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郭顺等-AM:俯冲板片中低压金红石生长与俯冲带氧逸度
2017-11-27 | 作者:科技处 | 【 】【打印】【关闭

  金红石(TiO2)是高级变质岩石(榴辉岩、麻粒岩和角闪岩)中一个常见副矿物,是岩石中高场强元素的主要载体。金红石在造山带形成和演化研究中具有广泛而重要的地质应用。例如可以记录变质作用的温度(Zr-in-rutile 温度计)、时间(U-Pb定年)和化学分异(Nb/Ta比值和Hf-O同位素)等重要信息。准确限定金红石的稳定范围和生长机制是进行各种地质应用的前提和关键。
  已有的实验和自然观察都表明金红石主要在相对高温高压的条件下通过进变质反应形成。相反在退变质过程中金红石会被钛铁氧化物或榍石取代。最近,中科院地质地球所岩石圈演化国家重点实验室郭顺副研究员和合作者在大别超高压变质带识别出两类反常的低变质级别金红石。第一类为形成于铁钛氧化物边缘的冠状体金红石(Rt-C,图1a-d);第二类为取代钛铁矿出溶体的金红石后成合晶交生体(Rt-S,图1e)。经过精细的岩相学分析、矿物化学和Zr-in-Rutile温度计算,两类金红石是在绿片岩相变质条件下(~0.5 GPa, 475-515 °C)通过流体取代反应形成,形成机制为界面耦合溶解—沉淀(interface-coupled dissolution-precipitation)。低变质级别的金红石具有低的高场强(Nb、Ta和Zr)元素和较高的过渡族金属元素(Cr和V)含量,可以与高级别变质金红石进行区分。


1  两类低变质级别金红石(Rt-C Rt-S)的结构特征

  热力学模拟计算表明这两类特殊的金红石形成于较高氧逸度条件下。T-fO2 图解(图2)显示两类金红石形成的氧逸度条件相似,为高于FMQ 参考标准(fayalite-magnetite-quartz reference buffer2.5-4.5 logfO2单位。原位绿帘石Sr同位素表明触发金红石形成的绿片岩相流体来自榴辉岩围岩片麻岩。综合以上研究结果,他们提出一个俯冲带超高压岩石中金红石多期变质生长的模式(图3)。

2 T-fO2 图解显示两类取代反应(形成Rt-C Rt-S)发生的氧逸度条件

3 榴辉岩—脉体体系中多期金红石生长模式

该项工作的意义在于:(1)表明基性岩体系中金红石可以在退变质低温低压条件下形成,拓展了金红石的稳定P-T范围。(2)指示高级变质岩石中可能存在不同期次不同成因的金红石,在进行地质应用(如测温、定年和示踪)时应予以区分;(3)指示俯冲大陆板片榴辉岩在折返阶段曾经历了高氧逸度流体渗透;(4)提出低压金红石的出现可以作为俯冲板片氧逸度升高的一个敏感指示标志。 

  以上研究成果发表在国际矿物学权威期刊American MineralogistGuo et al. Unusual replacement of Fe-Ti oxides by rutile during retrogression in amphibolite-hosted veins (Dabie UHP terrane): A mineralogical record of fluid-induced oxidation processes in exhumed UHP slabs. American Mineralogist, 2017, 102: 2268-2283)。同时该论文被推荐为American Mineralogist 亮点与突破论文highlights and breakthroughs article)。

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