俯冲地壳的化学变化与差异折返深

1、项目名称：深俯冲地壳的化学变化与差异折返首席科学家：郑永飞 中国科学技术大学起止年限：2009.1至2013.8依托部门：中国科学院一、研究内容1. 总体设想以俯冲带深部流体活动与地壳折返为主线，以深俯冲地壳的化学分异与拆离解耦为切入点，通过地质学和地球化学综合研究出露在我国中部东西向5000km长造山带范围内的典型大洋型和大陆型超高压变质岩及其有关岩石，认识典型超高压变质带的结构和组成，揭示陆壳与洋壳深俯冲和折返之间的差异和转换过程，恢复深俯冲地壳的原岩性质及其形成的大地构造背景，认识洋壳和陆壳俯冲带深部流体活动差异及其动力学效应的关系，深入探讨下列深层次科学问题，为建立大陆深俯冲和折返的理

2、论体系提供关键科学依据：(1) 深俯冲陆壳的多岩板差异折返与发生机制；(2) 深俯冲地壳性质对流体活动和元素迁移的制约；(3) 深俯冲地壳对邻区岩石圈及上地幔的影响；(4) 洋壳与陆壳深俯冲的时空转换与动力学联系。2. 拟解决的关键科学问题大陆和大洋地壳俯冲到地幔深部，导致了超高压变质岩的形成。国际学术界越来越意识到，应充分重视地壳俯冲和折返过程中的解耦和差异折返，特别是俯冲和折返过程中的流体活动与化学分异。根据我国超高压变质岩的具体地质条件和国内外研究现状，本项目将“俯冲带深部流体活动与地壳折返”作为核心科学问题，试图解决：(1) 超高压变质岩在地幔深部形成后是如何折返回到地壳浅部的？(2)

3、 高压/超高压矿物脱水和熔融如何支配俯冲带深部流体的形成和演化？(3) 洋壳与陆壳深俯冲和折返过程中的流体活动和化学变异有何差异？(4) 俯冲带深部流体活动是如何支配元素和同位素分异以及交代周围岩片的？3. 主要研究内容(1) 深俯冲陆壳的多岩板差异折返与发生机制在认识大别-苏鲁等超高压造山带内部主要构造岩片的组成及其在造山带中分布的基础上，通过对其中有代表性的构造岩片进行深入研究，阐明深俯冲大陆岩板的非均衡演化机理，重建深俯冲陆壳内的拆离解耦和差异折返过程，探讨大陆碰撞过程与上述重要构造事件之间的内在成因联系。深俯冲陆壳非均衡变质：系统研究和对比出露于造山带不同部位的俯冲大陆上下地壳岩石的变

4、质演化和流体活动历史，阐明大陆上下地壳在深俯冲和折返过程中非均衡变质演化的机理，探讨非均衡变质演化对深俯冲陆壳内的拆离解耦和差异折返的影响和控制。深俯冲陆壳流变学非均衡演化：对构成超高压变质带主体的长英质岩石和其中的特征矿物(如石英、柯石英、斜长石、云母、角闪石、石榴子石和辉石等)，进行高温高压变形实验，建立相应的流变方程。同时，对大别-苏鲁地区的高压-超高压韧性剪切带进行几何学、运动学和年代学分析。二者结合，测定深俯冲陆壳岩石流变学参数和流变应力强度，分析上下地壳流变学性质差异，揭示流变学差异对深俯冲陆壳拆离解耦和差异折返的控制机理。拆离解耦岩片的精细年代学和地球化学：对大别-苏鲁地区代表性

5、构造岩片进行系统的Pb同位素填图，确定特征岩片的圈层性质及其区域分布; 对代表性岩片进行精确定年，确定它们的俯冲变质时代、退变质时代和冷却史，进而厘定深俯冲陆壳的拆离解耦和差异折返过程。同时，还将研究陆壳深俯冲和折返过程中某些特征元素(如Zr、Nb、Ta等)的地球化学行为和Li、B、Sr等同位素的分异机制及其化学地球动力学意义。此外，我们还将对碰撞造山带和邻区中生代岩浆岩进行锆石年代学、包裹体矿物学和岩石地球化学研究，从中寻找俯冲华南陆壳再循环和导致华北南缘地壳增厚的信息。深俯冲陆壳折返的流变学及其构造过程：针对南大别的高压-超高压变质岩片，在变质岩石学、地球化学和年代学研究基础上，通过详细解

