大洋俯冲带变质作用、流体行为与岩浆作用

俯冲洋壳中基性岩和超基性岩强烈脱水发生在弧下深度,富钾变质沉积岩脱水可持续到300km,以后俯冲洋壳板片不再有明显流体释放,俯冲板片在不同阶段发生的脱水和熔融控制了俯冲带发生的岩浆作用。

俯冲带是地球上最复杂的构造部位,地表大多数突发性地质现象均发生于此处,包括爆发性的火山活动、强地震、快速的地貌演变、深部强反差的地热体制和复杂的造山过程等。而俯冲带系统的演化与俯冲板片中发生的岩石相变或变质反应密切相关。这些反应控制了俯冲板片的浮力和向下拖拽机制,并可以解释流体的形成、释放和运移过程。来自俯冲板片的流体交代地幔楔橄榄岩,最终导致复杂的板缘及板内岩浆作用。

北京大学魏春景教授和中国科学技术大学郑永飞院士合作,依据有效的实验岩石学资料,结合相平衡模拟结果,阐述含水和CO2基性岩、超基性岩和有关沉积岩体系的相平衡关系;约束洋壳俯冲过程中不同岩石发生脱水及熔融反应的过程与P–T条件;讨论板片流体对地幔楔橄榄岩的改造机理及其与弧岩浆作用的关系,以及深部碳循环过程与碳酸岩熔体的成因等。
研究结果表明,大多数洋壳在弧前(<90–100km)俯冲阶段基性岩和超基性岩脱水很少,明显脱水作用发生在表层沉积物中(图1)。在弧下俯冲阶段基性岩和超基性岩都发生强烈脱水,如基性岩中的大部分水是由绿泥石、蓝闪石、滑石和硬柱石相继在弧下100–200km深度分解释放的,这与以往基于实验模拟得到的结果大不相同;超基性岩在弧下120–220km深度发生叶蛇纹石、绿泥石和10Å相脱水;但变质沉积岩在弧下深度对流体贡献不大,其主要含水矿物为多硅白云母,可以一直稳定至300km深处分解成钾锰钡矿,多硅白云母分解后直到地幔过渡带深度(>400 km)俯冲洋壳板片不再有明显流体释放。在少数热俯冲带中,变质沉积岩和基性岩都可以发生部分熔融(尤其是水化熔融)形成富水花岗质熔体或超临界流体,含碳酸盐矿物的沉积物可以熔融形成含钾碳酸岩熔体。在少数冷俯冲带中,超基性岩中出现A相,可把水带至地幔过渡带深处。

图1 俯冲板片脱流体与地幔楔部分熔融示意图

地幔楔橄榄岩受到来自俯冲板片的流体交代,通过部分熔融形成复杂的弧岩浆作用。如图1所示,在弧前区域地幔楔橄榄岩发生蛇纹岩化,形成弧前蛇纹岩底辟;在弧下深度,冷俯冲带中地幔楔底部水化橄榄岩可依次发生叶蛇纹石、绿泥石和10Å相分解脱水,所形成的富水流体会与俯冲板片释放的流体一起向上运移、交代地幔楔橄榄岩,当温度达到湿固相线时发生部分熔融,形成各种岛弧岩浆。这些受板片流体影响形成的弧岩浆岩多表现出亏损高场强度元素、富集大离子亲石元素的地球化学特征。

板块俯冲可以将地表碳物质带入地球深部,再通过流体和岩浆作用返回到地表系统,形成俯冲带深部碳循环。在弧前或弧下区域,俯冲带的地热梯度不会穿过碳酸盐化榴辉岩和橄榄岩的固相线。俯冲板片中的碳物质可通过氧化-还原反应和溶解-淋滤作用进入俯冲带流体,参与上覆橄榄岩蛇纹岩化与弧岩浆作用,只有部分碳酸盐矿物可能被携带到更深部地幔。实验表明,被携带的碳酸盐化榴辉岩会在地幔过渡带深度发生部分熔融形成富碱的碳酸岩熔体;而碳酸盐化橄榄岩不会在该深度发生部分熔融。但俯冲到过渡带中的橄榄岩由于滞留加热会导致其中的含水矿物如A相、E相和含水瓦兹利石等分解脱水,形成的富水流体,并与碳酸岩熔体一起上升促进上部地幔物质熔融、上涌、以及广泛的弧后伸展。

