洋壳和陆壳俯冲成因高压-超高压变质岩矿物水含量和氢氧同位素对比研究

矿物水含量和稳定同位素组成是研究变质岩原岩性质、变质流体来源、流体-岩石相互作用程度和板块俯冲-折返动力学过程的有效工具。本项目拟以北祁连山和柴北缘的高压-超高压变质岩为主要研究对象，采用显微傅立叶变换红外光谱技术、连续流质谱技术和激光氟化法氧同位素分析技术等，对各种变质岩中名义上无水矿物和含水矿物进行水含量和氢氧同位素分析，配合岩相学观察以及矿物微区元素分析，制约北祁连山和柴北缘高压-超高压变质岩的原岩性质、流体演化历史和形成的地球动力学机制。通过系统测定变质岩中名义上无水矿物水含量，了解俯冲带名义上无水矿物的水储存能力以及对板块俯冲和折返的影响。通过系统测定洋壳和陆壳俯冲成因高压-超高压变质岩中矿物的水含量和氢氧同位素组成，对比洋壳和陆壳俯冲带流体活动，深入认识地壳俯冲带流体活动。

以北祁连-柴北缘造山带各种类型高压-超高压变质岩为主要研究对象，结合大别-苏鲁造山带超高压变质岩，开展了系统的全岩元素和Sr-Nd同位素分析、矿物氢氧同位素和水含量分析、矿物包裹体和主微量元素分析以及综合的锆石学研究。结果发现北祁连折返的洋壳镁铁质榴辉岩和蓝片岩原岩是弧后盆地玄武岩，说明弧后盆地玄武岩像大洋玄武岩一样也能被卷入俯冲带发生变质作用形成榴辉岩，同时发现洋壳俯冲带变质过程中流体活动具有局部来源的特点。区分和证实了柴北缘造山带同时存在有洋壳和陆壳两种类型榴辉岩，发现陆壳榴辉岩是由新元古代大陆镁铁质岩石变质形成，洋壳榴辉岩由大陆俯冲之前的原岩年龄为寒武纪的洋壳镁铁质岩石变质形成；发现两类榴辉岩具有一致的榴辉岩相变质年龄指示折返的洋壳榴辉岩是从俯冲洋壳拆离下来而被折返的陆壳带到地表的。因而柴北缘造山带洋壳和陆壳类型榴辉岩的共存揭示了早古生代洋壳俯冲到大陆碰撞的构造转换。建立了富水流体和含水熔体生长锆石的区分和判别指标。发现深俯冲大陆地壳在折返过程中不同岩性岩石都发生了深熔作用，它们具有不同的深熔行为和深熔熔体组成。超高压变基性岩深熔作用主要由加水熔融导致，而超高压片麻岩的深熔作用则主要由云母的脱水熔融导致。不同岩性岩石所产生的深熔熔体组成受深熔作用中矿物的分解和保存控制。发现深俯冲大陆板片不同部位由于热结构差异会发生差异的熔流体活动行为，俯冲板片顶部在俯冲过程中由于上覆地幔楔的加热能在俯冲过程中发生深熔作用，俯冲板片内部则在深俯冲陆壳折返过程中由于升温或等温降压作用而发生脱水熔融作用。发现深俯冲陆壳折返过程中榴辉岩相和角闪岩相流体活动分别以隧道式和弥散式为主且具有不同的流体组成。发现深俯冲陆壳折返过程中释放的不同性质流体会不同程度交代上覆地幔楔橄榄岩进而改变地幔楔的矿物和化学组成。