《板块-地幔界面的氧化还原过程:来自地幔楔橄榄岩中还原碳包裹体的证据》

  • 来源专题:深海资源开发
  • 编译者: 徐冰烨
  • 发布时间:2025-04-29
  • 来自俯冲板块的含碳酸盐流体在俯冲板块与上覆地幔楔的交代过程中起到重要作用,增加了地幔橄榄岩的表观氧逸度(fO2),从而产生多种形式的碳(如CO32-/HCO3-、CH4)。在板块—地幔相互作用过程中,碳从氧化的含碳酸盐流体转化为还原性碳相,这一过程促进了深部碳循环和与俯冲相关的金刚石形成。关于交代性碳质流体的演化及其产物金刚石和非生物甲烷形成的直接证据正逐渐显现。在大洋俯冲板块中,非生物成因碳氢化合物可通过蛇纹石化作用经由费托反应形成,或在低氧逸度条件下通过含铁碳酸盐与流体之间的反应生成。

    北京大学李姝宁教授团队联合中国科学技术大学陈仁旭教授、郑永飞院士研究了来自大别造山带中部的地幔型橄榄岩中的微尺度交代脉和三类还原性含碳流体包裹体(FIs),为揭示演化中的碳质流体的性质、成分和氧化状态提供了直接的证据,并探索其在与地幔橄榄岩相互作用过程中所表现的行为。所观察到的还原性碳相包括CH4、石墨、纳米级金刚石、无定形碳及含亚甲基和亚甲基官能团的有机化合物。本文旨在限定由板块-地幔相互作用引发的氧逸度(fO2)波动,这种波动使得地幔楔中能够发生烃类物质的非生物合成。

    研究在毛屋地块选取两块橄榄岩样品(17MW20和17MW21)作为地幔楔交代产物,包含典型的交代矿物和交代脉。毛屋造山橄榄岩体位于大别山中段中温超高压变质带,是一个大型透镜体(50m×250m)。

    矿物分带结果显示,所有脉体和高应变带(HHZ)中的石榴子石均富含镁铝榴石,其成分为Prp54~67、Alm21~25、Uv0~16、Grs0~10、Adr0~7、Sps1~2。根据Fe3+/ΣFe比值和稀土元素(REE)配分模式,将石榴子石划分为三种类型。高应变带橄榄辉石岩中三种类型石榴子石的Fe3+/ΣFe比值、Cr含量和稀土元素配分模式的变化,与脉体样品中观察到的特征一致。在所有脉体中,Grt-I的Cr2O3含量为1.36–2.15 wt.%;Grt-II的Cr2O3含量最低,为0.13–1.00 wt.%;而Grt-III的Cr2O3含量最高,为3.51–4.48 wt.%。在HHZ中,石榴子石的变化趋势大致相似,但由于整体岩石的铬含量较高,其Cr2O3含量更高(4.69–5.44 wt.%)。具体而言,HHZ中Grt-I、Grt-II和Grt-III的Cr2O3含量分别为4.94–4.99 wt.%,4.69–4.84 wt.%和5.44 wt.%。HHZ中的石榴子石在形态和成分上均不同于低应变带(RHZ)中的石榴子石。HHZ的石榴子石多呈不规则形态,且核心区域具有较高的Fe3+/ΣFe比值;而RHZ中的石榴子石大多呈圆形,其核心区域Fe3+含量接近0。

  • 原文来源:https://mp.weixin.qq.com/s/Dr9Wh3fQCpB8clGCk6r1_A
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