6、析它们的几何学和运动学特征和流变学特点，反演代表性拆离解耦岩片折返的精细构造过程，并试图就变质矿物微观定向与大陆碰撞宏观构造应力之间的关系进行探索。针对大别-苏鲁造山带发育的造山后伸展构造，开展几何学、运动学、变形序列和构造年代学研究，重建大别-苏鲁造山带垮塌的构造过程，探讨造山带垮塌对俯冲大陆下地壳出露的控制机理。进一步确定陆壳超深俯冲和折返的深度：俯冲到350 km深度的陆壳是如何折返的？它与俯冲到100-200 km的岩板折返历史有何差异？这些都是深化超高压变质岩折返机制研究有重要意义的课题。本项目将继续研究超高压变质岩中的特殊超高压矿物和出溶结构，并配套开展超深条件下的高温高压实验加以

7、验证，在此基础上进一步确定大陆地壳的俯冲深度，为深入研究大陆超深俯冲和折返过程提供关键的制约参数。(2) 深俯冲地壳性质和变质作用对流体活动和元素迁移的制约恢复超高压变质岩的原岩组成和大地构造背景：如何就大陆碰撞对地壳变质改造之后正确恢复原岩性质和成因，如何识别变质脱水和部分熔融对原岩岩石学和地球化学组成的改变，在此基础上确定深俯冲陆壳性质对拆离解耦的控制，是深化大陆碰撞研究的前沿和热点问题。本项目拟系统研究大别-苏鲁造山带超高压和非超高压变质岩的原岩组合、主要和微量元素组成、稳定和放射性同位素组成，结合锆石U-Pb定年和Lu-Hf同位素示踪，确定大陆地壳在俯冲之前的组成和结构及其大地构造背景

8、。陆壳与洋壳深俯冲和折返差异及其动力学联系：对西南天山和柴北缘-北祁连高压-超高压变质带进行大比例尺野外填图和室内岩石学研究，确定大洋型和大陆型高压-超高压变质带的岩石组合及空间分布。针对难得的大洋型超高压带，重点研究洋壳俯冲有关的流体活动和元素分异，并探讨低密度围岩对洋壳超高压榴辉岩折返的控制作用。针对柴北缘地区的大洋型和大陆型超高压岩石，进行深入的岩石学、矿物学、地球化学和精细年代学研究，结合热力学模拟计算，探讨洋壳深俯冲向陆壳深俯冲转换和折返的物理化学过程及其动力学联系。 深俯冲地壳的化学变异：目前有待解决的许多重大地球科学问题，如大陆地壳和亏损地幔的Nb/Ta比值不能相互匹配，耦合问题

9、；已有实验解释的洋壳俯冲过程中的元素分异规律可以很好解释地幔HIMU端元的高放射成因Pb，但却无法解释其Sr-Nd同位素特征问题，都与我们对板块俯冲过程中地球化学分异机制的认识不足有关。近20年来，由于超高压变质岩石学的研究进展，人们发现了大量板块深俯冲形成的榴辉岩和超高压变质岩，为人们直接观察俯冲板片内发生的地球化学分异现象提供了样品条件。此外，以高精度离子探针和激光ICP-MS为代表的痕量元素微区分析技术的发展和普及，为观察变质反应过程中元素、乃至同位素的分配，分异规律提供了分析技术条件。本项目将进一步研究大陆地壳深俯冲与折返过程中某些特征元素(如REE、Nb、Ta、Zr等)和Li、B、S

10、r等非传统同位素的地球化学行为，完善我们对板块俯冲过程中发生的地球化学分异规律的认识。(3) 深俯冲地壳对邻区壳幔结构和组成的影响深俯冲陆壳的熔/流体活动及壳幔相互作用：对超高压变质岩进行详细的岩石学和地球化学研究，结合热力学计算和模拟，研究大陆地壳在俯冲和折返过程中流体活动的性质、时间和尺度、对应的元素分异和释放机制等。同时应用多种定年手段，系统测定熔/流体活动的时间序列。详细测定熔/流体组份和产物的元素和同位素组成，查明流体的成分和来源。另一方面，我们还将深入研究发育在超高压变质带中的地幔橄榄岩，探讨陆壳俯冲和折返过程中所析出的熔/流体对邻区地幔的交代作用。深俯冲华南陆壳对邻区岩石圈的改造

