大别山榴辉岩中复杂矿物组合脉的流体/熔体性质和元素迁移

本项目以大别造山带各种复杂矿物组合脉及其寄主榴辉岩为研究对象。在电子显微镜和背散射图像下进行细致的岩相学观察，综合应用电子探针测定矿物主要元素含量，(LA)-ICPMS分析主要矿物和富集特征微量元素副矿物以及全岩的微量元素组成，LA-MC-ICPMS同时测定锆石原位上的微量元素含量、U-Th-Pb和Lu-Hf同位素组成，配合矿物氢氧同位素组成和水含量分析以及锆石SHRIMP定年，深化对大陆碰撞造山带中变质流体/熔体性质和元素迁移行为的认识。主要解决科学问题包括：(1) 确认形成复杂矿物组合脉的流体/熔体性质；(2) 获得成脉过程中主微量元素(特别是流体不活动性HREE和HFSE)发生迁移的尺度和规模，探讨流体/熔体性质对超高压变质条件下元素地球化学行为的影响；(3) 获得复杂矿物组合脉形成的确切变质时代。

变质脱水和部分熔融是大陆碰撞造山过程中的两个重要过程，它们对俯冲带温压条件下板块界面上的元素迁移性质具有重要的研究意义。本项目通过对大别造山带不同类型变质脉及其寄主榴辉岩的显微岩相学观察，详尽的矿物主微量元素、氢氧同位素组成和水含量分析，锆石微量元素含量、U-Th-Pb和Lu-Hf同位素组成分析，以及锆石离子探针U-Pb和O同位素分析，进一步深化了对大陆碰撞造山带中变质流体/熔体性质和元素迁移行为的认识。主要的科学进展包括：(1) 通过对石英、蓝晶石、绿帘石以及多硅白云为主要构成矿物，并包含少量石榴石、金红石和锆石的复杂变质脉及其寄主榴辉岩的石榴石和绿帘石中原生多相固体包裹体的观察发现了，这些包裹体中包含石英±钾长石±斜长石±含钾质的玻璃，并且表现出不规则形状或负晶形，表明了脉形成的流体性质为多硅白云母分解所引起的含水熔体；而与之不同的是形成榴辉岩中包裹的纯石英脉的流体性质为含水矿物和名义上无水矿物降压脱水所形成的富水流体；(2) 复杂变质脉较之寄主榴辉岩显著富集多硅白云母和绿帘石，指示了成脉过程伴随LILE和LREE的迁移，脉中石榴石和金红石较之榴辉岩表现出更高的HREE和Nb-Ta含量，而且变质新生锆石在脉中显著富集，这些结果表明了成脉过程中不但水溶性LILE和LREE发生了迁移，而且非水溶性HREE和HFSE (Nb, Ta, Zr, Hf, Ti)均发生了显著的迁移；(3) 通过对脉中变质新生锆石的U–Pb定年制约了复杂变质脉的形成时代晚三叠纪的217 ± 2和210 ± 2 Ma。