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东南极Mather半岛超高温麻粒岩中的“纳米花岗岩”研究:对变质-深熔历史和初始熔体成分的制约

批准号:
42102043
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘兆
依托单位:
学科分类:
岩石学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘兆

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
高级变质作用通常伴随着地壳岩石的部分熔融,熔体汲取、迁移到就位形成花岗岩的过程,导致地壳在化学成分和结构上发生分异。但是,目前对于地壳岩石的熔融机制、过程以及初始熔体成分尚缺少有效的限定。麻粒岩中的“纳米花岗岩”(即部分或完全结晶的熔体包裹体)为我们直接观察和研究地壳初始熔体提供了重要窗口。Mather半岛位于东南极茹尔群岛南缘,该地区出露的超高温麻粒岩是受多期变质事件影响的复合变质地体,其中保留有较多“纳米花岗岩”包裹体。本项目拟对“纳米花岗岩”包裹体开展精细的岩相学和地球化学研究(如主、微量元素以及H2O和CO2成分),结合P–T轨迹构建和年代学分析,从“纳米花岗岩”的视角为研究区超高温地体的变质-熔融历史提供严格约束。本项目的实施不仅可以加深对超高温条件下地壳熔融机制和初始熔体成分的认识,而且让我们能够从源区视角讨论花岗岩的成因,进而为地壳分异和地球深部动力学过程提供重要约束。
英文摘要
High-grade metamorphism is usually accompanied with partial melting of the crustal rocks, and the subsequent segregation and emplacement of melts are the mechanisms that control the crustal differentiation in chemical compositions and structures. However, melting mechanisms and processes of crustal rocks, and the starting compositions of melts, are still poorly constrained. “Nanogranitoid” inclusions (i.e. partially to totally crystallized melt inclusions) within granulites provide us with a window to directly observe and investigate the pristine crustal melts. Mather Peninsula is located in the south of the Rauer islands, East Antarctica. UHT granulites cropping out in this region were considered as ploy-metamorphic terranes, which retained amounts of “nanogranitoid” inclusions. This proposed project will be focused on the petrography and geochemistry (i.e. major and trace elements, H2O and CO2) of the “nanogranitoid” inclusions. Coupled with P-T path and geochronological results, this study will provide precise constraints on the metamorphic–anatectic processes from a perspective of “nanogranitoid”. This project will not only shed light on the melting mechanisms of crustal rocks under UHT conditions and the pristine melt compositions, but also enable us to discuss the genesis of granitoids from the standpoint of magmatic source, and therefore, may provide valuable insights into the crustal differentiation and the dynamic process of the deep crust.
本课题聚焦东南极茹尔群岛超高温变质-深熔作用研究,重点关注转熔石榴子石中的“纳米花岗岩”包裹体,取得了如下进展:(1) 我们在梅瑟半岛含假蓝宝石泥质麻粒岩的石榴子石中首次发现了大量的“纳米花岗岩”包裹体,借助活塞圆筒,在12 kbar、950 ℃和加热时长为1小时的条件下,实现了纳米花岗岩的均一化。地球化学分析表明它们具有高硅、富钾和强过铝质的特征,计算结果表明,超高温地壳熔体具有低粘度 (104.9±1.2 Pa•s) 和高生热值 (∼2.8 μW/m3) 的特征,因此,超高温变质作用会导致地壳生热元素的分异,此外,我们通过“纳米花岗岩”的成分对岩石进行了熔体恢复,进而修正了岩石的P-T轨迹;(2) 茹尔群岛的石榴子石-斜方辉石麻粒岩仅保留的泛非期的变质年龄,因此适合讨论泛非期构造-热事件的性质、峰期变质时间以及变质作用持续时间,熔体包裹体的发现表明岩石经历了深熔作用,锆石、独居石年代学以及其中的包裹体研究表明,峰期变质作用发生于540 Ma,之后经历了漫长的退变质演化,花岗质熔体的存在导致独居石同位素体系的重置;(3) 为了揭示茹尔群岛与其附近的西福尔丘陵的亲缘性,我们对西福尔丘陵的高级变质岩开展了精细的变质岩石学和年代学研究,结果表明,西福尔丘陵遭受了至少三期热事件的影响,分别是新太古代-晚元古代麻粒岩相变质作用、格林维尔期局部的麻粒岩相变质作用、泛非期低温叠加,进一步支持西福尔丘陵与茹尔群岛隶属于不同的地体,加深了我们对东南极茹尔群岛乃至普里兹湾地区的构造-热演化过程的理解。
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