛇纹岩在俯冲带流体活动和元素迁移过程中起到了重要作用。本研究就对柴北缘超高压变质带和北祁连弧前蛇绿岩中的蛇纹岩及相关橄榄岩进行了详细的岩石学和地球化学研究。柴北缘蛇纹岩保留了良好的海底蚀变结构，其原岩为深海方辉橄榄岩（橄榄石Mg#为~0.90）。叶蛇纹石蛇纹岩和利蛇纹石蛇纹岩的d18O分别为4.0-4.5‰和0.6-2.7‰，分别反映了洋底高温蚀变和大气降水重置。在俯冲变质时，叶蛇纹石和利蛇纹石发生分解分别形成了Mg#为0.93-0.96和0.76-0.87的变质橄榄石。两类蛇纹岩差异的元素特征和Sr同位素组成表明U等元素在洋底蚀变时得到富集，而Cs、Li、Rb和Ba等元素在和沉积物流体作用后得到进一步富集并在叶蛇纹石分解时发生释放。北祁连蛇纹岩原岩包括方辉橄榄岩、高Cr纯橄岩和高Al纯橄岩，其尖晶石Cr#分别为0.61-0.74、0.73-0.84和0.37-0.39。蛇纹石化时蛇纹岩微量元素组成无显著变化，而碳酸盐化时其微量元素含量全面提高。上述三类岩石的d56Fe分别为-0.055 ± 0.029‰ ~ 0.056 ± 0.030‰、-0.004 ± 0.034‰ ~ 0.083 ± 0.064‰和-0.173 ± 0.017‰ ~ 0.173 ± 0.057‰。蛇纹石化和碳酸盐化过程因流体中Fe活动性有限而不造成显著Fe同位素分馏，而高Cr纯橄岩因熔体反应的动力学扩散具有较大d56Fe变化。北祁连方辉橄榄岩的橄榄石中存在三类发生了原位蛇纹石化和甲烷合成的流体包体。第一类原生流体包体记录了相对高温下的叶蛇纹石化和甲烷合成过程。第二类次生流体包体的蛇纹石化和甲烷合成发生在利蛇纹石稳定的较低温度。第三类次生流体包体和第二类流体包体分布类似，但是高的ƩCO2含量促进了叶蛇纹石的稳定并降低了甲烷产率。总体而言，本研究加深了对蛇纹岩从洋底/弧前蚀变到俯冲带埋藏过程中变质演化和元素行为的认识。