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趙瑞鵬等-EPSL+CG:弧前蛇紋巖泥火山記錄馬里亞納俯沖板塊最早期的脫水和脫碳過(guò)程

  

橄欖巖蛇紋巖化伴隨著(zhù)天然氫氣和無(wú)機甲烷的形成與二氧化碳封存等多種地質(zhì)過(guò)程,受到廣泛的關(guān)注?;∏暗蒯Pㄉ呒y巖由俯沖板塊在弧前深度發(fā)生低溫脫水,在俯沖隧道中交代橄欖巖形成。蛇紋巖相對周?chē)蠙鞄r密度大大降低,因此所形成的蛇紋巖泥可夾帶橄欖巖、蛇紋巖和變玄武巖巖塊等,沿弧前斷裂噴發(fā)到弧前地殼形成蛇紋巖泥火山。馬里亞納弧前發(fā)育地球上僅有的、正在噴發(fā)的泥火山,實(shí)時(shí)記錄了淺部俯沖隧道中的流固反應過(guò)程,記錄了在成熟俯沖帶俯沖板塊最早期的脫水/脫碳和俯沖板塊含水礦物的形成過(guò)程。為了研究上述關(guān)鍵地質(zhì)過(guò)程,IODP 366航次對馬里亞納弧前三個(gè)蛇紋巖泥火山進(jìn)行了鉆探,它們分別是Yinazao、Fantangis?aAsùt Tesoru,對應的俯沖板塊深度分別為13、1418公里,記錄馬里亞納島弧最淺的俯沖隧道過(guò)程。

????近日,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所趙瑞鵬博士、李洪顏研究員和徐義剛院士與University of South FloridaJeffrey G. Ryan教授等人,系統研究了IODP 366航次鉆取的蛇紋巖泥火山及其中的變玄武巖包體,在俯沖板塊最早期的脫水/脫碳過(guò)程,以及俯沖板塊含水礦物形成的機制等方面取得了新認識。研究發(fā)現隨著(zhù)板塊俯沖深度增加,流體活動(dòng)性元素(FMEsB、Rb、CsLi在蛇紋巖中的富集程度逐漸增加。Yinazao蛇紋巖明顯富集SrBa,這與蛇紋巖中夾帶的變玄武巖虧損這些元素形成互補。蛇紋巖中FMEs87Sr/86Sr之間的相關(guān)性反映了俯沖板塊流體、地幔和俯沖板塊之間的相互作用。Yinazao蛇紋巖的Sr-BaAsùt Tesoru蛇紋巖中的B-Rb-Cs-Li富集的同時(shí),它們的87Sr/86Sr由介于沉積物和虧損地幔之間,向變玄武巖的平均值收斂。這些觀(guān)察結果表明,沉積物是俯沖板塊最早期釋放流體的來(lái)源,這些流體首先與地幔楔橄欖巖發(fā)生了反應,產(chǎn)生了高pH流體,此后與俯沖的海山玄武巖發(fā)生了反應。俯沖玄武巖中斜長(cháng)石的優(yōu)先分解導致高pH的蛇紋巖流體中所溶解的CaCO3沉淀,堿度降低,最終形成高Ca-Sr-Ba流體。長(cháng)石分解以后,硬柱石形成,此后粘土礦物分解,利蛇紋石向葉蛇紋石轉變,這些過(guò)程釋放出高B-Rb-Cs-Li和低Sr-Ba的流體。這一次流體釋放導致了在淺部俯沖隧道中早期沉淀的CaCO3的溶解,富Ca流體與其他礦物反應形成了異剝鈣榴巖組合和綠簾石。最后,這些流體演化成具有高堿度、低Ca-Sr-Ba、高B-Rb-Cs-Li的流體。該研究揭示出在俯沖隧道中,高pH流體對斜長(cháng)石早期分解、新的含水礦物生成以及CaCO3的沉淀起到至關(guān)重要的作用。本研究受到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目(2022YFF0801002)和國家自然基金項目(92258303)資助。


圖1 馬里亞納俯沖板塊最早期的脫水/脫碳過(guò)程


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論文信息:

Zhao, R.P. (趙瑞鵬), Li, H.Y.* (李洪顏), Ryan, J.G., Johnston, R.M., Jensen, O., Xu, Y.G. (徐義剛), 2024. Serpentinite geochemistry documents the earliest dehydration and decarbonation of the subducting slab beneath the Mariana forearc. Earth and Planetary Science Letters 637: 118748

論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118748

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Zhao, R.P.* (趙瑞鵬), Li, H.Y.* (李洪顏), Ryan, J.G., Wei, X., Yang, S.X., Xu, Y.G., 2024 (徐義剛). Geochemistry of metabasite in Mariana forearc serpentinite mudflows documents interactions between serpentinizing fluid and subducted seamount basalts. Chemical Geology 655: 122090

論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122090



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