地球深部碳循环与碳酸岩成因研究进展

地球深部碳循环是指地球表层的碳在俯冲带进入地幔深部,然后通过岩浆或者脱气作用再把地幔中的碳释放到地球表层系统中的过程。人类对地球深部碳赋存形式和储量、不同储库的交换方式和交换量尚缺乏清晰认识,近年来随着分析技术的发展和研究的深入,深部碳循环的研究日益丰富。本文总结了地幔中碳赋存状态、地球深部碳储量、碳进出地幔方式及通量、俯冲带碳的行为和碳酸岩成因及成矿方面的研究。地幔中碳赋存形式多样且主要受地球深部压力及氧逸度控制。相平衡实验和热动力学计算发现碳酸盐化榴辉岩在300～600 km发生部分熔融,交代地幔橄榄岩形成碳酸盐化地幔橄榄岩。碳酸盐化地幔橄榄岩的熔融又会形成碳酸岩熔体,这说明俯冲再循环物质可能对碳酸岩的成因起重要作用。碳酸岩是研究深部碳循环的良好载体,其源区特征、岩浆演化过程对示踪碳在地幔和地壳过程中的迁移至关重要。虽然深部碳循环在碳赋存形式、碳储量及通量、俯冲带碳的流变行为和碳酸岩成因对深部碳循环的启示方面已经取得了较大的研究进展,但仍有大量的科学问题亟待解决,如:沉积碳酸盐岩再循环进入地球深部后的行为、俯冲带板片流体地球化学行为、俯冲带流体氧逸度特征等,将来有必要重点开展深入研...     

俯冲带脱碳和固碳作用过程

俯冲带作为联系地表和地球深部系统的纽带,不仅是将地表碳带入地球深部的主要通道,也是地表物质和地球深部物质发生交换的重要场所。俯冲作用可以将地表碳以有机碳或无机碳酸盐矿物等形式带入地球深部,再通过火山作用或去气作用返回到地表系统。俯冲带深部碳循环控制着地表碳通量变化,对于研究全球气候变化和地球宜居环境具有重要意义。本文结合前人的相关研究成果,综合探讨了俯冲带的脱碳机制及固碳作用过程。俯冲带脱碳机制主要有变质反应脱碳、流体溶解脱碳和熔融作用脱碳。从俯冲板块释放的含碳流体不一定都会迁移返回地表,有一部分含碳流体在迁移演化过程中会和围岩发生反应,形成不易迁移的其他含碳相(碳酸盐、石墨或金刚石)而重新固存在俯冲板块以及上覆地幔楔中(固碳作用),进而影响碳在不同储库中的含量变化,在计算俯冲带释放碳通量时需要考虑这一过程的影响。     

俯冲带深部碳循环:问题与探讨

碳循环可以分为地球表层短周期的地表碳循环和地球内部长周期的深部碳循环。地球的碳90%以上是赋存在固体地球内部,因此深部碳循环研究对于探讨地表碳循环过程具有重要意义。本文较深入地探讨了俯冲带深部碳循环研究的现状和问题。目前俯冲带深部碳循环研究关键的科学问题包括:(1)俯冲带变质过程中含碳物质相的转变,(2)俯冲带脱碳机制,(3)俯冲带深部碳循环和地幔交代作用。俯冲带变质过程中含碳物质相的转变是深部碳循环研究的最基本问题,将是深部碳进一步研究的重点。俯冲带脱碳机制主要包括纯变质反应脱碳、流体溶解脱碳(流体渗透作用)、熔融作用脱碳和氧化还原反应脱碳4个方面,这是目前深部碳循环研究的前沿领域。俯冲带深部碳循环研究对于探讨地幔不均一性以及地幔交代过程都具有重要研究意义。     