11、：对华北南缘的中生代岩浆岩系列及其中的各类深源包体(地幔橄榄岩、榴辉岩、麻粒岩和辉石岩等)，进行更为系统的岩石学和地球化学研究，进一步阐明深俯冲华南地壳改造上覆华北岩石圈的范围、程度、过程和机理。 造山带去根过程与俯冲陆壳物质再循环：对大别-苏鲁造山带碰撞后岩浆岩，特别是具有埃达克质特点的岩石，进行同位素年代学和地球化学研究示踪其去根过程，通过对大别-苏鲁造山带及邻区中生代幔源镁铁质岩浆岩的同位素年代学和地球化学研究示踪再循环物质对地幔的影响范围。(4) 洋壳与陆壳深俯冲的时空转换与动力学联系洋壳俯冲带深部流体活动与元素分异：超高压变质的洋壳岩石是经历了深俯冲、发生了脱水过程的残留物质，因此研

12、究这些岩石的化学变化对于深入探讨洋壳俯冲带深部流体活动与元素和同位素分异之间的关系、流体活动对岛弧岩浆的贡献都具有重要意义。洋壳与陆壳俯冲转换的时空记录：确定同一造山带洋壳俯冲产物岛弧岩浆侵位与高压变质岩形成之间在时间上的差别、陆壳深俯冲超高压变质与浅俯冲低级变质在时间上的差别，厘定它们在碰撞造山带内部的空间配置关系，认识洋壳与陆壳俯冲转换之间的时空记录。查明同一造山带洋壳消减历史、洋陆转换及陆壳俯冲过程，对比洋壳和陆壳俯冲形成的高压/超高压变质岩在结构、组成和演化等方面的异同点，特别是对秦岭-大别衔接带洋壳与陆壳俯冲之间的继承转换关系，将古生代大洋俯冲、弧陆碰撞和中生代大陆俯冲、陆陆碰撞作为

13、一个统一的构造过程来考虑，揭示洋壳与陆壳俯冲在时空转换上的过程和机制。深俯冲洋壳与陆壳折返的流变学及构造背景：针对我国洋壳深俯冲和陆壳深俯冲共存的地质事实，研究洋-陆俯冲、陆-陆俯冲导致超高压变质岩形成及其折返的构造背景、驱动机制和动力学过程，认识洋壳和陆壳岩石在深俯冲和折返过程中的流变学特征及差异，建立典型大洋和大陆俯冲带的构造格架，完善大陆动力学体系的重要步骤。确定不同岩片的边界断裂及其活动历史，探究造山带垮塌对深俯冲地壳折返记录的改造，为解耦岩片折返运动和空间配置提供构造制约，理解深俯冲岩石折返机制。二、预期目标1. 总体目标查明深俯冲洋壳和陆壳在岩石组成、熔/流体活动和变质演化等方面的

14、差异，确定洋壳和陆壳俯冲碰撞造山带的大地构造格架和变形特点，认识典型超高压变质带的结构和组成，揭示陆壳与洋壳深俯冲和折返之间的差异和转换过程，恢复深俯冲地壳的原岩性质及其形成的大地构造背景，明确深俯冲陆壳对邻区岩石圈的影响，阐明深俯冲陆壳拆离解耦和差异折返的机理和过程，为建立大陆深俯冲和折返理论体系提供关键科学依据。将中国的洋壳和陆壳深俯冲超高压变质带建设成为国际上超高压变质与大陆碰撞造山研究的经典范例，使之成为大陆动力学研究的理论培育基地。2. 五年预期目标2.1 科学研究任务针对在我国中部东西向5000km长造山带范围内出露的典型大洋型和大陆型超高压变质岩及其有关岩石：(1) 确定东部中生

