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石榴石和鋯石中O同位素環(huán)帶——對俯沖帶變質(zhì)流體的記錄

來源:南京濱正紅儀器有限公司   2019年12月19日 15:31  

俯沖帶俯沖物質(zhì)的化學(xué)和機(jī)械混合對于俯沖帶地殼的形成和地球化學(xué)特征具有重要的意義。前人曾提出俯沖帶混雜巖的部分熔融是形成島弧巖石地球化學(xué)特征的重要原因。但也有研究顯示俯沖沉積巖熔融形成的火成巖鋯石中仍然能保留*的O同位素組成(δ18O高達(dá)28‰),表明俯沖物質(zhì)的混合程度可能較小。然而,如果俯沖沉積物能夠?qū)惓5?/span>O同位素組成(δ18O= ~7‰–42‰)輸入到弧下地幔,則很難解釋弧下地幔中O同位素的有限變化范圍。總之,俯沖變質(zhì)作用過程中物質(zhì)的混合作用仍然存在很大爭議。

針對以上科學(xué)問題,美國奧柏林學(xué)院Page等對卡特琳娜片巖混雜巖()中角閃巖相變質(zhì)燧石中的石榴石和鋯石進(jìn)行了原位的O同位素分析

1主量元素分析顯示大顆粒的石榴石具有明顯的進(jìn)變質(zhì)環(huán)帶特征,即從核部到邊部石榴石具有降低的Mn含量和升高的Mg#,而小顆粒石榴石具有與大顆粒石榴石邊部類似的組成特征

2石榴石核部具有極重的O同位素組成(δ18O = 20.8‰–26.3‰),而邊部O同位素組成較輕(δ18O = 10.0‰–11.2‰);

3石英具有均一的O同位素組成(δ18O= 13.5‰);

4鋯石核部具有振蕩環(huán)帶,具有石英、鉀長石和黑云母包裹體,表明為碎屑鋯石,鋯石核部外圍是一圈斑雜狀的生長邊,外側(cè)表現(xiàn)為深色的振蕩環(huán)帶();

5鋯石核部具有較低的O同位素組成(4.7‰ to 8.4‰),核部邊緣斑雜狀鋯石具有高的δ18O22.6‰ ± 3.3‰,而邊部鋯石具有低的δ18O12.9‰ ± 3.3‰,進(jìn)一步的高空間分辨率的O同位素分析也獲得了一致的結(jié)果

6鋯石核部年齡124.6 +1.4/-2.9 Ma,且具有高的Th/U比值(0.36–0.89),鋯石邊部較年輕115.1± 2.4 Ma,且Th/U比值(0.02–0.13)較低。

結(jié)合前人研究結(jié)果,Page等約束了該石榴石英巖的變質(zhì)溫壓條件約為550–650 °C>1.1 GPa。該研究認(rèn)為石榴石英巖原巖為混合的硅質(zhì)巖石和中基性的火成巖,鋯石核部年齡為火成巖的殘留鋯石,兩者在俯沖帶發(fā)生混合,早期兩者處于封閉狀態(tài),因此石榴石核部具有重的O同位素組成,隨著變質(zhì)作用進(jìn)行,外部流體逐漸加入,導(dǎo)致石英的O同位素組成降低,而石榴石和鋯石中O擴(kuò)散較慢,因此保存了原巖重的O同位素,而邊部逐漸變低的特征。

 

該項(xiàng)研究表明:

1俯沖帶變質(zhì)流體對島弧巖漿的產(chǎn)生和陸殼生長具有重要作用,但同時也可以減小俯沖物質(zhì)間組成的差異;

2石榴石和鋯石能夠保存少量異常的地球化學(xué)特征,并進(jìn)入深部地幔。 

 

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