深俯冲带流体活动中金红石特征研究与高温高压实验模拟

Abstract: Aim at effect of fluid on rutile during block subduction and exhumation, the project is proposed to study of retiles from differ subduction zone by fine mineralogy, crystal structure and retile reaction kinetics under the condition of high temperature and pressure by in situ synchrotron μ-FTIR spectroscopy and X-ray diffraction using DAC. We try to discuss some scientific problems as follows: A. stability domain of rutile, especial its HP polymorph and changes of OH in the crystal lattice and its dynamic mechanism under high temperature and high pressure; B. the effect of differ polymorphs on solubility of OH in the rutiles; C. the effect of protolith and fluid property on retiles, the coupling relationship among substitution of trace elements, the crystal structure and its solubility of the rutiles, and determine role of rutile in the trace element and the water cycle in the subduction zone, so as to better understanding the dynamics process of the evolution of trace element geochemistry and the water cycle in the crust-mantle.

针对板块俯冲和折返过程中流体对金红石效应作用，本项目拟以洋壳和陆壳俯冲带中金红石为研究切入点，综合运用变质岩石学、精细矿物学、晶体结构理论和方法，结合DAC、同步辐射微束X-ray、同步辐射微束红外光谱技术通过原位高温高压，模拟金红石在俯冲带环境中结构稳定性及水的溶解度：即晶体结构稳态-亚稳态-相变-再平衡的反应动力学实验研究。拟解决：A-高温高压下金红石晶体结构的稳定域，特别是高压相的同质异像体，OH在晶格中的变化及其动力学机制；B-不同的金红石同质异像体矿物对矿物中OH赋存类型有何影响？C-原岩类型、流体性质对金红石的效应作用，矿物中微量元素的载入与晶体结构及其溶解度的关系，精确厘定金红石晶体结构及其水的溶解度和微量元素扩散特征、及与物理化学稳定性的相互关系与规律，确定俯冲带中金红石在微量元素地球化学和水循环中作用，从而更好地理解壳-幔演化的微量元素地球化学和水的循环动力学过程。

针对板块俯冲和折返过程中流体对金红石效应作用，本项目以俯冲带中金红石为研究切入点，综合运用DAC、同步辐射XRD、IR技术模拟金红石在俯冲带环境中结构稳定性及水的溶解度的反应动力学实验研究。开展了以下研究工作：（1）分别对来自大别超高压变质带中硬玉石英岩、西天山高压变质带中榴辉岩、西藏直白地区麻粒岩中金红石开展了原位室温高压、高温高压条件下的拉曼光谱实验研究工作。（2）对布鲁克Vertex 70v真空型红外光谱仪进行了拓展，构建了一套水平红外光路系统，并与外加温的温控系统、红宝石测压系统联用，适用于高压、高/低温测量的傅立叶变换红外显微系统，从而真正实现在原位条件下观察与研究地球内部物质的性质和结构特征的实验平台。（3）通过对西南天山四个榴辉岩/蓝片岩及其脉体详细的岩相学、微观结构和地球化学调查，揭示了其中黄铁矿具有4个不同的产状（Py1- Py4），黄铁矿硫同位素δ34S值的范围从-24.7‰至+13.2‰。探讨并为了解俯冲带内的硫循环提供了依据：黄铁矿记录了在俯冲和折返过程中，由下行板块的脱水反应所驱使的具有独特硫同位素组成的流体在周围的岩性中引起交代作用。 (4) 利用新建的微区物质定量-分子结构测试平台扫描电镜-拉曼光谱联机（RISE）系统对地学中3 个较为典型样品进行了测试分析：对绿帘石中元素分布特征、OH-行为的观察，解读其晶体结构；对柯石英、石英共存体系进行同质多象的厘定，为探究柯石英-石英相变过程提供依据; 对高压/ 超高压变质带富硫化物高压脉体黄铁矿中包裹体进行分析，探讨俯冲带中S 元素的赋存形式。展示了RISE技术及其功能、及其应用潜力。