15、代深俯冲陆壳折返过程中拆离解耦的构造岩片的野外分布，恢复深俯冲大陆地壳的组成和结构及其大地构造属性；(2) 完成西部古生代洋壳和陆壳超高压带的大比例野外填图，确定其岩石组合类型及其野外分布关系，划分不同岩石构造单元，确定其原岩属性；(3) 完成东部深俯冲陆壳代表性拆离解耦岩片的精确定年，确定其冷却史及差异折返构造过程；(4) 确定东部和西部超高压造山带垮塌的岩石学记录，追溯其构造演化过程；(5) 确定大陆上下地壳的流体含量差异及其对深俯冲陆壳内拆离解耦的控制机理，确定超深俯冲陆壳初始折返的深度； (6) 确定深俯冲地壳折返过程中熔/流体活动的性质和规律，限定这些熔/流体的成分特征，探讨熔/流体

16、活动导致的俯冲板片化学变异及其内在成因联系；(7) 明确这些熔/流体对邻区地壳和上地幔的交代过程和机理, 阐明深俯冲华南陆壳对华北南缘深部陆壳和岩石圈地幔改造的规模、程度、过程和机制;(8) 明确高压-超高压洋壳和陆壳成因榴辉岩的折返机制，揭示洋壳与陆壳在俯冲和折返方面的转化过程及其动力学联系，明确东/西部中/古生代陆/洋壳深俯冲和折返的区域构造背景。(9) 认识地壳深俯冲过程中的化学变化，获得洋壳与陆壳俯冲转换的时间-空间记录； 2.2 对国家科学发展的贡献提高中国科学家在俯冲带深部流体活动与超高压变质领域的综合学术优势，培养和造就一批国际知名的中青年专家，为发展板块构造理论做出原创性贡献。

17、2009年在中国成功举办第九届国际榴辉岩大会，2012-2013年在中国举办一次以超高压变质与大陆深俯冲为主题的国际性学术会议，并在其它大型国际学术会议上组织34个专题。在国际重要SCI刊物上发表60-80篇高质量的科学论文，争取在国际一流刊物组织1-2期专辑，由国际著名出版社出版总结本项目的研究专著。三、研究方案1. 总体思路地壳俯冲形成超高压变质岩之后又折返回到地壳层位是极其复杂的地质过程，涉及不同层次的上地壳、下地壳和地慢之间大规模的物质或能量交换，在这个过程中不同层次岩石的组成、结构及空间关系均发生了变化。本项目将集中目标，以中国中部东西向5000km长造山带范围内与地壳深俯冲和超高压

18、变质有关的若干典型地区为研究对象，力争在大陆板块深俯冲和折返问题的认识上有所突破。因此，本项目的核心是研究俯冲带深部流体活动与地壳折返，认识洋壳和陆壳深俯冲和折返过程中的流体活动及其元素分异，确定超高压岩石折返对造山带结构、组成和运动规律的影响。项目拟采取的总体工作思路是选择具有代表性和研究基础雄厚的典型高压/超高压变质带进行重点解剖，以求获得“点”上的突破。并与其它高压/超高压变质带对比验证，以求获得更具普遍性的结论。准确描述深俯冲地壳的化学变异和折返过程是本项目的研究主题。针对这一主题，我们已在中国东西向展布的高压/超高压造山带作了大量基础工作，初步掌握了主要构造岩片的组成和在造山带中的分

19、布。本项目将在此基础上，对其中代表性岩片进行深入的综合研究，确定不同岩片代表的不同层次深俯冲地壳折返过程中非均衡物理-化学变化的程度及其产生机制，认识深俯冲地壳性质及其对流体活动和拆离解耦的控制，重建深俯冲陆壳内的拆离解耦和差异折返过程，探讨大陆碰撞过程对一些重大地质事件的控制机理。通过直接观察俯冲板片的化学变化来示踪板块俯冲过程中伴随变质脱水和部分熔融过程中所发生的元素和同位素分异，能够弥补前人仅通过岛弧火山岩进行示踪研究的不足。针对洋壳在俯冲进变质过程中脱水与微量元素迁移之间的关系，本项目利用中国东部和西部大量折返到地表的超高压岩片进行对比研究，力图解决地壳俯冲和折返过程中元素迁移和化学分

