攥写人：冯鹏，王璐
绿辉石分解主导的超高压榴辉岩部分熔融促进深俯冲陆壳折返
数值模拟和实验岩石学研究表明部分熔融对于超高压变质岩折返具有重要作用。深俯冲陆壳从地幔折返到中下地壳的过程中可发生部分熔融，生成超临界流体和花岗质熔体，促进壳幔相互作用，改变俯冲隧道内物质的流变强度，促进折返。然而，由于后期变形和变质作用叠加，使得识别超高压变质岩的部分熔融更加困难，阻碍了对天然超高压岩石的部分熔融反应的深入研究。
最近，中国地质大学（武汉）冯鹏，王璐（通讯作者）与马里兰大学Michael Brown、Philip M.Piccoli、澳大利亚科廷大学Tim Johnson以及美国加州大学圣巴巴拉大学 AndrewKylander-Clark等合作在国际著名地学期刊《地球与行星科学通讯》（Earth and Planetary Science Letters）发表文章，首次报道苏鲁造山带超高压榴辉岩（图1）中名义无水矿物绿辉石分解主导部分熔融的原位浅色体囊显微结构和初始熔体特征。这一新的研究成果，改变了榴辉岩以含水矿物如多硅白云母、帘石等分解而产生少量熔融这一传统认识。
图1.（A）苏鲁造山带地质简图;（B）桃行研究区地质图
该榴辉岩位于苏鲁桃行地区，其矿物组合为：石榴石（36–39 vol.%）+绿辉石（24–27 vol.%）+黝帘石（9–12 vol.%）+多硅白云母（4–6 vol.%）+石英（7–10 vol.%）+斜长石（3–5 vol.%）+后成合晶（4–5% vol.%）+蓝晶石（1 vol.%）+角闪石（1 vol.%）+金红石（1 vol.%）+磷灰石（1 vol.%），其中可观察到的部分熔融岩相学证据包括：（1）斜长石细脉沿矿物颗粒边界分布，围绕多硅白云母、石英和黝帘石等矿物生长，并在三联点位置呈现极小的二面角；（2）由斜长石、自形角闪石及少量的钾长石和绿帘石组成的原位浅色体囊保存于大颗粒石榴石、黝帘石和绿辉石等矿物围限的区域（图2）。细粒残余绿辉石（硬玉分子含量为25–45 mol%）散布于浅色体囊中，与榴辉岩中大颗粒绿辉石（硬玉分子含量为39–54 mol%）相比，硬玉分子含量明显下降（图3）。
图2. 赋存原位浅色体囊的手标本（A）、显微镜（B–C）及背散射（D–F）照片
图3 榴辉岩TH1410-17样品中辉石和角闪石的组成
上述现象表明熔融反应可能由绿辉石分解主导。为进一步验证岩相学观察获得的认识，且对榴辉岩原位部分熔融初始熔体进行估算，基于原位浅色体囊内子矿物成分和相应体积百分比，本论文估算了57个原位浅色体囊的全岩模式主量元素成分和24个浅色体囊的微量元素成分。模式全岩主量元素结果显示：浅色体囊具有中等的SiO2含量，高的Al2O3、Na2O含量，以及相对低的K2O含量（图4）；恢复出来的模式熔体成份为闪长岩。而将浅色体囊全岩微量元素经与榴辉岩所有造岩矿物相比较，发现其与基质矿物组合中的大颗粒绿辉石具有最为相似的微量组成，在经原始地幔标准化的微量元素蛛网图中均表现出大离子亲石元素、U、Pb、Zr、Hf和Ti富集而Th和Ta亏损特征（图5）。
图4 桃行榴辉岩中浅色体囊以及前人研究中榴辉岩熔体主量成份的An–Ab–Or三角图解
图5 桃行榴辉岩内原位浅色体囊以及重要矿物的微量元素蛛网图
浅色体囊内的岩相学证据、主量成份及微量元素配分特征均指示绿辉石分解主导了部分熔融反应（反应式：1.006 Omp (Cpx II) + 0.030 Ph + 0.008 Zo + 0.100 Qz → 0.694 Omp (Cpx III) + 0.148 melt），而不同于通常被强调的含水矿物分解熔融。通过地质温压计限定的P–T轨迹显示，超高压榴辉岩由超高压条件下（3.6–3.1 GPa；900–840 ℃）折返，由绿辉石主导的部分熔融产生的熔体于1.6–1.2 GPa和780–690 ℃ 发生结晶（图6）。通过SS-LASS锆石测年技术对2个含浅色体囊的榴辉岩样品的锆石边部进行定年，获得的加权平均年龄为217–214 Ma，约束了浅色体囊的结晶时间。
图6 桃行榴辉岩折返的P–T轨迹
该研究丰富了对超高压条件下折返过程中榴辉岩发生部分熔融机制的认识，有助于更好地理解促使深俯冲陆地壳折返的相关地质过程。
文章发表在：Feng, P., Wang, L.*, Brown, M., Johnson, T. E., Kylander-Clark, A. & Piccoli, P. M. (2021). Partial melting of ultrahigh-pressure eclogite by omphacite-breakdown facilitates exhumation of deeply-subducted crust. Earth and Planetary Science Letters 554, 116664.
