大陆碰撞造山带地壳深熔作用：锆石水含量和地球化学研究

Compared to extensive studies of metamorphic fluid in continental collision zones, little attention has been paid to crustal anatexis during continental collision. Migmatites and pegmatites are hosted by UHP metamorphic rocks in the Dabie-Sulu orogenic belt, in which felsic veins and veinlets are products of crustal anatexis. This allows to establish a petrogenetic link between ultrametamorphism and granitic magmatism. This project will not only carry out petrographic observations, melt inclusions within minerals, mineral/whole-rock major and trace elements, zircon U-Pb dating and trace element analyses, but also focus on the anatectic zircon and other minerals using IR spectra and SIMS to obtain their water contents and H-O isotopes. The results are used to resolve the following scietific questions: (1) the difference in water contents between anatectic zircon and relict magmatic zircon, quantifying the water content in anatetic melt; (2) the relationships between water contents and trace element mobility for both anatectic melt and magmatic melt; (3) the origin of anatetic melt and its transport and evolution in response to different metamorphic P-T conditions.

前人对大陆碰撞造山带变质流体活动进行了广泛研究，但是对地壳深熔作用的认识还非常有限。大别-苏鲁造山带不同类型超高压变质岩中出露的混合岩和伟晶岩，其中不同大小的长英质脉体是造山带地壳深熔作用的产物，构成了研究超变质作用与花岗岩成因之间内在联系的纽带。本项目拟在常规岩石地球化学分析基础上(包括岩相学观察、熔体包裹体鉴定、矿物/全岩主微量元素分析，锆石包裹体、U-Pb定年和微量元素)，重点针对深熔成因锆石进行红外光谱和离子探针水含量和氢氧同位素分析，以期解决下列科学问题：(1) 获得地壳深熔熔体的水含量，进行深熔锆石与残留岩浆锆石水含量对比；(2) 深熔熔体和岩浆熔体中水含量与微量元素之间的相关性；(3) 深熔熔体的来源及其在不同变质温压条件下的迁移和演化。

大陆深俯冲带中出露的混合岩和伟晶岩是俯冲板片发生深熔作用的见证，是示踪熔/流体活动的最佳研究对象。本研究选取大别-苏鲁造山带中各种类型的深熔岩石及其围岩，通过全面开展锆石的水含量和氢氧同位素以及配套的各项微区微量地球化学分析，获得了深熔熔体的水含量和微量元素组成信息。该项目的关键点在于利用离子探针技术分析锆石中的微区水含量首先需要有已知水含量的锆石标样，用来标定仪器的基质效应。目前已取得的科学进展如下：(1) 明确了离子探针技术进行锆石水含量和氢同位素分析的标准流程，特别是采用金属制靶技术和延迟样品在交换气阀内的时间；(2) 利用活塞圆筒压机获得了1-3 GPa和1200-1400 oC条件下不同水含量的锆石标样，为广泛开展离子探针技术分析各种类型的锆石水含量打下夯实的基础；(3) 超高压变质岩中由富水溶液和深熔含水熔体混溶的超临界流体作用形成的淡色脉中锆石的U-Pb和Lu-Hf同位素以及微量元素分析结果表明，成脉过程中Hf和Zr发生了显著的迁移，并且Hf同位素达到均一化，新生锆石中Hf源自原岩锆石的差异溶解；(4) 利用相互垂直的偏振红外光分析任意取向的立方体在三个轴向上的水含量，准确获得单颗粒绿辉石晶体的水含量，进而探讨了绿辉石在颗粒之间和颗粒内部可能存在的水含量不均一性，辅以TC/EA-MS得到的绿辉石全水含量，从而定量探讨绿辉石中其它种型的含水杂质对全水含量的贡献及其对板块折返过程脱水作用产生变质流体和深熔熔体的影响。