板块俯冲与斑岩铜金成矿

绝大多数斑岩铜金矿床分布在汇聚板块边缘。研究表明高氧逸度和洋壳部分熔融是控制斑岩铜金矿床形成的两个关键因素。作为亲硫元素,铜金的性质主要受还原态的硫(S~(2-))控制,而硫的价态和性质则强烈受氧逸度的影响。矿床学家很早就发现氧逸度ΔFMQ+2是斑岩铜金矿床成矿的魔幻数字。研究发现其原因是硫的性质在此氧逸度附近发生巨变,在低氧逸度时,硫主要以硫化物的形式存在,但是当氧逸度在ΔFMQ+1. 5以上时,硫主要以硫酸根的形式存在。硫酸盐在岩浆中的溶解度通常是硫化物的10倍左右,因此在部分熔融过程中,高氧逸度可以大幅度提高硫在岩浆中的溶解度,有利于源区硫化物被破坏,以硫酸根的形式被熔出,从而大幅度提高初始岩浆中的铜(金)含量;与此同时,硫化物在岩浆演化过程中可以保持不饱和状态,有利于作为中度不相容元素的铜(金)通过岩浆演化进一步富集。在磁铁矿结晶等过程中,岩浆体系的氧逸度降低,硫酸根被还原,还原态的硫(S~(2-))将岩浆中的铜金萃取,富集到流体相,从而形成斑岩铜金矿床。这种高氧逸度岩浆通常出现在汇聚板块边缘。由于洋壳铜、金、硫含量远高于陆壳和地幔,而且俯冲带氧逸度高出地幔和下地壳约2个数量级,因此俯冲洋壳部分熔融形成岩浆的初始铜、金、硫含量远高于陆内岩浆,有利于成矿。年轻洋脊的俯冲因其高热量是显生宙以来最容易发生俯冲洋壳部分熔融的地质过程,且同时具有高氧逸度,因此洋脊俯冲是形成大型、超大型斑岩铜金矿床的最佳途径。统计结果显示,全球主要超大型斑岩铜金矿床均与洋脊俯冲有关。     

俯冲带的碳循环及其对地球深部动力学过程的启示

俯冲带的碳循环不仅在维持地球表层和地球深部之间的碳平衡方面起着关键的作用,而且还和许多重要的地球深部动力学过程密切相关。热动力学数值模拟和高温高压实验的研究结果表明,俯冲大洋板片中的大多数碳酸盐能够在弧前和弧下深度幸存下来,从而进入更深的地幔中。在地幔过渡带,因为板片滞留所带来的热松弛效应将使幸存下来的碳酸盐以熔体的形式释放出去,其独特的物理化学性质使这些熔体构成了一种有效的交代组分。考虑到地幔过渡带的氧逸度特别低,那些进入未经交代地幔中的碳酸盐熔体将变得不稳定而被还原成其他形式。不过在随后地幔对流上升的过程中,这些被还原的表壳碳又会因为氧逸度在某些临界深度发生突变而氧化熔融,这也许可以解释地幔不同深度所存在的某些高导低速体和地震波各向异性等现象。作为洋壳俯冲的后续过程,陆壳的深俯冲作用也可以将表壳碳带至地幔深处,例如超高压大理岩和碳酸盐化榴辉岩的广泛产出就是最好的证明。超高压变质岩中金刚石的产出表明其构成了表壳碳在地幔深处的一种重要赋存形式,研究显示其形成过程和富碳熔体、流体的活动密切相关。虽然前人针对俯冲带的碳循环已经取得了若干研究进展,然而仍有大量的科学问题亟待解决。最后就一些关键性的问题进行了列举说明,并对未来的研究方向进行了展望。     

