大洋俯冲带含水方辉橄榄岩高温高压实验研究及其地球动力学意义

Harzburgite is generally accepted as an important part of subducting slabs, certain amounts of water are usually contained in harzburgite due to serpentinization. The harzburgite materials that transported into earth’s interior can results in composition and temperature heterogeneities in the deep mantle, and also have close relations with water circulations between earth’s surface and interior. Under eastern China, the Pacific oceanic lithosphere has been subducting deep into the mantle and bring significant effects on the structure and physical properties therein. In the present study, we proposed to conduct high pressure and high temperature experiments on hydrous harzburgite, to explore the following two issues: (1) The effect of stagnant slabs on the mineralogy and velocity structures of the mantle transition zone beneath eastern China. (2) The amount of water that transported into deep mantle through western Pacific subducting slab. Then, combining geophysical studies provide constraints on the physical origins of the complex velocity structures under eastern China.

方辉橄榄岩是大洋岩石圈的重要组成部分，由于蛇纹石化作用，方辉橄榄岩中常含有一定量的水。通过俯冲作用进入地幔深部的方辉橄榄岩不但会改造地幔的化学成分和物理性质，还与地表-地幔深部物质（特别是水）循环等一系列地球动力学问题密切相关，具有重要的地球动力学意义。在中国东部，太平洋板块向西俯冲进入中国大陆下部，这对中国东部地幔的结构和性质产生了很大影响，并可能与华北克拉通破坏有关。本项目，拟通过对含水方辉橄榄岩进行系统的高温高压相变实验研究，获得其在俯冲带条件下的相关系和水输运能力，探讨滞留板块对中国东部地幔转换带物质组成和速度结构的影响以及西太平洋俯冲板块的水输运能力。并结合地球物理深部探测成果，为解释中国东部地幔转换带的复杂速度结构提供高温高压实验方面的约束数据。

方辉橄榄岩是大洋岩石圈的重要组成部分，由于蛇纹石化作用，方辉橄榄岩中常含有一定量的水。通过俯冲作用进入地幔深部的方辉橄榄岩不但会改造地幔的化学成分和物理性质，还与地表-地幔深部物质（特别是水）循环等一系列地球动力学问题密切相关，具有重要的地球动力学意义。在中国东部，太平洋板块向西俯冲进入中国大陆下部，这对中国东部上地幔和地幔转换带的速度结构和性质产生了很大影响，并可能与华北克拉通破坏有关。本项目主要包括两个方面的研究内容：（a）俯冲带含水方辉橄榄岩的高温高压实验研究，（b）地幔转换带滞留含水方辉橄榄岩部分熔融实验研究。通过系统的实验研究，取得如下两点认识：（I）脱氢氧化作用可以在橄榄石中形成氧化铁出熔体（P>6 GPa，T=800 oC），这意味着橄榄石中的富铁氧化物包裹体不能作为岩石超深（>400 km）来源的标志，只需要含水和中等深度条件就可以形成；研究结果还表明，橄榄石中的富铁氧化物包裹体包含了大陆碰撞造山带构造演化过程的重要信息，值得进一步研究。（II）地幔转换带滞留大洋岩石圈物质在温度超过约1300-1400 oC时能够发生部分熔融能够，产生富水熔体，富水熔体的密度较低（比正常地幔低~1-1.2 g/cm3），能够在浮力的作用下上升至浅部，从而对岩石圈软化做出贡献，有利于华北克拉通岩石圈的减薄；同时，上升至地幔浅部的富水熔体能够交代周围地幔，被交代的地幔橄榄岩通过部分熔融作用，可以为陆内岩浆活动做出一定的贡献（比如长白山火山），由此可见地幔转换带滞留板块部分熔融作用和中国东部大地幔楔的形成具有密切联系。