大别山碰撞后镁铁质岩中的富碳多相包裹体：对大陆俯冲带碳循环的启示

【作者】 谭东波； 肖益林；

【机构】 中国科学技术大学；

【摘要】 俯冲带在地球内部和外部的碳再分配中发挥着关键作用,主要通过板块俯冲及相关岩浆活动实现(如Plank and Manning, 2019)。前人通过热力学模拟、高压高压实验和自然样品对大洋俯冲带的碳循环进行了广泛研究(Orcutt等, 2020,及其中参考文献),但对于大陆俯冲带碳循环,尤其是与大陆地壳碳循环有关的碳种类、迁移机制及最终去向等,我们的认识仍较有限(Consuma et al.,2021; Guo et al., 2022; Borghini et al., 2023)。阐明这些问题对于更加全面理解全球碳循环至关重要。通过对大别山碰撞后镁铁质岩浆岩中的多相包裹体及Mg同位素组成的研究,我们发现造岩矿物(橄榄石、斜方辉石、单斜辉石和角闪石)中存在的两大类型的包裹体。这些包裹体的子体矿物/气相组合呈现出系统性差异,分别为:(i类)类似于寄主矿物的硅酸盐+碳酸盐岩(如菱镁石、白云石和方解石)和CH4,以及(ii类)碳酸盐+滑石±SiO2(a.q.)+CH4。这些包裹体表明,寄主矿物在形成过程中捕获了富碳的硅酸盐熔体和岩浆流体。此外,两类包裹体中均含有丰富的碳酸盐和CH4,表明碰撞后镁铁质岩浆岩的地幔源区具有非常高的碳含量,并且碳可能以CO2和CH4的形式存在。另一方面,碰撞后镁铁质岩浆岩具有典型地幔特征的Mg同位素组成(δ26Mg=-0.23 to-0.16‰)。因此,通过综合多相包裹体和Mg同位素的研究,我们得出结论:深俯冲的大陆地壳部分熔融形成了富含CO2和CH4的长英质硅酸盐熔体,这些熔体交代上覆地幔楔,从而在造山带岩石圈地幔中形成富碳区域。我们提出,大陆板块俯冲是将地壳碳输送至造山带大陆岩石圈地幔的有效途径,再循环的地壳碳可以在地幔深处储存多达100 Myr,并在碰撞后的岩浆活动中最终释放到地表。更多还原