第七届青年地学论坛

        流体在俯冲带物质循环过程中扮演着重要的角色，但是俯冲板片释放流体的位置和机制以及板片中存在的随后能再循环进入深部地幔的水量仍然存在争议。石榴石是俯冲带变质岩的重要组成矿物，能够保留复杂的化学成分环带以及不同变质阶段的矿物或流体包裹体。详细研究石榴石生长过程中水含量的变化及其控制因素，可以为俯冲带流体活动提供一个新的视角。红安造山带浒湾高压带西北角熊店地区榴辉岩为大洋型榴辉岩，其峰期变质温压条件为500-660℃和2.5 GPa。这些榴辉岩中石榴石保存了明显的环带特征，是大洋俯冲带流体活动的理想研究对象。我们在详细岩相学研究的基础上，对熊店地区榴辉岩中石榴石进行了系统的水含量和主微量元素分析。结果发现，熊店地区榴辉岩中石榴石的主微量元素、包裹体、水含量和氧逸度都表现出明显的环带特征。
        石榴石主微量元素和包裹体分析显示，从核部到幔部再到边部，Mg逐渐升高，Sc、Ti、Zr等含量先升高后降低；而Fe逐渐降低，Ca、Mn、Y以及M/HREE含量先降低后升高；核部含有大量的包裹体，以石英、角闪石为主，还含有少量的绿泥石、绿帘石、白云母以及长石；而幔部和边部包裹体较少，幔部含有少量的绿辉石和绿帘石，边部则以石英为主，偶尔可见金红石。结合对样品全岩成分进行热力学相平衡模拟，认为石榴石从核部到幔部是一个进变质的生长过程，并且石榴石主体主要形成于绿片岩-角闪榴辉岩相, 物质供应主要来自绿泥石、绿帘石和角闪石的分解；边部是由先前存在的石榴石溶解再沉淀形成。
        傅里叶变换红外光谱分析显示，石榴石除了含有结构羟基(3480-3660 cm^-1)外，还含有大量分子水(＜3450 cm^-1)，并且两种类型水含量成正比。不同颗粒石榴石的红外光谱吸收峰峰位没有明显的变化，说明H在石榴石中的替代机制是相同的。石榴石颗粒内水含量表现出明显的不均一性，核部总水含量高，通常大于600 ppm (最高可以超过2000 ppm)，边部水含量通常低于200 ppm，并且从核部到边部两种不同类型的水含量都表现出降低的趋势。由于该地区榴辉岩生长于较低的温度(<650℃)条件下，石榴石中H扩散很慢。石榴石中水含量很大程度上保存其原始的水含量，主要受生长过程中流体活动的影响。通过石榴石和绿帘石矿物对氧逸度计算，从核部到幔部进变质过程中，石榴石形成于氧逸度逐渐升高的条件下，而边部的石榴石则形成于相对还原的条件。结合石榴石生长条件和相平衡模拟结果，认为绿片岩相向角闪榴辉岩相进变质过程中，岩石发生脱水作用，由此释放出大量氧化性流体。这部分水在一定程度上促进石榴石的生长，绿泥石、绿帘石等含水矿物未完全分解就被包裹在新生长的石榴石中，导致核部水含量高并且保留有大量含水矿物包裹体；而后期流体活动变弱，石榴石生长速度慢，含水矿物被完全消耗，使得幔部水含量较低，而且几乎没有或者只含有少量的角闪石包裹体。边部的石榴石由先前存在的石榴石溶解再沉淀形成的，同时缺乏外来流体的影响，也使得边部水含量较低。这些观察说明，俯冲大洋板片绿片岩-角闪榴辉岩相变质过程中伴随有强烈的氧化性流体释放。我们这一项研究表明，石榴石水含量和配套的主微量元素分析对于理解板片不同深度的流体释放及其地球化学效应以及地球挥发分的循环具有重要的意义。
 

石榴石