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俯冲带地幔楔高导异常的成因取得新认识

发布时间:2017-05-19

大地电磁测深结果显示,在俯冲带地幔楔前弧近海沟和背弧广泛地存在着高导异常区,其电导率高达~1 S/m。造成电导率异常的机理,一直以来是地球科学中极具争议的问题之一。目前较常见的解释是部分熔融产生的熔体或含水矿物在俯冲过程中脱水所形成的自由水所致。这些不同的解释模型,对认识俯冲带内水的迁移和循环、岩浆活动等有重要的意义。 

中国科学院地球化学研究所代立东课题组结合实验岩石学和俯冲带热结构模型,对俯冲带地幔楔背弧高导异常区进行了电导率的实验研究。基于实验岩石学的研究表明,绿帘石-黝帘石为代表的含水矿物能够把可观的水通过俯冲地壳迁移到超过角闪石温度深度的地幔。由此,在地球内部物质高温高压院重点实验室的高温高压电导率测量实验平台上,首次展开了绿帘石的电导率实验研究,对地幔楔背弧深部的高导异常提供了一个新的解释。研究发现:(1)压力对绿帘石的影响相对于温度比较弱;(2)绿帘石在1073 K左右发生脱水反应,在1273 K下高达~1 S/m的电导率可能是由绿帘石脱水反应所释放的水流体所致;(3)在高温脱水之后,绿帘石的电导率比脱水时要低1个数量级之多;(4)结合俯冲带岩石和热结构模型,认为在热俯冲带地幔楔深部位于70-120 km处的高导异常,是由绿帘石脱水反应所释放的水流体所致。该研究成果打破了地幔楔深部的异常高导层只由部分熔融所引起的单一认识。 

  

 

   (a) 俯冲带的矿物模型图; (b) 实验数据基于的电导率-深度剖面和不同俯冲带的热结构;红色区域为异常高导区。 

该成果得到了中国科学院先导专项(XDB 18010401)、中国科学院地球化学研究135项目、中国科学院百人计划项目、国家自然科学基金项目 (41474078, 4130406841174079) 等项目的联合资助。 

该研究,2017年最新发表: 

Hu Haiying, Dai Lidong*, Li Heping, Hui Keshi and Sun Wenqing. Influence of dehydration on the electrical conductivity of epidote and implications for high conductivity anomalies in subduction zones. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2017, 122, doi: 10.1002/2016JB013767. 

全文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JB013767/full 

(高压室代立东组供稿)