中国南天山榆树沟麻粒岩-超基性岩杂岩体中蛇纹岩岩石学与高压实验研究

Serpentinite in subduction zone plays a crucial role in understanding the earth’s dynamic process and is an important link to the crust-mantle water and material cycle, therefore is hotly studied in the recent decades by international researchers. This project mainly focus on petrological, geochemical studies and high-pressure experiments on the serpentinite from Yushugou granulite-peridotite complex, Chinese southern Tianshan. We will carry out Phase Equilibria Calculation on serpentinite by using Perplex software, and combined with geothermobarometers, in order to obtain their peak metamorphism condition and P-T path. Furthermore, we will carry out high pressure experiments, in order to study the changes of serpentine (chrysotile, lizardite, antigorite) in structure, composition and water content under different temperature and pressure conditions. Based on the previous research, this project will further contribute to the discussion about the origin of the Yushugou serpentinite, and be the key role in understanding the behavior of hydrous minerals in subduction zone and water cycle in the deep mantle.

俯冲带蛇纹岩是近几十年来国际研究的热点，其深部脱水影响地幔动力学机制及壳幔水和物质循环。本申请拟对南天山榆树沟麻粒岩-超基性岩杂岩体中的蛇纹岩进行系统的岩石学、全岩和矿物化学以及高压实验岩石学的综合研究。利用Perplex软件对蛇纹岩进行相平衡模拟，结合矿物温压计，确定其峰期变质条件和P-T演化轨迹；通过对榆树沟蛇纹岩中的三种蛇纹石多型（纤蛇纹石、利蛇纹石、叶蛇纹石）进行高压实验，探索随着温度压力的变化，蛇纹石的结构、成分以及水含量的变化。在前期研究基础上，本课题的研究将有助于讨论南天山麻粒岩-超基性岩杂岩体中的蛇纹岩的构造归属问题，并对认识俯冲带深部含水矿物行为和研究地幔深部水循环问题有重要意义。

蛇纹岩在地球动力学研究中起着至关重要的作用，然而蛇纹岩因其简单的矿物组合、蛇纹石矿物宽泛的稳定范围而使得判断蛇纹岩类岩石是否经历过高级变质作用以及确定其变质 P-T 演化轨迹成为一个难题。本项目对南天山榆树沟麻粒岩-超基性岩杂岩体中的蛇纹石化橄榄岩及其中的辉长岩脉进行了系统的岩石学、地球化学、相平衡模拟以及锆石U-Pb年代学等方面的研究。结果表明橄榄岩单元中的变辉长岩脉形成时代为400.5 ± 6.2 Ma，经历了~270Ma的麻粒岩相变质作用；相平衡模拟表明其经历的温压条件为4.2-6.9 kbar，940-1070 ℃；地球化学特征表明其可能形成于大洋底环境。蛇纹石化橄榄岩的矿物组合为橄榄石+斜方辉石+单斜辉石+尖晶石+蛇纹石+磁铁矿，岩相学以及地球化学研究表明，其可能来源于大洋底，通过原生残留矿物计算的温度结果表明其原岩形成温度为952-1068 ℃。岩石学研究表明变辉长岩脉和橄榄岩之间为侵入接触关系，表明两者在后期经历了相同的变质作用，因此我们推断橄榄岩和变辉长岩脉共同经历了~270 Ma高温麻粒岩相变质作用。此外，我们运用红外光谱对榆树沟高压长英质麻粒岩中的名义上不含水矿物石榴石进行了水含量研究，结果表明板块俯冲作用过程中，名义上无水矿物石榴石也是一个重要的水载体，可以将地表水带入地幔深处。