俯冲带变质过程中的含碳流体

俯冲带含碳岩石通过俯冲过程的变质反应生成了含碳水流体、富硅酸盐的超临界流体和含碳熔体。不同类型流体的形成与岩石成分和岩石经历的温压条件相关。岩石中碳酸盐矿物脱碳反应的温压条件取决于岩石起初的流体成分:有水存在时,反应发生在低温条件下。在高压条件下,碳酸盐矿物在水或含盐水流体的溶解是生成含碳流体重要的机制,其导致的碳迁移作用可能超过脱碳变质反应的作用。高温条件下,含碳岩石的部分熔融可以生成含碳的熔体,这在热俯冲环境和俯冲带岩石底辟到上覆地幔的情况下是碳迁移重要载体。富硅酸盐的超临界流体可能是在第二临界端点上形成的超临界流体,目前在超高压岩石中观察到的非花岗质成分的多相固体包裹体被认为是这种流体结晶的产物,然而对其理解尚存在很多问题,需要进一步的实验研究。地表含碳岩石在俯冲带被带到深部,俯冲带地温特征的不同导致了不同类型含碳流体的形成,这些流体运移至上覆地幔引起岩石部分熔融产生含碳的岛弧岩浆,岩浆喷出到地表释放了其中的碳,这构成了俯冲带-岛弧系统的碳循环。     

碳酸盐化榴辉岩的岩石学研究进展

碳循环进入地幔中主要是通过大洋板块俯冲作用完成的,再通过火山去气作用释放出来,以维持大气中CO2的平衡。洋壳主要由玄武岩组成,一般经热液改造后的洋壳含有一定数量的碳酸盐(质量分数大约为3％),而这些以脉或角砾形式存在的碳酸盐是碳沉淀的一个巨大储库。这些碳酸盐化的玄武岩在俯冲带背景下经历高压变质作用,相应地形成了碳酸盐化榴辉岩。碳酸盐化榴辉岩的部分熔融形成的熔体和气体对于弧岩浆的生成、CO2去气都有非常重要的作用,从而对整个碳循环研究具有重要的意义。文中较全面地总结了近年来,在不同的超高压变质地区发现的碳酸盐化榴辉岩的岩石学和野外产状特征,对比经热液改造的玄武岩 碳酸盐体系的高温高压岩石学研究取得的进展,明确了在俯冲带变质过程中碳酸盐与榴辉岩质硅酸盐体系是如何发生变化的,并对于NCFMASH+CO2体系的热力学相平衡计算的研究进展展开了讨论,对于探讨碳的深部循环过程具有重要意义。     

俯冲带部分熔融

俯冲带是地幔对流环的下沉翼,是地球内部的重要物理与化学系统。俯冲带具有比周围地幔更低的温度,因此,一般认为俯冲板片并不会发生部分熔融,而是脱水导致上覆地幔楔发生部分熔融。但是,也有研究认为,在水化的洋壳俯冲过程中可以发生部分熔融。特别是在下列情况下,俯冲洋壳的部分熔融是俯冲带岩浆作用的重要方式。年轻的大洋岩石圈发生低角度缓慢俯冲时,洋壳物质可以发生饱和水或脱水熔融,基性岩部分熔融形成埃达克岩。太古代的俯冲带很可能具有与年轻大洋岩石圈俯冲带类似的热结构,俯冲的洋壳板片部分熔融可以形成英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩。平俯冲大洋高原中的基性岩可以发生部分熔融产生埃达克岩。扩张洋中脊俯冲可以导致板片窗边缘的洋壳部分熔融形成埃达克岩。与俯冲洋壳相比,俯冲的大陆地壳具有很低的水含量,较难发生部分熔融,但在超高压变质陆壳岩石的折返过程中可以经历广泛的脱水熔融。超高压变质岩在地幔深部熔融形成的熔体与地幔相互作用是碰撞造山带富钾岩浆岩的可能成因机制。碰撞造山带的加厚下地壳可经历长期的高温与高压变质和脱水熔融,形成S型花岗岩和埃达克质岩石。     

洋壳深俯冲过程中碳酸盐的稳定性与金刚石成因初探

<正>深部碳循环是全球碳循环体系的重要组成部分,它是指伴随洋壳俯冲作用,大量含碳矿物被带入地球深部,经历一系列地质作用后,再通过岩浆和火山作用将碳带回地表的过程。地震学、地质学和地球化学等研究表明,洋壳能够俯冲到地幔过渡带底部、甚至核幔边界;最近,Walter等人(2011)对产自巴西Juina金伯利矿床的"超深"金刚石进行了研究,发现该金刚石含有源自地表的轻碳同位素,而且其包裹体中含有洋壳玄武岩组分。这一发现有力地证实了碳循环可以深入下地幔1400 km[1]。     

