JAES:西藏松多榴辉岩变质作用和流体演化研究——矿物化学,流体包裹体和氧同位素的制约

俯冲带是地球内部-外部物质和能量交换的重要场所，而出露于俯冲带内部的高压变质岩（如榴辉岩），则是研究俯冲带深俯冲过程、壳幔相互作用及水岩反应的天然探针。俯冲板片在深俯冲过程中可以发生一系列的变质脱水反应，流体释放的过程对于岛弧岩浆的形成及俯冲带流体和元素的循环具有重要的意义。变质脱水过程释放的流体可以被榴辉岩中的矿物所捕获，并以流体包裹体的形式保存下来，从而提供了直接研究俯冲带变质脱水过程及流体演化的地质记录。

拉萨地块位于印度河-雅鲁藏布江缝合带以北，班公湖怒江缝合带以南，是研究青藏高原演化历史的关键位置（图1）。在拉萨地体内部出露了一条高压变质带，并发育大量榴辉岩等高压变质岩，表明拉萨地块内部存在古特提斯洋的俯冲。

为了揭示该榴辉岩的变质作用及流体演化过程，中国科学技术大学的刘海洋博士在导师肖益林教授的指导下对松多榴辉岩进行了详细的矿物化学、流体包裹体及氧同位素研究，以探明俯冲带流体演化过程及其对俯冲带元素循环的意义。

图1青藏高原地质简图，方框内为研究区

岩相学观察和矿物化学的研究显示，松多榴辉岩中矿物具有不同的生长世代并且具有一定的环带特征。比如其中的石榴石可以分为两种类型，Grt-I和Grt-II。其中Grt-I具有复杂的环带，而Grt-II则环带不明显，整体组成特征于Grt-I边部成分一致（图2和3）。矿物化学及其中矿物包裹体的证据表明Grt-I核部生长于进变质阶段，而Grt-I边部和Grt-II可能生长于峰期变质之后的初始折返阶段（图2和3）。

图2 松多榴辉岩中不同类型的石榴石，Grt-I具有明显环带，而Grt-II环带不明显

图3不同类型石榴石的主微量元素分布特征，A和C为Grt-I，B和D为Grt-II

本研究在松多榴辉岩中发现了3种类型的流体包裹体，分别赋存在不同变质阶段的矿物中（图4）。其中绿辉石中包裹体为原生包裹体，代表了峰期变质过程中的流体组成，显微测温的结果表明其初始熔融温度为-23.8到-19.8℃，表明是以NaCl为主的卤水，冰融温度为-18.8到-6.6℃，计算获得的盐度为10到20wt%NaCl。绿帘石和石英也发现了类似的含水流体包裹体，但盐度明显较低（图5）。

图4 不同矿物中的流体包裹体。（A）和（B）为绿辉石中原生流体包裹体；（C）和（D）为绿帘石中原生流体包裹体；（E）和（F）为石英中的次数流体包裹体

图5 不同矿物中流体包裹体的显微测温结果

榴辉岩全岩氧同位素结果为+5.0到+8.9‰，与低温蚀变洋壳类似。单矿物氧同位素组成变化较大，但整体富集顺序与氧同位素平衡分馏计算结果一致，表明峰期变质过程中氧同位素整体处于平衡的状态（图6）。

图6 松多榴辉岩全岩及单矿物氧同位素组成

图7松多榴辉岩P-T-t-f轨迹

本研究结合矿物电子探针分析结果，根据矿物对温压计算获得了松多榴辉岩P-T-t-f轨迹（图7），结果显示在峰期变质阶段，脱水流体主要为盐度较高的卤水，随着板片折返，盐度逐渐降低，整体与大别山等流体包裹体的研究结果类似（图7）。综合对比大洋和大陆俯冲带本研究发现，大陆俯冲带出露的流体包裹体类型较多，如CH₄，CO₂，N₂，卤水等，而大洋俯冲带流体包裹体类型较少，以不同盐度的卤水为主，可能反映其流体主要来源于海水蚀变的洋壳。

本研究成果发表在Journal of Asian Earth Sciences期刊上：Liu Haiyang., Xiao Yilin., Alfons van den Kerkhof., Wang Yangyang.,Zeng Lingsen., Guo Haihao., 2019. Metamorphism and fluid evolution of the Sumdoeclogite, Tibet: Constraints from mineral chemistry, fluid inclusions andoxygen isotopes. J Asian Earth Sci 172, 292-307.