20、异的岩石学和地球化学机制和过程。因为含水熔体和超临界流体具有高的微量元素溶解度，所以它们在俯冲带变质过程中是否出现，对研究元素迁移的能力和规模具有重要意义。我们计划通过研究地壳俯冲和折返过程中脱水和熔融发生的条件和时间，认识洋壳和陆壳俯冲带高压-超高压进变质过程中元素和同位素在开放或封闭体系中迁移的程度和机制。认识陆壳和洋壳深俯冲和折返差异及其动力学联系，是深化大陆地壳深俯冲研究的重要方向。我们已在西南天山和柴北缘地区识别出洋壳变质的超高压榴辉岩，在柴北缘地区还同时发育陆壳变质的超高压岩石。而秦岭与大别造山带之间的桐柏地区是连接西部古生代洋壳与东部中生代陆壳俯冲的枢纽。本项目将把研究重点放在西

21、部洋壳与东部陆壳俯冲折返产物的对比上。通过对西部地区变质洋壳榴辉岩及其围岩的研究，对比研究这两类超高压岩石的演化过程，判断洋壳与陆壳深俯冲和折返之间的衔接和转换过程及其动力学联系，探讨洋壳与陆壳俯冲之间的差异和继承关系，认识大陆板块在俯冲/折返过程中出现差异性解耦的原因。针对深俯冲陆壳对邻区岩石圈的改造，本项目将集中在大别-苏鲁造山带和华北东南缘开展工作。一方面通过研究华南陆块在深俯冲和折返过程中释放熔/流体的机制和熔/流体成分，结合对造山带出露的地幔橄榄岩的研究，揭示深俯冲陆壳交代上覆地幔的机制和过程。另一方面，通过研究华北陆块东南缘发育的中生代岩浆岩和其中的深源包体以及逆冲推覆构造，寻找深

22、俯冲华南陆块改造华北南缘岩石圈的信息，进而揭示深俯冲华南陆块改造华北岩石圈的过程和机制。2. 技术路线本项目属于地质学和地球化学综合研究，在技术途径上有两个显著特点，一是野外地质调查与室内实验室研究相结合，二是所研究的主要科学问题需要构造地质学、矿物岩石学和地球化学等多学科的交叉互动。主要技术途径如下：(1)应用野外地质调查、构造地质分析、矿物岩石学鉴定、地球化学填图等手段，区分大陆地壳和大洋地壳俯冲和折返过程中拆离的构造岩片及其岩石组成和构造特征; 应用变质岩石学、年代学测定和构造地质分析等手段研究它们的俯冲和折返过程。(2) 岩石学和地球化学研究将采用以下技术：通过岩相学观察确定岩石的矿物

23、相和矿物组合; 通过透射电镜、扫描电镜、显微拉曼光谱、红外光谱等手段测定矿物和流体包裹体的组成、结构和拓扑关系; 应用电子探针、XRF、ICP-MS、LA-ICP-MS、MC-ICPMS、同位素质谱仪、高精度离子探针(SHRIMP II、CAMECA1280)等技术测定矿物、岩石的主微量元素和同位素成分以及同位素年龄。在矿物岩相学研究的基础上进行矿物微区元素和同位素分析，是本项目研究流体活动与元素和同位素分异的重要途径。(3) 应用热力学计算模拟岩石和矿物的变质演化历史，应用化学动力学方法计算板块俯冲和折返过程元素和同位素迁移尺度与温度压力变化之间的关系，应用高温高压实验测定岩石和矿物的流变学

24、参数以及特征矿物和出溶结构形成的温压条件。3. 可行性(1) 本项目研究群体有多年的超高压变质和大陆深俯冲研究经历，关键科学问题是在已有研究的基础上凝练而成，并且形成了明确的研究思路和方案。(2) 中国已发现了6条超高压变质带，其中大别和苏鲁地区发育有全球规模最大、出露最好的中生代陆壳深俯冲超高压变质带。在中国西部还发育有古生代洋壳深俯冲变质的超高压变质岩。这些无可比拟的地域优势为本项目的实施提供了难得的研究基地。(3) 本项目凝聚了一支以中青年科学家为主的、具有团结协作精神的高水平研究队伍。本项目的研究骨干大多是国际岩石圈委员会II-10项目组骨干成员。结合ILP II-10项目组的研究工作

