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方远,Aug. 6, 2022
俯冲带是地球内部圈层与外部圈层之间进行物质循环和能量交换的关键地带。俯冲带发生的一系列地质过程都与流体活动密切相关，因此对俯冲带流体的来源、性质以及流体-岩石相互作用的研究，是理解壳幔相互作用、制约地球壳幔系统地球化学演化的关键所在。然而，由于俯冲带中岩石类型复杂、流体活动受温度压力影响大，同时复杂的流体-岩石相互作用也会改变流体本身的地球化学组成，示踪俯冲带深部流体来源与性质存在巨大挑战。阿尔卑斯山西部Dora-Maira含柯石英白片岩的特征是Mg富集，而Na、Ca、Fe2+和LILE相对于宿主变质岩贫化，这为研究典型大陆俯冲带的流体-岩石相互作用提供了一个极好的指示，但关于交代流体的时间和来源的观点仍有争议。
Mg同位素对于大洋地幔橄榄岩和玄武岩具有显著的均一性，在地幔熔融、岩浆分异和地壳岩石变质脱水过程中没有表现出明显的分馏。化学风化过程产生镁同位素分馏，导致含镁碳酸盐和硅酸盐风化残渣分别具有非常轻和重的镁同位素组成。因此，Mg同位素是可循环地壳物质的岩浆来源的重要地球化学示踪剂，也可能是俯冲带不同含水矿物脱水的变质流体的潜在可变来源。
作者对全岩和锆石地球化学的综合研究为西阿尔卑斯山的 Dora-Maira 白片岩的起源提供了新的见解，认为白片岩锆石有两种成因域：（1）U-Pb年龄约262 Ma、δ18O~10‰的残余岩浆域； (2) U-Pb 年龄约 34 Ma 和 δ18O 值 5.8-6.8‰ 的超高压变质域。白片岩和变花岗岩二叠纪 U-Pb 年龄分布均匀，表明它们具有共同的二叠纪花岗岩原岩。变质锆石域中显着降低的 δ18O 值表明白片岩原岩经历了约 2-4 ‰ δ18O 值较低的流体的交代作用。这些流体可能是大陆俯冲通道板幔界面处蛇纹岩中滑石和蛇纹石脱水形成的。Mg-O 同位素耦合研究可用于阐明陆相碰撞造山带中 Mg 交代岩成因的流体交代时间和过程。
本文对Dora-Maira白片岩及其宿主岩的全岩Mg和O同位素、锆石U-Pb年龄和O同位素进行了综合研究，并与前人的资料相结合，对阿尔卑斯山西部白片岩形成的富镁流体成因及大陆俯冲通道中的流体-岩石相互作用也有了新的认识。根据稳定同位素和流体包裹体的研究，认为该流体来源于俯冲的大洋板块，可能是阿尔卑斯山造山运动进积变质过程中蛇纹石的脱水。解决白片岩成岩过程中的交代时间和交代流体来源问题，可以揭示俯冲带流体-岩石相互作用及其对深部俯冲地壳岩石地球化学的影响。
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