泥质岩及其变质脱水产物中含水矿物稳定性的实验研究.pdf

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1、第20卷第3期高压物理学报Vol.20，No.32006年9月CHINESEJOURNALOFHIGHPRESSUREPHYSICSSept.，2006文章编号：1000-5773（2006）03-0257-08泥质岩及其变质脱水产物中含水矿物!稳定性的实验研究1，2111，2李营，唐红峰，刘丛强，周志华（1.中国科学院地球化学研究所地球深部物质与流体作用地球化学研究室，贵州贵阳550002；2.中国科学院研究生院，北京100039）摘要：俯冲带沉积物（岩）的变质脱水作用对俯冲带流体组成、矿物和同位素组成及岛弧岩浆演化具有深远影响。以天然泥质岩为研

2、究对象，通过高温高压实验，确定了1.5~3.5GPa、746~930C条件下，俯冲带沉积物中绿泥石、绢云母及其脱水后产物角闪石和黑云母在俯冲带的稳定范围，绘制了高温高压条件下泥质岩体系相图。研究结果表明，在泥质岩体系中，绿泥石是最早发生变质脱水的矿物，在俯冲带50km深度以上全部分解，其分解产物———角闪石可携带流体进入到俯冲带85km处，黑云母则可俯冲至120km或更深的深度，据此可知，在俯冲带深部，沉积物完全脱水的深度范围（"120km）要大于蚀变洋壳（90~100km）。关键词：俯冲带；泥质岩；含水矿物；变质脱水作用中图分类号：O521.2；

3、P589.1文献标识码：A!"引"言［1］俯冲带流体由来源于俯冲板块的流体和来源于俯冲板块表层沉积物的流体组成。前者，已经有［2-7］众多学者对其形成机制、规模、深度范围及其影响等问题做出了深入、细致的研究。然而，对于后者的研究却尚未引起足够的重视，这部分流体是由俯冲沉积物经变质脱水作用释放出来、以H2O和CO2［8-10］［1］为主要组成的超临界变质流体，虽然其总量只占俯冲带流体总量的20%，但却具有很强的化学活动性，它参加到俯冲带流体循环中，能够引起物质和能量的大规模迁移，对地幔楔和地壳的物质组成（包括矿物、微量元素和同位素等方面的组成）、俯冲

4、带热结构和构造演化及岛弧岩浆演化造成深远影［1，11-14］［15］［1］［16］响。因此，Kerrick等、Peacock和Plank等均强调了对这部分流体的形成机制、产生过程和深度范围等问题进行研究的必要性及其重要意义。因此，对俯冲带沉积物（岩）在俯冲带深部的变质脱水过程，即其所含的含水矿物在俯冲带深部的稳定性的研究就显得尤为重要。目前已有的对俯冲沉积物（岩）中含水矿物稳定性的研究还比较薄弱，且存在一些不足：（1）采用简单模拟体系进行实验岩石学研究，即不考虑含Fe、Ca、Na的MgO-Al2O3-SiO2-H2O（MASH）和K2O-［18-2

5、0］MgO-Al2O3-SiO2-H2O（KMASH）体系进行实验岩石学研究，上述体系显然与天然泥质岩体系（K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O）有较大的差异；（2）针对单矿物为研究对象，通过高温高压实验讨论含水矿［22-23］物的稳定性，这与实际地质情况有所差异，因为在实际的俯冲带环境中所发生的脱水作用，并不只是单个矿物的简单脱水，还应包括多种矿物间的相互反应脱水；（3）采用内部一致热力学数据库、固溶体活度模型，利用计算机软件计算变泥质岩体系（即KFMASH（K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O）体系和［24-28

6、］其亚体系（KMASH、KFASH））中矿物相的组成，进而讨论其中含水矿物的稳定性，虽然其结果与实!收稿日期：2005-09-30；修回日期：2006-01-12基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目（KZCX2-SW-124）；国家自然科学基金项目（40272038）作者简介：李营（1978—），男，博士研究生，实验地球化学专业.E-mail：traceelement@Sohu.com258高压物理学报第20卷际岩石学研究接近，但却缺少俯冲带深部高温高压（>3.0Gpa，8l0C）条件下的研究，这对于俯冲带深［l3］部———榴辉岩相条件下含

7、水矿物稳定性的研究是不充分的。为此，Aizawa等采用天然泥质岩为研究对象，通过高温高压实验研究，得出了该体系中含水矿物的稳定性，但其全部实验的压力范围却分布于2.l~2.7Gpa和5.0~ll.0Gpa，在l.5~3.5Gpa这一重要的榴辉岩相变质压力范围内，没有足够的实验数据，这一结果显然也不能用于深入、细致地讨论泥质岩中含水矿物的稳定性。为使实验条件更加接近于地质实际，本工作同样选取天然泥质岩为研究对象，利用大腔体高压设备在l.5~3.5Gpa、746~930C条件下进行高温高压实验，通过对实验产物的矿物相组成研究，确定了俯冲带沉积物（岩）在

8、俯冲带进变质作用过程中所发生的一系列变质脱水反应，进而在前人结论的基础上，更加深入地探讨了沉积物（岩）及其变质脱水产物中含