大陆俯冲带的深部流体及变质化学地球动力学 ——以苏鲁超高压变质带为例

通过苏鲁超高压变质带的岩石学、矿物化学、地球化学和年代学研究,在大陆俯冲带深部流体与变质化学地球动力学方面取得了重要的创新性成果。研究证明大陆俯冲带的深部流体是高氧逸度、富硅酸盐的超临界流体,揭示出超高压变质极端条件下的流体－矿物(岩石)相互作用可以导致不活动元素发生溶解和迁移,可以导致金红石的Nb/Ta之间发生强烈的分异,提出俯冲到地幔深处的超高压榴辉岩是地球内部“隐藏”的超球粒陨石Nb/Ta比值的物质源区,与低球粒陨石Nb/Ta比值的物质源区大陆地壳和亏损地幔在化学成分上形成互补。     

Redox evolution of western Tianshan subduction zone and its effect on deep carbon cycle

Knowing the phase relations of carbon-bearing phases at high-pressure(HP) and high-temperature(HT) condition is essential for understanding the deep carbon cycle in the subduction zones.In particular,the phase relation of carbon-bearing phases is also strongly influenced by redox condition of subduction zones,which is poorly explored.Here we summarized the phase relations of carbon-bearing phases(calcite,aragonite,dolomite,magnesite,graphite,hydrocarbon) in HP metamorphic rocks(marble,metapelite,eclogite) from the Western Tianshan subduction zone and high-pressure experiments.During prograde progress of subduction,carbonates in altered oceanic crust change from Ca-carbonate(calcite) to Ca,Mg-carbonate(dolomite),then finally to Mgcarbonate(magnesite) via Mg-Ca cation exchange reaction between silicate and carbonate,while calcite in sedimentary calcareous ooze on oceanic crust directly transfers to high-pressure aragonite in marble or amorphous CaCO3 in subduction zones.Redox evolution also plays a significant effect on the carbon speciation in the Western Tianshan subduction zone.The prograde oxygen fugacity of the Western Tianshan subduction zone was constrained by mineral assemblage of garnet-omphacite from FMQ-1.9 to FMQ-2.5 at its metamorphic peak(maximum P-T) conditions.In comparison with redox conditions of other subduction zones,Western Tianshan has the lowest oxygen fugacity.Graphite and light hydrocarbon inclusions were ubiqutously identified in Western Tianshan HP metamorphic rocks and speculated to be formed from reduction of Fe-carbonate at low redox condition,which is also confirmed by high-pressure experimental simulation.Based on petrological observation and high-pressure simulation,a polarized redox model of reducing slab but oxidizing mantle wedge in subduction zone is proposed,and its effect on deep carbon cycle in subduction zones is further discussed.     