25、，组织广泛的国际合作，可保证本项目的高水平实施。(4) 依托和参加单位在构造地质学、矿物岩石学和地球化学等有关学科领域具有先进的实验室条件，在仪器设备的先进性和分析数据的精度方面总体上可与发达国家的同类型实验室媲美。4. 创新点国际学术界的已有研究主要集中在超高压变质岩本身和对大陆深俯冲现象的事实认定。本项目的研究内容集中于俯冲带深部化学变异与超高压岩石折返这一核心科学问题，认识洋壳和陆壳岩石在深俯冲和折返过程中的一系列化学变化及其对元素迁移的控制，认识俯冲带深部变质脱水和部分熔融对超高压岩石抬升折返的影响，建立大陆深俯冲和折返理论体系，发展板块构造理论。与国内外已有的研究相比，本项目的创新点

26、包括：(1) 地壳深俯冲和折返过程中的熔/流体活动：由于大陆地壳的流体含量远低于大洋地壳，与陆壳俯冲有关的熔/流体活动及其引发的壳幔相互作用虽然不能与洋壳俯冲相提并论，但是其物理化学机制是类似的。通过深俯冲陆壳进行研究的优点是有大量折返到地表的超高压岩片可供我们直接观察，从而提供前人通过岛弧岩浆岩研究不能提供的信息。本项目将系统对比洋壳和陆壳深俯冲和折返过程中熔/流体释放机制和过程，并深入探讨其对变质反应动力学、深俯冲地壳流变学和壳幔作用的控制机理和构造效应。(2) 深俯冲陆壳的拆离解耦和差异折返：由于大陆地壳内部在成分和密度上存在明显差异，大陆地壳不可能整体俯冲整体折返，而更可能呈叠瓦状俯冲

27、和差异折返，大规模构造走滑也可能对陆壳深俯冲和折返产生了一定的影响。本项目强调深俯冲陆壳内具有非均衡演化特征，经历了壳内拆离解耦和差异折返。(3) 洋壳和陆壳深俯冲之间的继承与转换：通常认为，低密度大陆地壳之所以发生深俯冲是由于高密度洋壳的牵引作用；洋壳俯冲过程中伴有岛弧岩浆作用。但是，洋壳俯冲引起的岛弧岩浆侵位与陆壳俯冲发生超高压变质在时间和空间上是否存在衔接，目前尚缺乏基本认识。本项目将大洋深俯冲和大陆深俯冲作为统一的构造过程，比较二者之间在流体活动、元素分异、流变学特征和折返机制等方面的异同，探讨洋壳和陆壳深俯冲之间的时空转换和动力学联系。5. 课题设置及其相互关系本项目根据拟定的四个方

28、面研究内容，设置8个相互关联的研究课题：研究内容之一：深俯冲陆壳的多岩板差异折返与发生机制这个主题是本项目的核心研究内容，拟设置3个课题。01课题研究深俯冲大陆地壳的非均衡变质演化与流体效应，02课题研究陆壳差异折返的同位素年代学记录，03课题寻找大陆超深俯冲和折返的岩石学记录。 研究内容之二：深俯冲地壳性质和变质作用对流体活动和元素迁移的制约这个方面研究由04课题以及01、02和07课题共同承担，旨在恢复深俯冲大洋和大陆地壳的原岩组成和结构，探讨地壳深俯冲和折返过程中流体活动、元素迁移及化学分异。 研究内容之三：深俯冲地壳对邻区壳幔结构和组成的影响这方面研究主要由05以及01和02课题承担。

29、05课题重点研究深俯冲华南陆壳对华北南缘岩石圈改造的范围、程度、过程和机制，01和02课题侧重研究深俯冲陆壳对上覆地幔楔的交代和造山带去根过程及俯冲陆壳物质再循环。研究内容之四：洋壳与陆壳深俯冲的时空转换与动力学联系这方面研究主要由06、07和08课题承担。06课题重点放在寻找洋壳与陆壳俯冲转换或衔接的时空记录，07课题着重深俯冲洋壳的化学变化及元素分异，08课题重点研究和对比洋壳与陆壳深俯冲的构造背景与变形差异。6. 各课题具体情况01课题：深俯冲陆壳非均衡变质演化与流体作用研究内容：(1) 大陆上下地壳的差异变质及其对陆内拆离解耦的控制机理，(2) 深俯冲大陆岩板熔/流体活动和壳幔反应的岩

