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张聪课题组: 石英拉曼光谱学压力计及其对松多古特提斯俯冲洋壳折返机制的限定

洋壳型榴辉岩是俯冲带重要的岩石类型之一，记录了大洋岩石圈从俯冲到折返的动力学过程。洋壳俯冲过程中存在丰富的流体活动，其化学成分容易发生改变而引起热力学不平衡，导致基于矿物化学成分计算得出的洋壳型榴辉岩变质温度、压力条件变化较大而存在争议。石英拉曼光谱学压力计是一种基于矿物包裹体拉曼光谱位移来计算包裹体剩余压力的物理学计算方法，受矿物化学成分变化影响小，因此是一种可应用于洋壳俯冲型榴辉岩变质压力计算的方法。

图1 拉萨地块松多高压变质带的位置及榴辉岩分布

(a)松多高压变质带在青藏高原的位置；(b)松多高压变质带岩石组成及榴辉岩分布特征；(c)新达多榴辉岩及含石榴石白云母片岩的野外接触关系；(d)松多榴辉岩；(e)吉朗细粒榴辉岩露头特征。（据Zhang et al., 2019a）

近年来，中国地质科学院地质研究所张聪副研究员团队对青藏高原拉萨地块中部的松多高压/超高压变质带（图1）开展了系统的变质地质学与石英拉曼光谱学研究工作。取得的主要进展如下。

（1）重建了松多高压变质带P-T轨迹。变质岩石学与相平衡模拟结果显示，松多榴辉岩峰期变质温压条件分布较为宽泛（430-760℃，24-37kbar, 图2, 3a），经历了低温高压-超高压的变质作用。温压条件计算结果宽泛的原因，可能是不同的温压条件计算方法及矿物未平衡等多重因素所导致。结合前人研究的成果，得出松多变质带属于典型洋壳俯冲带的结论，认为此变质带记录了松多古特提斯洋深俯冲、折返等地球动力学过程。（Zhang et al., 2019a, b）

图2 松多高压变质带不同岩石类型温压条件图（Zhang et al., 2019a）

（2）获得了榴辉岩中石英包裹体剩余压力（包裹体在刚性矿物中的残余应力）。利用地质所拉曼光谱实验室LABRAM HR Evolution高分辨率显微激光拉曼光谱仪，对松多古特提斯缝合带中新达多、吉朗和西朗三个地区五个榴辉岩样品开展了石英拉曼光谱压力计测试，得到封存于石榴石中的石英包裹体中保留了0.20-0.54 GPa剩余压力（图3b）。变质相平衡模拟寄主岩石峰期温压条件与拉曼光谱压力计测得矿物包裹体剩余压力研究显示，同一地区石英剩余压力与寄主岩石的压力值呈正相关关系（图3c），表明石英拉曼光谱压力计可以对相同地区的榴辉岩峰期压力条件进行对比（Zhang et al., 2021）。

（3）提出拉曼光谱剩余压力还受控于榴辉岩折返机制的认识。松多地区榴辉岩折返时间与保存的剩余压力呈现明显的负相关关系（图3d），与弹性力学数值模拟计算得到的结果相吻合。这些研究结果表明，石英剩余压力不仅受控于寄主岩石的峰期温压条件，而且同时受控于榴辉岩的折返机制。

上述研究成果表明，石英包裹体拉曼光谱压力计基本不受矿物化学成分变化的影响；石英包裹体拉曼光谱压力计可用来约束高压变质峰期温压条件，能够很好地反映高压岩石所在块体的折返速率及相关动力学过程。本研究创新应用石英包裹体拉曼光谱压力计约束松多变质带的变质过程，提出了该压力计不仅受控于榴辉岩的峰期变质条件，而且同时受榴辉岩折返机制影响的认识，是研究洋壳俯冲型榴辉岩变质演化的新方法。

图3 拉曼光谱压力计在松多高压带岩石学研究的应用

（a）西朗地区榴辉岩变质视剖面图；（b）松多变质带不同地区榴辉岩中石英包裹体拉曼光谱测试剩余压力分布；（c）剩余压力与寄主岩峰期变质压力关系图；（d）剩余压力与榴辉岩折返时间差关系图。

本研究受到国家自然科学基金项目（41972064, 41872067, 41630237，41750110483），中国地质调查局地质调查项目（DD2019006）联合资助，相关成果发表在国际地学期刊Gondwana Research、Geological Society London Special Publication和Geological Magazine上。

Zhang, C., Bader, T., Liu, X.Y., Shen, T.T., Xiang, Z.Q., Qiu, T., 2021. Raman geobarometry of quartz inclusions in eclogitic garnet constrains the metamorphic evolution and exhumation of the Sumdo oceanic slab in Tibet. Gondwana Research, doi.org/10.1016/j.gr.2021.05.015.?

Zhang, C., Bader, T., van Roermund, H.L.M., Yang, J.S., Shen, T.T., Qiu, T., Li, P., 2019a. The metamorphic evolution and tectonic significance of the Sumdo HP/UHP metamorphic terrane, central-south Lhasa block, Tibet, in: Zhang, L.F., Zhang, Z.M. (Eds.), HP-UHP Metamorphism and Tectonic Evolution of Orogenic Belts. Geological Society Special Publication, 474: 209-229.

Zhang, C., Bader, T., Zhang, L., Shen, T., Li, P., Li, X., 2019b. Metamorphic evolution and age constraints of a garnet-bearing mica schist from the Xindaduo area of the Sumdo (U)HP metamorphic belt, Tibet. Geological Magazine, 156, 1175-1189.

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