From oceanic plateaus to allochthonous terranes: Numerical modelling

Large segments of the continental crust are known to have formed through the amalgamation of oceanic plateaus and continental fragments. However, mechanisms responsible for terrane accretion remain poorly understood. We have therefore analysed the interactions of oceanic plateaus with the leading edge of the continental margin using a thermomechanical–petrological model of an oceanic-continental subduction zone with spontaneously moving plates. This model includes partial melting of crustal and mantle lithologies and accounts for complex rheological behaviour including viscous creep and plastic yielding. Our results indicate that oceanic plateaus may either be lost by subduction or accreted onto continental margins. Complete subduction of oceanic plateaus is common in models with old (> 40 Ma) oceanic lithosphere whereas models with younger lithosphere often result in terrane accretion. Three distinct modes of terrane accretion were identified depending on the rheological structure of the lower crust and oceanic cooling age: frontal plateau accretion, basal plateau accretion and underplating plateaus.Complete plateau subduction is associated with a sharp uplift of the forearc region and the formation of a basin further landward, followed by topographic relaxation. All crustal material is lost by subduction and crustal growth is solely attributed to partial melting of the mantle.Frontal plateau accretion leads to crustal thickening and the formation of thrust and fold belts, since oceanic plateaus are docked onto the continental margin. Strong deformation leads to slab break off, which eventually terminates subduction, shortly after the collisional stage has been reached. Crustal parts that have been sheared off during detachment melt at depth and modify the composition of the overlying continental crust.Basal plateau accretion scrapes oceanic plateaus off the downgoing slab, enabling the outward migration of the subduction zone. New incoming oceanic crust underthrusts the fractured terrane and forms a new subduction zone behind the accreted terrane. Subsequently, hot asthenosphere rises into the newly formed subduction zone and allows for extensive partial melting of crustal rocks, located at the slab interface, and only minor parts of the former oceanic plateau remain unmodified.Oceanic plateaus may also underplate the continental crust after being subducted to mantle depth. (U)HP terranes are formed with peak metamorphic temperatures of 400–700 °C prior to slab break off and subsequent exhumation. Rapid and coherent exhumation through the mantle along the former subduction zone at rates comparable to plate tectonic velocities is followed by somewhat slower rates at crustal levels, accompanied by crustal flow, structural reworking and syndeformational partial melting. Exhumation of these large crustal volumes leads to a sharp surface uplift.     

大陆俯冲带壳幔相互作用

由板块俯冲引发的深部物质循环过程是地球内部的一级运行机制,主宰了地球从内到外的演化进程,是地球科学研究的重要前沿.俯冲带化学地球动力学研究不仅需要确定俯冲带地壳物质再循环的机制和形式,而且需要确定俯冲带动力来源和热体制及其随时间的变化.为了识别不同类型壳源熔/流体对地幔楔的交代作用、寻求板片-地幔界面反应的岩石学和地球化学证据、理解汇聚板块边缘地壳俯冲和拆沉对地幔不均一性的贡献,我们必须将俯冲带变质作用、交代作用和岩浆作用作为一个地球科学系统来考虑.板块俯冲带变质过程中发生一系列物理化学变化,这些变化不但是导致板块进一步俯冲的主要驱动力,同时也控制着释放的熔/流体组成和俯冲到地球深部的物质组成,对俯冲带化学地球动力学过程产生重要影响.地幔楔作为俯冲系统中连接俯冲盘和仰冲盘的关键构造单元,在地球层圈之间物质循环和能量交换等方面起着重要作用.造山带地幔楔橄榄岩直接记录了俯冲带多种性质的熔/流体交代作用,以及复杂的壳幔物质循环过程.俯冲带岩浆岩是大洋/大陆板块俯冲物质再循环的表现形式,这些岩石样品记录了俯冲带从深部地幔到浅部地壳的过程,也为认识地球深部物质循环提供了理想的天然样品.尽管国际上在俯冲带岩石学和地球化学领域针对地球深部过程的研究方面取得了多项重要进展,但由于研究工作缺乏密切的协同配合,包括俯冲带熔/流体的物理化学性质、俯冲带壳幔相互作用的机制和过程、俯冲带幔源岩浆活动的物质来源和启动机制以及深部地幔过程对地表环境的影响等许多关键科学问题尚未得到根本解决.将来的研究需要聚焦俯冲带物质循环这一核心科学问题,进一步查明俯冲带变质作用、交代作用、岩浆作用等过程的各自特征和相互联系,包括挥发性组分在地球深部的迁移过程及其资源和环境效应,着力考察研究相对薄弱的古俯冲带,阐明板块俯冲与地球深部物质循环之间的耦合机制.      