30、石学过程，(3) 超高压榴辉岩和橄榄岩的热力学模拟。研究目标：(1) 揭示大陆深俯冲和折返过程中非均衡演化的岩石学机理，(2) 建立深俯冲陆壳折返过程的热力学模型，(3) 确定大陆深俯冲和折返过程中熔/流体活动与壳幔作用的岩石学成因。承担单位：中国科学院地质与地球物理研究所课题负责人：叶 凯经费比例： 13 %02课题：陆壳深俯冲和差异折返过程的年代学与地球化学分异研究内容：(1) 深俯冲陆壳解耦岩片的地球化学识别与精确定年，(2) 陆壳深俯冲和折返过程中的元素和同位素分异，(3) 板片断离后深俯冲陆壳演化过程的地球化学示踪。研究目标：(1) 建立深俯冲陆壳拆离解耦和差异折返的时间序列，(2)

31、 揭示陆壳深俯冲过程中元素和同位素分异的程度和机理，(3) 探讨深俯冲陆壳再循环及其对造山带壳幔组成的影响。承担单位：中国科学技术大学课题负责人：刘贻灿经费比例： 16 %03课题：陆壳超深俯冲和折返的岩石学记录研究内容：(1) 陆壳超深俯冲与折返的出溶结构和矿物学证据，(2) 超深条件下陆壳物质的实验岩石学研究，(3) 中西部超深俯冲陆壳岩片的厘定及其变质演化与折返过程。研究目标：(1) 进一步确定陆壳超深俯冲和折返的岩石学证据:据学缘岩石圈地幔，(2) 厘定超深俯冲陆壳岩片的分布范围以及变质演化P-T-t轨迹，(3) 探讨中西部古生代陆壳超深俯冲和折返的过程与机制。承担单位：西北大学课题负

32、责人：刘 良经费比例： 11 %04课题：深俯冲陆壳原岩性质及其对熔/流体活动的控制研究内容：(1) 深俯冲陆壳的地球化学组成和结构及其大地构造属性，(2) 陆壳俯冲和折返过程中流体活动的控制因素和时间序列，(3) 陆壳深俯冲和折返过程中变质脱水和部分熔融的地球化学示踪。研究目标：(1) 确定俯冲陆壳的原始化学组成和结构及俯冲前的大地构造背景，(2) 厘定陆壳俯冲和折返过程中流体活动的时间序列和成分特征，(3) 探索陆壳深俯冲和折返过程中脱水和熔融的程度和效应。承担单位：中国科学技术大学课题负责人：郑永飞经费比例： 20 %05课题：陆壳深俯冲和折返对邻区岩石圈的改造研究内容：(1) 华北南缘

33、中生代幔源岩浆活动的深源包体示踪，(2) 华北南缘中生代中酸性岩浆活动与地壳再造，(3) 华南陆块的深俯冲作用与中生代华北克拉通破坏过程的联系。研究目标：(1) 深俯冲陆壳对邻区岩石圈结构改造的程度、范围和机制，(2) 深俯冲陆壳对邻区壳幔化学组成的改造过程。承担单位：中国科学院地质与地球物理研究所课题负责人：郭敬辉经费比例： 11 %06课题：洋壳与陆壳俯冲转换的时空记录研究内容：(1) 华北-华南陆块边界古生代-中生代岩石构造单元的空间配置和属性， (2) 早古生代洋壳俯冲与弧陆碰撞的岩石学和年代学限定，(3) 晚古生代俯冲洋壳的厘定及构造历史重建，(4) 中生代陆壳俯冲与折返的时限及岩石

34、学过程。研究目标：(1) 查明桐柏和西大别地区晚古生代-早中生代高压变质岩的空间分布，(2) 认识华北-华南陆块汇聚过程中洋壳与陆壳俯冲转换和构造衔接，(3) 探索华北-华南陆块从洋壳俯冲、弧陆碰撞到陆陆碰撞的地球动力学过程。承担单位：中国地质科学院地质力学研究所课题负责人：刘晓春经费比例： 8 %07课题：深俯冲洋壳的化学变化和折返机制研究内容：(1) 西天山和柴北缘超高压变质带的野外分布关系研究，(2) 深俯冲洋壳和陆壳岩石的折返过程及其化学变化研究，(3) 深俯冲洋壳和陆壳折返的精细年代学制约，(4) 洋壳与陆壳超高压变质岩折返差异与联系。研究目标：(1) 查明我国西部西南天山和柴北缘洋

