俯冲侵蚀是大洋俯冲过程中的基本地质过程，是地表物质进入地球深部的主要机制，对于地球深部物质循环至关重要。然而，前人对于俯冲侵蚀的研究，集中在现代活动大陆边缘的地球物理观测以及数值模拟上，如何在古俯冲带或板块缝合带中识别地质历史时期的俯冲侵蚀作用一直是研究难点，尤其是通过对板块缝合带中特殊变质岩石组合及变质演化历史来研究或反演上述地质过程，目前还鲜有研究涉及。中国科学院广州地球化学研究所岩石学学科组博士张修政、研究员王强及其合作者，以龙不错-双湖-澜沧江缝合带西段香桃湖地区石榴石十字石白云母片岩为研究对象，通过系统的变质演化以及物源分析，揭示古特提斯洋俯冲过程中的俯冲侵蚀作用。



香桃湖地区石榴石十字石云母片岩经历两期变质作用：（1）早期低温高压变质作用（M1）；（2）峰期角闪岩相变质作用（M2）。早期蓝片岩相变质作用（M1）的矿物组合为石榴石变斑晶中多硅白云母（低温高压特征矿物）和石英包裹体，以及与包裹体相邻的富钙的石榴石幔部，其变质条件为P=0.8-1.1 GPa，T=402-441°C，具有较低的地温梯度（~10°C/km），形成于典型的俯冲带环境。对于其原岩物源分析结果表明，其原岩为俯冲带上盘北羌塘活动大陆边缘沉积，峰期锆石（~350Ma）来自于相邻石炭纪岛弧岩浆岩（图1）。上述结果表明，俯冲带上盘活动大陆边缘可能遭受了显著的俯冲侵蚀作用，导致一部分上盘物质被侵蚀进入俯冲通道，从而经历早期低温/高压变质作用（M1）。



俯冲侵蚀作用可以导致大量低密度物质在短时间进入俯冲通道，并集聚在俯冲带上盘底部，由于浮力作用，这些低密度物质可能沿着俯冲带上盘的构造薄弱带底辟侵入到上盘地幔或中下地壳中。香桃湖片岩峰期角闪岩相变质作用（M2）变质条件为P=0.3-0.5GPa，T=470-520°C，其地温梯度（>25°C/km）明显要高于俯冲带环境，其温度压力条件与俯冲带上盘中下地壳层次P-T条件相近，且与区域古老的深部地壳岩石（斜长角闪岩）伴生，因此M2变质作用可能是由于俯冲侵蚀后的底辟作用所致（图2）。因此，香桃湖片岩的整个变质演化过程记录了上盘物质的被侵蚀进入俯冲通道、早期俯冲并遭受低温高压变质作用（M1）、后期底辟进入上盘中下地壳遭受角闪岩相变质叠加（M2）等一系列完整的构造演化过程（图2）。



该研究首次从变质演化角度揭示大洋板块俯冲过程中的俯冲侵蚀作用，并暗示在低温/高压变质带中出露的这类遭受中-高温变质叠加的特殊岩石，可能对识别古俯冲带中的俯冲侵蚀作用具有重要启示意义。



相关研究成果发表在Geochemistry Geophysics Geosystems上。

图1.香桃湖地区石榴石十字石云母片岩的物源分析及构造背景

图2.古特提斯洋演化过程中俯冲侵蚀作用的识别

来源：中国科学院广州地球化学研究所

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