CCSD主孔榴辉岩中重晶石成因及对大陆俯冲带流体演化的指示意义

流体活动是超高压变质带研究的前沿课题，中国大陆科学钻探（CCSD）所在的大别-苏鲁造山带是大陆俯冲型的超高压变质带，流体工作已取得一定成果，但仍存在一系列问题：流体标志性矿物的研究被忽略、角闪岩相阶段流体成因说存在分歧、氧逸度讨论缺乏系统性等。流体标志性矿物-重晶石以副矿物形式出现于CCSD主孔榴辉岩的峰期超高压-早期退变质-角闪岩相退变质阶段。对榴辉岩中重晶石的成因研究可以系统获得大陆俯冲-折返过程中相关流体的来源、年代学及氧化还原环境的演化信息。重晶石Sr同位素示踪方法将是变质地质学领域的新尝试，对重晶石进行原位Sr同位素分析可明确不同变质阶段流体的来源，同时帮助解决角闪岩相阶段退变流体的"内部脱水"和"外部渗透"成因说之争；含重晶石的锆石年代学分析可以准确确定重晶石相关流体活动的年龄；从峰期到退变质阶段，重晶石与硫化物的共存关系可以帮助系统地判定陆壳俯冲折返时流体氧逸度的变化。

本项目以苏鲁超高压变质带CCSD主孔岩芯含重晶石榴辉岩为研究对象，在详细的岩石学、矿物学、地球化学研究基础上，摸清了0-3000m主孔岩芯榴辉岩中重晶石副矿物的产状、世代及矿物化学特征，完成了重晶石原位Sr同位素示踪方面的初步尝试，并对部分重晶石进行了LA-ICP-MS原位Sr同位素测试，获得了超高压榴辉岩相变质阶段-高压退变质榴辉岩相阶段-角闪岩相退变质阶段部分重晶石的87Sr/86Sr数据。根据不同变质阶段重晶石与硫化物的成因矿物学研究，获得了板片俯冲折返过程中氧化还原环境系统变化的特征。鉴于锆石中难以发现重晶石包裹体且找寻成效缓慢，重晶石相关流体的定年工作目前尚未获得确切成果。此外，为获得更多的研究样本，又对钻孔周围榴辉岩和高压-超高压脉体中的重晶石展开矿物学研究做为补充。. 本研究取得的成果为：大别-苏鲁超高压变质带在俯冲折返过程中与重晶石有关的流体存在广泛，此流体沉积形成重晶石的体积较小，多数以固体包裹体形式存于石榴石中，少数存于基质中；流体中Sr含量与压力呈正相关，即在超高压变质阶段Sr含量最高且较稳定，在折返过程中Sr含量逐渐下降；板片折返过程中从超高压变质阶段—榴辉岩相退变质阶段—角闪岩相退变质阶段，流体具有氧化-还原-氧化的性质；深俯冲超高压变质阶段流体为壳幔混合来源，越接近地表越受地表流体影响，在角闪岩相变质阶段流体主要为外部渗透来源。此外，通过对CCSD所在地周围榴辉岩及其中高压-超高压脉体的岩相学和矿物学研究，进一步证明了与重晶石有关流体存在的广泛性，其不同的赋存形式为进一步研究高压-超高压变质流体的来源及氧化还原性质奠定了基础。