俯衝帶超臨界流體元素遷移研究取得進展

最新 07-31

高場強元素Nb-Ta-Ti通常認為是流體不運移元素，常用來判別構造環境及熱液變質過程中計算元素遷移量的參考元素，高溫高壓實驗也證明TiO2在富水流體中溶解度極低，從而支持富水流體難以遷移Nb-Ta-Ti的觀點。然而在俯衝折返的榴輝岩中發現大量含金紅石的石英脈，指示在特殊條件下Nb-Ta-Ti是運移的。俯衝板片變質脫水形成的流體不只是簡單的富水流體，因為隨著溫度壓力的升高，水在熔體中的溶解度升高，同時熔體在水中的溶解度也升高，所以在高溫高壓條件下二者完全混溶形成富含硅酸鹽成分的超臨界流體，這種流體可能具有超強的元素遷移能力。榴輝岩中的石英脈通常認為是從超臨界流體中沉澱出來的，超臨界流體可以搬運高場強元素並且導致Nb/Ta分異，並且推測超臨界流體具備低Nb/Ta比值特徵，這種低Nb/Ta的超臨界流體從板片抽取後可以使殘留榴輝岩具備高Nb/Ta值從而解決「Nb-paradox」問題。這個假說是否成立取決於超臨界流體對金紅石的溶解能力以及Nb-Ta在金紅石與超臨界流體之間的分配行為，然而這個領域的實驗研究尚處於空白。

為了解決上述科學問題，中國科學院廣州地球化學研究所同位素國家重點實驗室博士生陳偉在研究員熊小林的指導下利用高溫高壓實驗手段研究了金紅石在富硅超臨界流體中的溶解度及Nb-Ta分配和分異行為，綜合溫度、壓力和流體成分的影響後可以得到以下結論：

（1）俯衝帶環境中超臨界流體是遷移高場強元素的有效介質。

（2）超臨界流體從俯衝板片抽取後並不能導致殘留榴輝岩具備高Nb/Ta比值的特徵。

（3）多數情況下超臨界流體從俯衝板片脫離後由於減壓和與地幔反應將分解為兩個不混溶流體相；稀的流體到達島弧岩漿源區直接觸發其熔融，而稠的流體相（像熔體）在板片/地幔界面交代地幔，可能並被板片拖到深部成為尾弧鹼性岩漿的源區。

由中科院先導專項B(XDB18000000)及國家自然科學基金（41373061）資助，研究成果6月份已發表在Journal of Geophysical Research: Solid Earth上。