Geology：俯冲期大洋板片熔融:埃达克岩成因

俯冲过程中，弧火山作用和示踪元素再循环受洋壳的迁移控制。俯冲过程中释放的流体类型，无论是含水流体还是含水熔体，都受俯冲带热结构的控制。最近的热力学模型和实验岩石学的结果表明，几乎所有的俯冲带都有板块熔化现象，但岩石记录并不完全支持这一观点。这里作者通过相平衡模型显示，在俯冲过程中，即使在饱和水的条件下，新鲜或热液改变的玄武岩的融化也很少发生。熔融只发生在最热的板顶地热沿线，水流体在弧前区域被释放，深熔性局限于弧次深度，导致高Si、埃达克质岩浆作用。作者认为，在“热”俯冲带，含水流体和含水熔体优先促进化学循环。本文的模型显示，俯冲的热液蚀变玄武岩比原始玄武岩壳更富集元素，在俯冲过程中增加了流体和熔体的产量，导致更大程度的化学循环。在这篇文章中，作者提出了一个岩石学模型来解释海洋地壳俯冲过程中熔融的缺失，并提出许多地球表面和内部质量传递的大尺度模型可能需要修正。

早期流体包裹体研究表明, 俯冲板片进变质早期脱出流体较稀, 溶质以NaCl等盐分为主, 其含量通常低于8wt%(Gao和Klemd, 2001), 流体迁移的微量元素也十分有限. 随着俯冲深度增大, 板片流体中的溶质增多, 成分也转变为以富碱的铝硅酸盐为主(Frezzotti和Ferrando, 2015). 部分多相固体包裹体形成于峰期变质条件(T>600℃ , P>3GPa), 其原始水含量估计在
40~60wt%, 可能代表超临界流体(目前尚仅见于大陆俯冲带)(Ferrando等, 2005; Zhang等, 2008; Frezzotti和Ferrando, 2015). 一些多相固体包裹体中含有子矿物金红石, 暗示超临界流体能够迁移Ti等高场强元素(Frezzotti和Ferrando, 2015). 另一些多相固体包裹体含有金
刚石, 反映在4GPa或更高压力下存在富含C的超临界流体(Stöckhert等, 2001; Carswell和van Roermund,2005; Frezzotti等, 2011). 许多多相固体包裹体具有与弧岩浆类似的微量元素特征, 即大离子亲石元素和轻稀土元素富集, 高场强元素亏损(Malaspina等, 2006;Frezzotti和Ferrando, 2015). 深部包裹体的微量元素组成表现出较强的不均一性, 这可能与特征矿物在变质或熔融反应中对不同类型元素的差异性调控有关: 如多硅白云母控制大离子亲石元素和Be(Schmidt和Poli,1998; Hermann等, 2006; Hermann和Spandler, 2008), 绿帘石和硬柱石控制稀土元素和Sr-Th-Pb-U(Schmidt和Soli, 1998; Hermann, 2002; Hermann等, 2006; Martin等,2011), 褐帘石/独居石控制La-Ce-Th(Hermann, 2002),锆石和金红石分别控制Zr-Hf和Nb-Ta(Hermann和Rubatto, 2009) 。

目前的示踪元素循环模型更青睐含水熔体而不是含水流体，因为它们可以将更多的微量元素转移到地幔楔体(Hermann等。2006;Spandler and Pirard, 2013)。然而，本文的数据表明，大部分俯冲带都没有发生部分熔融(图1);
因此，作者认为，在大多数俯冲带中，水相流体在微量元素循环方面发挥了更大的作用，而不考虑它们对地幔楔块的混然能力有限，从而进一步激发更大的水相流体通量，促进俯冲板块的大量亏损(Zack和John, 2007)。寒冷和平均地热增强了H,O向地幔深度的转移(Poli和Schmidt, 1995: Hernandez-Uribe和Palin, 2019)，因此在俯冲过程中，与高温俯冲带相比，释放出更多的H,O。另一方面,地幔楔热俯冲带内微量元素富集的两水流体(即变质脱水在较浅的深度)和含水融化(图4)。这些俯冲带的弧前地区水液体被释放,而预计将出现在subarc融化深度(图4)。这些结果表明，热俯冲带的再循环过程分为两个阶段，其中某些元素在较浅的深度被水流体传递，另一些元素在较浅的深度被含水熔体传递，正如现有模型所示(例如Bebout，2007)。因此，地温和变化程度——这决定了所产生的熔体数量(图3)——控制了俯冲带中元素循环的类型和程度。尽管热力学模型表明，板顶温度促进了板块的熔化(Syracuse et al.， 2010;看的等人，2011)，模型表明，这种情况只在极少数情况下发生沿热地热。根据Syracuse et al.(2010)的模型，只有现在卡斯卡迪亚和墨西哥的俯冲温度高到足以融化，而大多数俯冲带太冷而不能融化(图1)。即使在H、O饱和的条件下，大多数俯冲带也不应该发生融化。

  • 如有侵权，请告知（微信号：Milanda357）！立即删除

期待您将样品交给岛弧科技，让我们助您科研绵薄之力！！！
END
本文作者：锅 贴
微信排版： 风 眠   张 松

微信审核：苏 御

赞 (0)

相关推荐