地幔橄榄岩蛇纹石化过程中的元素活动性和Mg同位素行为

Serpentinization of mantle peridotite is an important process for geodynamics and element recycling in subduction zones, arc magmatism, and even for the evolution of life. However, it still remains highly controversial on the mobility and fractionation of major and trace elements during serpentinization. Furthermore, little is known on the Mg isotope behavior and its controlling factors during this process. To address these questions, this project will carry out a detailed petrological and geochemical study for fresh peridotite, serpentinized peridotite, serpentinite and serpentinization-related rodingite from ophiolites at Xigaze, southern Tibet. The combined petrological and geochemical analyses will be used to elucidate the mobility of such elements, and provide constraints on the temperature and fluid composition during serpentinization. On this basis, we will systematically unravel the Mg isotope composition of whole-rock and minerals, elucidate the controlling factors for Mg isotope fractionation during the serpentinization of mantle peridotite. Furthermore, we will provide key constraints on understanding of the process and mechanism of Mg isotope variations in mantle sources.

地幔橄榄岩的蛇纹石化过程对俯冲带地球动力学和元素再循环、岛弧岩浆作用甚至生命演化都具有重要意义。然而，目前对地幔橄榄岩在蛇纹石化过程中主微量元素的迁移和分异特征的认识存在很大争议，对这个过程中Mg同位素分馏行为及其控制因素的认识仍然非常有限。针对这些问题，本项目拟主要对西藏南部日喀则蛇绿岩中的新鲜橄榄岩、蛇纹石化橄榄岩、蛇纹岩和蛇纹石化过程相关的异剥钙榴岩进行系统的岩石学和地球化学研究。紧密结合岩石学和地球化学分析，揭示蛇纹石化过程中元素的迁移行为，限定蛇纹石化发生的温度以及流体组成特征。在此基础上，系统查明全岩和矿物的Mg同位素组成，明确揭示地幔橄榄岩蛇纹石化过程中Mg同位素分馏的控制因素，为探讨地幔源区Mg同位素组成变化的过程和机制提供关键依据。

地幔橄榄岩的蛇纹石化过程对俯冲带地球动力学和元素再循环、弧岩浆作用甚至生命演化都具有重要意义。针对地幔橄榄岩在蛇纹石化过程中主微量元素的迁移分异和Mg同位素分馏行为这个科学问题，我们选取喜马拉雅造山带日喀则路曲蛇绿岩中橄榄岩、蛇纹岩以及相关的玄武质岩石进行了深入研究。在详细的岩相学观察基础上，进行了系统的岩石学和地球化学分析，具体包括：全岩主微量元素和H-O-Sr-Nd-Mg同位素分析，矿物主微量元素和红外光谱分析，橄榄岩和蛇纹岩样品的矿物氧同位素分析，玄武质样品中锆石U-Pb定年、微量元素和Hf-O同位素分析等。这些结果进一步制约了日喀则蛇绿岩中橄榄岩来自于亏损的洋中脊地幔，并在俯冲起始过程中经历了含碳流体和水流体的交代作用；查明了橄榄岩蛇纹石化过程中Mg和大离子亲石元素发生了显著迁移，制约了蛇纹石化发生在洋底环境，查明该过程中Mg同位素显著升高，分馏程度主要受控于蛇纹石化温度；揭示了玄武质岩石地幔源区极其不均一并探讨了该源区的可能形成过程和机制。作为对蛇纹岩研究的拓展和对比，同时研究了阿尔卑斯造山带蛇纹岩流体交代相关样品，制约了蛇纹石化和蛇纹岩脱水过程中Mg同位素等金属稳定同位素的分馏行为，揭示了蛇纹岩流体在俯冲带地球化学循环过程中的作用。这些成果丰富了橄榄岩蛇纹石化以及俯冲带蛇纹岩行为的研究内涵。在国内外主流刊物发表学术论文6篇，其中第一或通讯作者SCI论文5篇(含共同通讯作者论文1篇)。另有2篇相关论文在投稿中。研究成果多次在国内外学术会议上进行了交流。毕业两名博士生，目前有两名博士研究生在读，两名硕士研究生在读。本人2018年获得了中国科学院青年创新促进会优秀会员，2020年获得了中国矿物岩石地球化学学会侯德封青年科学家奖。