壳源碳酸岩特征、成因及意义

摘要

自1999年Lentz David R.重新提出碳酸岩壳源成因以来,已有越来越多壳源成因碳酸岩实例的报道。本文对近二十年来发现的壳源成因碳酸岩的时空分布、产出特征、岩石矿物学特点、地球化学特征以及成因机制进行了总结,对该类碳酸岩成因研究的意义和研究方向进行了展望。壳源碳酸岩在空间上均分布于造山带内部,并以克拉通边缘的造山带为主,在特提斯造山带和中亚造山带中分布最为集中;时代上从元古代到新生代均有发育,不同时代的岩体在地球化学组成上有所差异;其围岩多为经历过高级变质的花岗片麻岩和大理岩组成的混合岩;成分上多为钙质,微量元素具较弱的轻重稀土分异,显著的Eu、Nb、Ta、Zr和Hf负异常及Pb和Sr正异常,Sr-Nd同位素组成介于球粒陨石和大陆地壳演化线之间,C-O同位素介于原生碳酸岩浆与沉积碳酸盐岩之间。这些特征在一定程度上异于克拉通内的碳酸岩,而多与造山带内的碳酸岩相似。实验岩石学工作揭示方解石和白云石在地壳深度、温度低至650℃以及有足够多水参与的情况下可发生部分熔融而形成碳酸盐岩浆,而高级区域变质作用过程中释放的变质流体或热液卤水有助于碳酸盐矿物的部分熔融。这种方式形成的碳酸岩在矿物组合及某些地球化学特征方面与其母岩大理岩、灰岩或白云岩具有相似性。因此,鉴于壳源碳酸岩规模较小且多与其母岩共存,厘定是否发生过部分熔融尚存在一定难度,其成因机制亦存在较多争议。壳源碳酸岩浆的成因机制包括中酸性侵入体引起碳酸盐岩熔融、基性岩浆高温热流引起碳酸盐岩熔融、强烈区域变质作用造成碳酸盐岩部分熔融和大理岩深熔作用。壳源成因碳酸岩的发现对以往碳酸岩成因上的疑惑给出了合理解释,亦对主流的碳酸岩幔源成因观点提出了挑战;对碳酸岩用于反演地幔演化、深部碳循环乃至板块俯冲提出了质疑,亦为探索造山过程、变质作用、地壳深熔作用及碳酸岩成矿多样性提供了重要的研究窗口。