2016年04月08日 星期五

研究亮点

申婷婷,张聪等-AM:俯冲带叶蛇纹石脱水反应前晶胞参数的变化特征

来源:地调局地质所 作者:申婷婷,科技处 发布时间:2020-04-17

  叶蛇纹石是一种俯冲带高温高压蛇纹石变种,是大于100 km深俯冲带中最主要的含水矿物,其脱水过程影响着俯冲带岛弧岩浆的形成、深源地震的发生以及壳幔物质循环等一系列动力学过程。然而,由于叶蛇纹石稳定温压范围很广,加之造山带中蛇纹岩体矿物组合相对简单,因此很难确定其变质温压条件,导致无法对其俯冲深度和变质过程进行限定。针对上述问题,课题组从叶蛇纹石的结构着手,试图通过其晶胞参数的变化建立叶蛇纹石温压计,进而限定蛇纹岩的变质温压条件及过程。

  课题组利用SEM-FIB切割技术对高温高压实验样品及西南天山天然蛇纹岩样品中的叶蛇纹石进行切割,得到厚度约0.15µm的薄片后通过透射电镜TEM获得其a轴方向的晶格条纹,计算得到叶蛇纹石对应的m值。研究结果表明,高温高压实验合成叶蛇纹石在600-650°C的温度区间内m值从17-19逐渐减小到了15-16,而且,越靠近叶蛇纹石的脱水分解曲线,m值等值线越密集。通过测试西南天山超高压变质带产出天然样品中的两种叶蛇纹石(低Al和高Al)得到低Al叶蛇纹石的m值峰值为20-21(低温高压峰期阶段),而高Al叶蛇纹石的m值峰值为19(高温低压折返阶段)的。综合本次实验及前人数据得到叶蛇纹石的P-T-m图解,可作为俯冲带蛇纹岩的温压条件限定依据。

  本研究得到以下三条新认识:

  1P-T-m图解可指示天然叶蛇纹石的温度-压力与m值的拓扑关系。在没有特殊变质矿物组合的条件下,通过获得叶蛇纹石的m值统计峰值,可推断蛇纹岩体的变质温压条件。

  2)叶蛇纹石随温度升高,Al含量升高,m值减小,逐渐释放结构水。在进变质过程中,虽未达到叶蛇纹石的完全分解脱水曲线,但叶蛇纹石也逐渐脱水为寄主岩石提供孔隙水导致其构造变形。这一认识对研究俯冲板片与上覆地幔楔之间的物理变形及解耦机制至关重要。

  3)俯冲过程中,叶蛇纹石不断调整Al含量,在其分子结构中产生纳米级绿泥石包裹体,导致微米级尺度的原位叶蛇纹石成分测试可能存在较大偏差。

  本研究第一次从结构角度提供了限定叶蛇纹石温压条件的证据,为揭示蛇纹石成因环境、探讨矿化条件和开展潜力资源评价提供了坚实的理论基础,也为支撑地调局科技创新改造、支撑、引领地质调查工作、特别是推动深部地质相关找矿突破提供了积极作用。本研究得到国家自然科学基金委项目、中国地质调查局项目和中央财政基本科研业务费的联合资助,成果发表在《American Mineralogist》上。

  论文信息:Tingting Shen, Cong Zhang*, Jing Chen, Jörg Hermann, Lifei Zhang, José Alberto Padrón-Navarta, Li Chen, Jun Xu, Jingsui Yang, 2020. Changes in the cell parameters of antigorite close to its dehydration reaction at subduction zone conditions. American Mineralogist, 105(4),569-582.

  论文链接:http://www.minsocam.org/msa/ammin/toc/2020/Abstracts/AM105P0569.

                            

1 高温高压实验样品的背散射照片(a,c,e,g,i)和进行FIB切割和透射电镜分析的叶蛇纹石照片(b,d,f,h,j 

               

2 不同实验中叶蛇纹石的m值得分布直方图(a-e)。(f)不同实验中叶蛇纹石的平均a值投图 

   

                             3 通过实验数据和文献数据确定的叶蛇纹石的P-T-m图解