中國科大利用Fe同位素示蹤俯沖帶深部流體性質獲



中國科大利用Fe同位素示蹤俯沖帶深部流體性質獲進展

2019-10-08 中國科學技術大學

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  近日,中國科學技術大學地球和空間科學學鄭永飛團隊特任教授陳伊翔俯沖帶深部流體中Fe的遷移行為和氧化還原性質方面取得新進展,相關工作已發表在地球化學領域期刊Geochimica et Cosmochimica Acta。論文第一作者為陳伊翔,陳伊翔和中國地質大學(北京)副教授何永勝為該文章的共同通訊作者。

  板塊構造和俯沖帶的存在是地球區別于太陽系內其它固態行星的重要標志之一。俯沖帶是連接地球表生圈層和深部圈層的關鍵紐帶。俯沖帶中發生的流體活動及相應的地球化學分異和物質傳輸對理解島弧火山作用、地幔不均一性以及地球殼幔系統的長期化學演化等諸多關鍵科學問題都具有重要意義。氧化還原敏感元素(Fe、CS)在俯沖板片和地幔楔之間的化學傳輸極大改變地幔楔和弧巖漿的氧化還原狀態,進而影響俯沖帶金屬元素的遷移富集和成礦作用,因而是國際學術界研究的熱點和前沿。然而,由于地質流體的復雜性,目前對Fe在俯沖帶中的運移方式和俯沖帶流體的氧化還原狀態的認識仍極其有限。

  針對這個問題,該團隊選取了意大利西阿爾卑斯造山帶Dora-Maira地體的白片巖進行研究。在這些巖石中,人類最早發現柯石英這種指示超高壓變質礦物,揭開了大陸深俯沖和超高壓變質作用研究的序幕,并極大推動了大陸動力學的發展。因此,這些巖石受到了國際學術界廣泛關注。該團隊的前期工作結合MgO同位素以及鋯石微區分析,查明了白片巖的原巖為變花崗巖,厘清了35年以來關于其原巖性質的爭議,同時發現了白片巖具有全球高溫巖石中最重的Mg同位素組成(δ26Mg高達0.75‰),率先揭示了俯沖帶地幔楔富滑石蛇紋巖脫水反向交代深俯沖陸殼的獨特地質現象,建立了利用Mg同位素示蹤俯沖帶蛇紋巖來源流體活動的新思路。這些成果已分別于20162017年發表在地球科學期刊(Earth and Planetary Science Letters 456, 157-167; Chemical Geology 467, 177-195)。

  近期該團隊針對白片巖Fe同位素分析結果揭示,其具有全球高溫巖石中最重的Fe同位素組成56Fe高達1.22‰)。其Fe同位素組成明顯不符合火成巖的巖漿演化趨勢,指示了俯沖帶流體交代過程的影響(1)。全巖FeOt含量和Fe3+/∑Fe數據指示,交代過程中原巖變花崗巖總Fe含量和Fe3+/∑Fe比值都顯著降低,但Fe同位素組成顯著變重(1)。

  Fe同位素結果指示在流體交代過程中Fe的活動以Fe2+為主,同位素分餾模擬揭示其種型主要為Fe(II)-ClFe(II)-(HS)絡合物。這些結果表明俯沖帶深部流體局部應為高鹽度、HS-存在的還原性流體,與前人的巖石學觀察一致。這與前人普遍認為的俯沖帶深部流體具有高氧化性特征顯著不同。該團隊根據西阿爾卑斯造山帶的構造演化特征,進一步提出了大陸俯沖隧道中俯沖板片-地幔楔界面流體交代過程中Fe遷移的構造模型(2)??傊?,這項成果提供了利用Fe同位素示蹤俯沖帶深部流體性質的新思路和典型案例,揭示了俯沖帶深部局部相對還原性流體的存在,對理解弧巖漿和地幔楔的氧化還原狀態和Fe同位素體系都具有重要意義。




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