地壳深俯冲与富钾火山岩成因

富钾火山岩是一类兼具壳幔双重地球化学特征的特殊岩石组合 ,它们不可能由亏损或原始地幔所派生 ,成岩过程中必须有地壳物质的参与 ,将地壳物质引入富钾火山岩成岩过程的主要动力机制即是深俯冲作用。洋壳和陆壳均可以通过俯冲进入地幔 ,俯冲地壳物质析出流体对地幔岩石的交代作用是导致富钾火山岩具特殊地球化学特征的主要原因。根据对大别—苏鲁造山带南北两侧晚中生代富钾火山岩的实例研究 ,表明该区火山岩的形成均受到了俯冲洋壳析出流体的交代作用 ,但造山带北侧富钾火山岩的形成还叠加了俯冲的扬子陆壳析出流体的交代作用 ,是多次富集事件综合作用的结果。文中还对富钾火山岩成因研究中值得进一步深入探索的问题进行了讨论。     

俯冲物质深地幔循环——地球动力学研究的一个新方向

地球上发生的各种地壳运动,大规模的火山喷发,不同深度不同规模的地震活动,规模宏大的山脉和高原的形成,以及地球历史上发生的大陆漂移运动,都被认为与板块构造活动密切相关。但这些运动的动力源究竟来自何方?如何去发现和证明它们的存在以及从理论上去认识和解释,是当今地球科学面临的巨大挑战,也是今后很长一段时间内地球科学的前沿和热点问题。近些年,人们通过各种方法,试图从更深部寻找板块作用动力学的证据。首先是地震层析研究取得了很大进展,获得了许多区域性和全球的高分辨率3-D地震地幔波速结构,使得我们得以认识地球深部的结构,探讨地幔的物质组成,流体的作用和动力学过程。证据显示,板块俯冲不仅可以到达地幔过渡带深度,而且可达到下地幔底部,堆积在核幔边界的上部,成为核幔边界产生的地幔柱的重要物质组成。其次是开展了大量的实验岩石学研究,模拟了一系列地球深部的高温高压矿物组合,被认为可能代表了地幔过渡带和下地幔的矿物组合,甚至核幔边界的含水矿物组合。另一方面,计算机模拟实验揭示了冷的大洋岩石圈发生深俯冲是可行的。尤为重要的是,许多来自地幔过渡带甚至下地幔深度的高压矿物已经在自然界陆续被发现,证明其中一些矿物是源自深俯冲的洋壳物质,记录了俯冲洋壳再循环的历史,如产在巴西、南非和加拿大等金伯利岩中的超深金刚石矿物包裹体。此外,洋岛玄武岩和大陆板内玄武岩的研究,也找到了早期俯冲下去的壳源岩石的同位素证据。近些年发现的蛇绿岩型金刚石是另一实证,其金刚石碳同位素和包裹体研究表明它们源自早期俯冲下去的壳源物质,被认为是研究俯冲物质深部再循环的一个新窗口。这些俯冲再循环的物质,被认为是通过地幔柱的活动从深部带至浅表。本文综述了地球深部物质循环的研究现状,强调了该研究的重要性,并认为俯冲物质深部循环是地球动力学研究的一个新方向。     

俯冲循环组分对大洋地幔不均一性的定量约束

大洋地幔内部存在广泛的不均一性,其成因可有多种模式,其中俯冲循环作用对地幔组成的变化具有重要影响. 为明确各循环组分对亏损地幔的改造作用及其在富集源区中的相对贡献,系统总结了不同循环组分（远洋沉积物、俯冲洋壳、陆壳）的平均微量元素特征,计算了各循环组分在俯冲过程中经历的化学变化. 基于改造后的循环组分,开展与亏损地幔源区的混合和熔融模拟. 结果表明,HIMU型玄武岩可以由纯俯冲洋壳（≤10%）与亏损地幔（≥90%）混合形成的源区,经较低程度熔融（0.5%~1.5%）形成;而EMI型玄武岩可以由俯冲洋壳（≤10%）、俯冲剥蚀的下陆壳物质（≤3%）、亏损地幔（≥90%）混合形成的源区,经较低程度熔融（1%~2%）形成;EMII型玄武岩可以由俯冲洋壳（≤10%）、GLOSS-II（全球俯冲沉积物）或上陆壳物质（≤0.8%）与亏损地幔（≥90%）混合形成的源区,经较低程度熔融（1%~1.5%）形成.      