出版信息

中文出版信息:

魏春景, 郑永飞. 2020. 大洋俯冲带变质作用、流体行为与岩浆作用. 中国科学:地球科学,50(1): 1–27

英文出版信息:

Wei C, Zheng Y. 2020. Metamorphism, fluid behavior and magmatism in oceanic subduction zones. Science China Earth Sciences, 63(1): 52–77

(0)

相关推荐

  • Nature:克拉通岩石圈地幔的成因模型

    Nature:克拉通岩石圈地幔的成因模型 克拉通是地球上古老而又稳定的大陆地块.克拉通的岩石圈地幔是金刚石的宝库,它们形成于25亿年前的太古宙和16-25亿年前的古元古代(Peslier et al. ...

  • nature geo.专辑:经济地质学

    斑岩矿床是人类使用的铜.钼.金和银的主要来源.斑岩矿通常形成于俯冲带上方的岩浆弧中.然而,最大矿床的生成往往局限于特定的弧段和有限的时间.在这里,我概述了可能参与大型斑岩矿床形成的四个关键触发因素.第 ...

  • 【地理拓展】岩浆作用与岩浆岩

    岩浆作用与岩浆岩  图文信息来源于:贵州地调,转载标注 END 更本微信号同步的试题课件和资料电子版可扫描二维码加入小红圈或知识星球下载 海宁中学地理组(知识星球) 海宁中学地理组(小红圈)

  • 【听文献】郑永飞等:华北中生代镁铁质岩浆作用与克拉通减薄和破坏

    克拉通指古老的.自形成以来一直保持稳定的大陆岩石圈构造体系.它包括古老的大陆地壳及其下伏的岩石圈地幔,其厚度一般可高达200至300公里.进入显生宙以来,有些克拉通的岩石圈地幔发生了显著减薄,但是其构 ...

  • 【新微专题】高考地理地球内部圈层与岩石圈、岩浆作用与岩浆岩

    地球的内部圈层结构 1.划分依据:地震波传播速度的变化. (1)地震波的分类及特点 (2) 不连续面及波速变化 2.C以上为地壳,C.D之间为地幔,D以内为地核(由E外核和F内核组成). 3.岩石圈 ...

  • 岩浆热液与围岩作用程度,如何示踪?

    研究表明,岩浆有关的热液和盆地中的热液活动,有助于大陆地壳中的大量金属的迁移和成矿(Simmons et al.,2005:Wilkinson et al.,2009:Richards,2011).矿 ...

  • Geology:形成斑岩矿床的脉冲式岩浆流体

    斑岩型铜矿床是世界Cu.Mo和Au的主要来源,了解斑岩型铜矿形成的关键在于成矿流体的演化(Kouzmanov and Pokrovski, 2012).金属元素通过深度5-10km的岩浆系统释放的岩浆 ...

  • 变质作用及围岩-流体化学交换

    水岩反应泛指地质作用过程当中所发生的流体与岩石的相互作用 ,具体来说,水溶液和岩石在岩石固相线以下的温度.压力范围内进行的各种化学反应和物理化学作用 .它是一种基本的地球化学作用,导致了化学元素.同位 ...

  • 红枣的功效与作用

    红枣的功效主要是几个方面, 一是健脾益气,第二是养阴安神,第三能够调和药性.展开来讲它的作用,健脾益气方面,比如说脾气虚弱出现的纳呆.便溏.乏力这些表现的时候,它可以同党参.白术.茯苓等等一块入药,起 ...

  • 一级、二级、三级配电的作用以及用途

    我们做个假设:有一个新建的小区引进一条10kV进线,建了一个配电室,从变压器低压端出线0.4kV到配电柜(一级配电柜),再引出线到每栋楼的配电箱(二级配电箱),再出线到每个单元楼的配电柜(三级配电), ...

  • 穴位的作用

    青霉素的作用和主治.第一,是对由a组β溶血性链球菌引起的咽炎,猩红热,蜂窝织炎,化脓性的关节炎,肺炎,产褥热以及败血症,青霉素有较好的疗效,为首选药物:第二,适用于其他链球菌引起的感染,包括b组β溶血 ...