俯冲带深部碳酸盐和硅酸盐熔体活动:来自中欧矿石山超高压榴辉岩的岩石学研究

摘要

俯冲带向深部地幔的碳传输显著影响大气中CO2的长期演化进而影响地球的气候系统.碳酸盐熔体或碳酸盐-硅酸盐熔体具有与其它熔流体显著不同的元素迁移行为.因此,了解含碳物质在俯冲带深部的种类、储库和行为具有很重要意义.一些高温高压实验研究表明,碳酸盐熔体在俯冲带条件下不太可能出现.然而超高压变质岩中含碳酸盐多相包裹体和岛弧火山岩中碳酸盐熔体的发现指示了俯冲带条件下碳酸盐熔体的存在.但是,对于这些碳酸盐矿物和熔体在俯冲带深部行为的认识还很缺乏.笔者对来自中欧矿石山(Erzgebirge)三个榴辉岩样品进行了全岩地球化学、造岩矿物化学组成和包裹体分析以及锆石学研究，结果发现了俯冲带深部碳酸盐和硅酸盐熔体存在的证据，并对熔体产生的条件和时间进行了限定。这些榴辉岩样品主要由石榴石和绿辉石组成，且含有碳酸盐包体。石榴石和锆石中柯石英的发现指示它们经历了超高压变质作用。锆石学研究发现除了少量残留原岩岩浆锆石外，存在两期不同的锆石生长。这些都表明碳酸盐和硅酸盐熔体产生于4.5GPa和1000℃条件下，是在深俯冲陆壳峰期超高压变质和/或折返初期超高压变质阶段。硅酸盐熔体可能来自于含水矿物的脱水熔融，而碳酸盐熔体的出现则指示了熔融过程中有碳酸盐矿物参与因而对于表壳碳进入地幔的循环具有很重要的作用。超高压榴辉岩中共存的碳酸盐和硅酸盐熔体为俯冲带深部熔流体活动研究提供了一个很好地窗口。