陆壳岩石超深(>9GPa)俯冲、折返及其深熔作用

Taking the preliminary studies on stishovite (St) pseudomorph and microstructures of the UHP rocks from the South Altyn and the felsic gneiss from the North Qinling with a peak metamorphic pressure (>10GPa) in the stishovite stability field as a starting point, a combined study of field geology, mineralogy, petrology, geochemistry, geochronology and mineral inclusions will be carried out on the UHP rocks, widespread gneisses, igneous rocks and their dykes from the Altyn Tagh, the North Qaidam and the North Qinling. The purposes of this proposal are: 1) to search for petrological evidence for anatexis and ultra-deep (> 9 GPa) subduction; 2) to ascertain the distribution, mineral assemblage of protolith and metamorphic P-T-t evolution path of deep subducted continental slabs; 3) to characterize behaviour and scale of partial melts produced by anatexis of deep subducted continental rock within the St and the coesite (Coe) stability fields by comparing geochemical affinity of run products of high pressure and high temperature (HT/HP) partial melting experiments to those of natural UHP rocks and relevant igneous rocks; 4) to provide key constraints on the exhumation mechanism of deep subducted continental felsic rocks by heating-induced transition from St to Coe.

本项目拟以南阿尔金新发现和确定的超高压岩石中斯石英显微结构和斯石英假象、以及峰期变质压力(>10GPa)位于斯石英稳定域的北秦岭长英质片麻岩的初步研究为切入点和突破口，以这些岩石与阿尔金、柴北缘和北秦岭HP-UHP带中广泛发育的片麻岩和相关的深熔脉体和部分火成岩为重点研究对象，开展精细的野外地质、岩石学、矿物学、地球化学、同位素年代学和矿物包裹体的研究，进一步寻找区内超深(>9GPa)俯冲的岩石学及其经历深熔作用的证据，确定超深俯冲陆壳岩片的分布规律、原岩组合性质及其变质演化P-T-t 轨迹；开展高温高压部分熔融实验产物与天然超高压岩石和相关深熔脉体或火成岩三者地球化学亲缘性对比研究，揭示超深俯冲陆壳岩石折返过程中对应斯石英与柯石英两个稳定域发生部分熔融产生的熔体的性质、行为和规模，为充实和完善加热导致斯石英相变为柯石英是启动超深俯冲长英质陆壳岩石折返的第一驱动力的折返机制提供关键的约束。

本项目通过细致野外地质、矿物学、岩石学、地球化学和同位素年代学研究结合高温高压实验模拟，取得如下创新性研究成果：.（1）首次在南阿尔金超高压榴辉岩中发现斯石英副象，重新厘定南阿尔金石榴辉石岩中石榴石出溶单斜辉石和北秦岭长英质片麻岩中石榴石出溶石英指示的峰期压力为9～10 GPa，俯冲深度达斯石英稳定域（～300 km）；结合以前的研究，提出陆壳俯冲到斯石英稳定域地幔深度再折返地表的现象可能更普遍，岩石类型更多样。 .（2）依据高温高压实验研究，明确SiO2饱和体系中石榴石超硅的最小压力为≥9～10 GPa的斯石英稳定域，为识别陆壳岩石俯冲到斯石英稳定地幔深度的研究提供了新的借鉴和思路。.（3）首次提出加热使斯石英相变为柯石英引起的密度减小是超深俯冲到斯石英稳定域长英质陆壳岩石折返的主要驱动力，合理解释了超深俯冲陆壳岩石的折返机制。.（4）首次在北秦岭斜长角闪岩和南阿尔金榴辉岩中发现柯石英包裹体，为两个造山带经历超高压变质作用提供了进一步的矿物学证据。.（5）高温高压实验研究揭示，长英质陆壳岩石在柯石英稳定域熔融产物是富钾花岗质熔体，在斯石英稳定域则为富钾质安山质-基性（甚或超基性）熔体，为揭示深-超深俯冲陆壳岩石折返过程中产生熔体的性质、行为提供了关键的实验岩石学依据。.（6）在北秦岭和南阿尔金识别出大量退变榴辉岩，建立了HP-UHP岩石的P-T-t演化轨迹；查明了两地HP-UHP地体中深熔脉体的期次及其与深俯冲陆壳折返过程相关的岩浆岩之间的成因联系。.（7）论证提出北秦岭HP-UHP岩石是商丹洋向北俯冲拖曳南秦岭在约500Ma发生陆壳深俯冲作用的产物；北秦岭HP-UHP岩石在中泥盆世已折返地表遭受剥蚀，早古生代造山作用至此已经结束；秦岭群是一俯冲碰撞杂岩带而不是一个岩石地层单元或微陆块。.（8）首次在柴北缘识别出多种具有洋壳属性且经历了新元古代角闪岩相和早古生代超高压榴辉岩相两期变质的榴辉岩，探讨了柴北缘从中元古代格林威尔大洋发育到碰撞造山，以及早古生代从大洋俯冲到大陆深俯冲及折返的多旋回造山演化过程。