石榴石和鋯石中O同位素環帶——對俯沖帶變質流體的記錄

俯沖帶俯沖物質的化學和機械混合對于俯沖帶地殼的形成和地球化學特征具有重要的意義。前人曾提出俯沖帶混雜巖的部分熔融是形成島弧巖石地球化學特征的重要原因。但也有研究顯示俯沖沉積巖熔融形成的火成巖鋯石中仍然能保留*的O同位素組成（δ¹⁸O高達28‰），表明俯沖物質的混合程度可能較小。然而，如果俯沖沉積物能夠將異常的O同位素組成（δ¹⁸O= ~7‰–42‰）輸入到弧下地幔，則很難解釋弧下地幔中O同位素的有限變化范圍。總之，俯沖變質作用過程中物質的混合作用仍然存在很大爭議。

針對以上科學問題，美國奧柏林學院Page等對卡特琳娜片巖混雜巖（）中角閃巖相變質燧石中的石榴石和鋯石進行了原位的O同位素分析

（1）主量元素分析顯示大顆粒的石榴石具有明顯的進變質環帶特征，即從核部到邊部石榴石具有降低的Mn含量和升高的Mg#，而小顆粒石榴石具有與大顆粒石榴石邊部類似的組成特征；

（2）石榴石核部具有極重的O同位素組成（δ¹⁸O = 20.8‰–26.3‰），而邊部O同位素組成較輕（δ¹⁸O = 10.0‰–11.2‰）；

（3）石英具有均一的O同位素組成（δ¹⁸O= 13.5‰）；

（4）鋯石核部具有振蕩環帶，具有石英、鉀長石和黑云母包裹體，表明為碎屑鋯石，鋯石核部外圍是一圈斑雜狀的生長邊，外側表現為深色的振蕩環帶（）；

（5）鋯石核部具有較低的O同位素組成（4.7‰ to 8.4‰），核部邊緣斑雜狀鋯石具有高的δ¹⁸O值22.6‰ ± 3.3‰，而邊部鋯石具有低的δ¹⁸O值12.9‰ ± 3.3‰，進一步的高空間分辨率的O同位素分析也獲得了一致的結果；

（6）鋯石核部年齡124.6 +1.4/-2.9 Ma，且具有高的Th/U比值(0.36–0.89)，鋯石邊部較年輕115.1± 2.4 Ma，且Th/U比值(0.02–0.13)較低。

結合前人研究結果，Page等約束了該石榴石英巖的變質溫壓條件約為550–650 °C，>1.1 GPa。該研究認為石榴石英巖原巖為混合的硅質巖石和中基性的火成巖，鋯石核部年齡為火成巖的殘留鋯石，兩者在俯沖帶發生混合，早期兩者處于封閉狀態，因此石榴石核部具有重的O同位素組成，隨著變質作用進行，外部流體逐漸加入，導致石英的O同位素組成降低，而石榴石和鋯石中O擴散較慢，因此保存了原巖重的O同位素，而邊部逐漸變低的特征。

該項研究表明：

（1）俯沖帶變質流體對島弧巖漿的產生和陸殼生長具有重要作用，但同時也可以減小俯沖物質間組成的差異；

（2）石榴石和鋯石能夠保存少量異常的地球化學特征，并進入深部地幔。