35、壳深俯冲超高压变质带的空间分布，确定其超高压变质作用发生的时限；(2) 揭示深俯冲洋壳的化学变化，探讨俯冲变质过程中的地球化学分异；(3) 阐明洋壳超高压榴辉岩折返机制，探讨深俯冲洋壳和陆壳折返的联系和差异。承担单位：北京大学课题负责人：张立飞经费比例： 11 %08课题：深俯冲洋壳与陆壳折返的流变学及构造背景研究内容：(1) 深俯冲洋壳和陆壳折返的流变学特征，(2) 造山带垮塌对深俯冲地壳折返记录的改造，(3) 典型地区陆壳与洋壳深俯冲的构造剖析。研究目标：(1) 深俯冲洋壳与陆壳流变学差异对折返过程的制约，(2) 恢复造山带垮塌前折返地壳的空间配置，(3) 揭示陆壳与洋壳深俯冲及其差异折返

36、的构造背景。承担单位：中国科学院地质与地球物理研究所课题负责人：林 伟经费比例： 10 % 四、年度计划第一年研究内容: 按照预定的研究计划开始野外地质剖面观测、重点地区大比例地质填图、样品采集和测试以及野外观测施工等工作。开展对研究靶区的野外地质调研，选择重点地质体进行剖面研究，系统采集各种岩石样品，进行重点区段和岩石的深入野外解剖。开始实施对西部古生代洋壳和陆壳超高压带的大比例野外填图工作，对部分超高压变质岩进行构造地质学、岩石学的地球化学研究；开始实施对华北南缘中生代岩浆岩及深源包体的野外考察工作；开展室内岩矿鉴定及各种单矿物的分离、提纯工作，并尽快进行有关的元素和同位素测试工作。预期目

37、标: 野外初步确定东部中生代深俯冲陆壳折返过程中拆离解耦构造岩片的分布，初步完成代表性岩片的地球化学填图；初步确定西部古生代洋壳和陆壳超高压带岩石组合类型及其野外分布关系；初步确定陆壳和洋壳俯冲/折返过程中流体活动的时间序列和性质；对已经获得的初步成果提交国内外学术交流初步完成部分岩石学、地球化学分析测试。 第二年研究内容: 针对关键科学问题将组织联合野外考察，系统采集样品，促进多学科交叉融合。开展超高压榴辉岩和橄榄岩的热力学模拟计算，开展超高压片麻岩体系的流变学实验研究，进行超深条件下的地壳物质实验岩石学研究；进行代表性岩片的几何学观察和运动学解析，初步完成高压-超高压韧性变形带的流变学数据

38、采集；初步完成西部古生代洋壳和陆壳超高压带的大比 例野外填图，不同岩石构造单元划分；开展室内岩矿鉴定及各类样品加工、处理及分析测试工作，完成部分岩矿鉴定、元素和同位素测试和数据处理工作，对已有数据进行初步总结分析研究。预期目标: 初步完成部分超高压变质岩石形成和演化的构造地质学、岩石学的地球化学研究；初步确定东部中生代深俯冲陆壳折返过程中拆离解耦的构造岩片的野外分布，初步完成代表性岩片的地球化学填图，初步恢复深俯冲大陆地壳的组成和结构及其大地构造属性；初步确定古生代洋壳和陆壳超高压带岩石组合类型及其野外分布关系，确定其原岩属性；深化大陆碰撞过程中熔/流体活动和壳幔作用的岩石学和地球化学研究，初步确定陆壳和洋壳俯冲/折返过程中流体活动的时间序列和性质；初步完成华北南缘中生代岩浆岩及深源包体的野外考察，初步厘定它们的来源深度及源区性质；对已经获得的成果通过参加国内外学术会议进行交流。第三年研究内容: 根据项目中期评估结果和国内外研究进展，适当调整计划研究内容，完善研究方案。继续完成上一年度没有完成的室内工作，同时制定下一步研究计划；补充开展野外调研，继续采集各种样品；开展室内岩矿鉴定及各类样品加工、处理及分析测试工作，完成部分岩矿鉴定、元素和同位素测试和数据处理工作，对已有数据进行初步总结分析研究；对已