俯冲带中大理岩与榴辉岩的Mg-Fe-C-O同位素迁移

作者：闫伟豪; 王勤; 李伟强^*

来源：地质学报, 2022, 96(02): 500-516.

DOI：10.19762/j.cnki.dizhixuebao.2021169

• 大别山
• 大理岩
• 榴辉岩
• 镁同位素
• 铁同位素
• 碳氧同位素
• 碳酸盐化

碳酸盐岩和碳酸盐化岩石是俯冲带中碳的主要地质载体。俯冲-折返的超高压变质岩记录了俯冲隧道中流体-岩石的相互作用与元素迁移，是研究地球内部元素循环的重要媒介。本文采集了大别造山带罗家岭互层状产出的大理岩和榴辉岩，建立了横跨岩性界面的矿物组成、显微结构和Mg-Fe-C-O同位素剖面。大理岩中主要组成矿物为白云石，其次为方解石、石英、黑云母和绿帘石等。靠近榴辉岩，大理岩中的方解石含量逐渐升高，在大理岩和榴辉岩界面中方解石是主要的碳酸盐矿物。榴辉岩经历了角闪岩相的退变质作用，主要组成矿物为石榴子石、角闪石、石英和云母，含少量方解石和白云石。罗家岭大理岩的δ~(26)Mg(相比于DSM-3标样)值为-1.66‰～-1.51‰。相对于玄武质原岩(δ~(26)Mg=-0.25‰),罗家岭榴辉岩具有轻Mg同位素组成(δ~(26)Mg=-1.48‰～-1.25‰)。大理岩的δ~(56)Fe(相比于IRMM-14标样)值为-0.62‰～-0.56‰,榴辉岩具有较重的Fe同位素组成(δ~(56)Fe=0.16‰～0.45‰)。大理岩和榴辉岩中的碳酸盐矿物具有显著的C-O同位素变化(δ~(13)C=-3.4‰～2.2‰,δ~(18)O=7.6‰～14.3‰),且δ~(13)C与δ~(18)O呈正相关关系。研究结果表明：大理岩和榴辉岩界面的机械混合作用使榴辉岩中含有孤立的碳酸盐矿物，并促进了大理岩和榴辉岩之间的反应，但是机械混合作用影响范围只有几厘米。俯冲带中的流体活动促进了大理岩中白云石分解和元素迁移，使榴辉岩获得大理岩的轻Mg同位素信号，甚至直接携带碳酸盐矿物进入地幔。从大理岩到榴辉岩Fe同位素的扩散迁移可以导致榴辉岩具有较重的Fe同位素组成，而大理岩具有较轻的Fe同位素组成。碳酸盐化榴辉岩是驱动地球深部碳循环和造成地幔Mg同位素不均一性的重要载体。

• 单位
  内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室; 南京大学