俯冲洋壳的折返及其相关问题讨论
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摘要
大洋俯冲带中高压(HP)和超高压(UHP)岩石的折返机制一直以来都是俯冲工厂中最不为人知的问题之一。该文根据搜集全球折返到地表的洋壳榴辉岩基础数据(包括岩石学特征、峰期温压条件和折返P‐T轨迹)，初步探讨了洋壳榴辉岩的折返机制。根据峰期矿物组合、温压条件和对应的地温梯度，典型大洋俯冲带中的榴辉岩可以分为三类：含柯石英的UHP硬柱石榴辉岩(2.7～3.2 GPa，470～610 ℃，5～7 ℃/km)、HP硬柱石榴辉岩(1.7～2.6 GPa，360～620 ℃，5～8 ℃/km)和HP绿帘石榴辉岩(1.5～2.3 GPa，540～630 ℃，7～12 ℃/km)。与大陆俯冲碰撞造山带中的HP‐UHP榴辉岩相比，洋壳榴辉岩具有较低的峰期温压条件和较高的低密度含水矿物的含量，但是普遍缺失高密度的蓝晶石。已有的俯冲洋壳的折返模式都基于一个假设：洋壳榴辉岩密度比周围地幔大。因此，洋壳榴辉岩的折返必须借助于低密度的蛇纹岩或者变沉积岩。MORB体系的热力学模拟研究表明，俯冲洋壳的矿物组合、矿物含量和密度主要受低密度含水矿物(如硬柱石、绿泥石、蓝闪石和滑石等)的稳定性控制，并且在同等深度条件下，冷俯冲洋壳的密度低于热俯冲洋壳的密度。经历冷俯冲(～6 ℃/km)洋壳的密度在＜110～120 km(P＜3.3～3.6 GPa)的深度仍小于周围地幔，但是经历热俯冲(～10 ℃/km)洋壳的密度在＞60 km(P＞1.8 GPa)的深度就已经超过周围地幔。结合高温高压实验资料和地球物理观察数据，我们认为在＞120 km的深度，俯冲基性洋壳本身密度大于周围地幔，不存在低密度的地幔楔蛇纹岩(蛇纹石已发生分解)，并且大洋板块的俯冲角度突然增大可能阻碍了更深部的低密度变沉积岩的折返。以上这三个方面的原因可能导致现今折返到地表的洋壳榴辉岩和变沉积岩的形成深度普遍小于120 km。折返过程中硬柱石脱水分解会导致洋壳密度增大，退变形成的蓝晶石榴辉岩的密度大于周围地幔，无法折返，这可能是全球洋壳榴辉岩中普遍缺失蓝晶石的主要原因。