俯冲带深海-岩石圈流体交换及其效应

俯冲带是地球上构造活动最复杂、最强烈的区域,也是地球物质循环系统的重要组成部分,对俯冲带的深入研究有助于加深我们对地球系统科学的认识。通过系统地梳理分析国内外相关文献,大洋岩石圈通过在汇聚板块边界的俯冲将大量水带入到地幔中,并对俯冲带地震的发生、地幔的熔融、岩浆的产生、陆壳的形成乃至矿产资源富集都起到了重要的控制作用。弧前隆起区的岩石圈地幔在顺断层渗透的深海水作用下发生强烈水化作用并形成水化地幔,是水富集在岩石圈的主要方式之一。随着俯冲板片深度的增加,在一定的温压条件下,水化地幔(蛇纹岩)发生脱水相变,引发俯冲带中源地震。脱出的水则由于运移的差异,既可以产生板内的水压致裂,也会影响俯冲界面的耦合,进而导致慢滑移地震区的形成。由此可见,俯冲带地区深海-岩石圈流体交换及其在深部的效应是一个包含化学反应-温度-流体流动-应力变形/破坏的多物理场耦合的复杂动力学系统。然而,目前的相关研究工作主要侧重于对其中某个因素、现象或者某个特定条件下具体过程的探索性观测分析研究。因此,我们需要从地球系统科学的角度出发,将流体运移、化学反应与传统的固体地球研究相结合,着眼于多学科交叉的多场耦合动力学综合研究,对俯冲带地区深海-岩石圈流体交换及其效应进行多时空尺度定量化表征和分析。     

蛇绿岩型金刚石和铬铁矿深部成因

地球上的原生金刚石主要有3种产出类型,分别来自大陆克拉通下的深部地幔金伯利岩型金刚石、板块边界深俯冲变质岩中超高压变质型金刚石,和陨石坑中的陨石撞击型金刚石。在全球5个造山带的10处蛇绿岩的地幔橄榄岩或铬铁矿中均发现金刚石和其他超高压矿物的基础上,我们提出地球上一种新的天然金刚石产出类型,命名为蛇绿岩型金刚石。认为蛇绿岩型金刚石普遍存在于大洋岩石圈的地幔橄榄岩中,并提出蛇绿岩型金刚石和铬铁矿的深部成因模式。认为早期俯冲的地壳物质到达地幔过渡带(410~660 km深度)后被肢解,加入到周围的强还原流体和熔体中,当熔融物质向上运移到地幔过渡带顶部,铬铁矿和周围的地幔岩石以及流体中的金刚石等深部矿物一并结晶,之后,携带金刚石的铬铁矿和地幔岩石被上涌的地幔柱带至浅部,经历了洋盆的拉张和俯冲阶段,最终在板块边缘就位。     

On melting of the subducted oceanic crust: Effects of subduction induced mantle flow

Based on petrological and geochemical arguments, it is possible that arc magma is derived from subducted oceanic crust. In this paper, regional thermal models have been constructed to study the feasibility of melting cold subducted oceanic crusts at shallow depth (i.e. at depths of about 100 km) by a dynamic mantle. Calculated results suggest that plate subduction will generate an induced flow in the wedge above the subducting slab. This current continuously feeds hot mantle material into the corner and onto the slab surface. A high temperature thermal environment can be maintained in the vicinity of the wedge corner, immediately beneath the over-riding plate. Our regional models further demonstrate quantitatively that production of local melting is possible just about 30 km down dip from the asthenosphere wedge corner. Additional geological processes such as reasonable amounts of shear heating and minor dehydration (which will lower the local melting temperature) will further increase the probability of melting a cold subducted oceanic crust at shallow depth.