高温高压下碳酸盐化泥质岩部分熔融行为实验研究

The research on the partial melting systematics of subducting carbonated pelites, which is a necessary part of deep carbon cycle, has an important effect on the ingassing, storage, migration, and outgassing of carbon between the Earth’s deep interior and the surface and also is important for the mass cycle, the genesis of magma and the mantle heterogeneity. Until now, there have been only a few studies on the carbonated pelites, furthermore, there are still some controversies and defects, such as the blank of experiments at high pressure, the difference of the melt composition, and the inconsistence of the stability conditions of the carbonate minerals. This project will choose the Global Subducting Sediment as the starting materials reference, through high pressure and high temperature experiments, to investigate the phase relations, the stability of carbonate minerals and hydrous minerals, and the composition of melts of subducting pelites, with different volatile contents (varying proportions of H2O and CO2). This project is expected to provide experiment evidence for discussing the behavior of carbon during subduction and modeling the deep carbon, and also has important implications for exploring the mass cycle of ocean crust.

深俯冲碳酸盐化泥质岩的部分熔融行为深刻影响着地球深部碳循环过程，包括碳的带入、碳的带出、碳在地球内部的存在形式以及运移等诸多方面，是探索地球深部碳循环必不可少的方向之一，同时，对认识地球深部物质循环、岩浆形成以及地幔化学成分不均一等过程也起着不容忽视的作用。前人关于碳酸盐化泥质岩的研究相对较少，而且还存在一定的争议与不足，例如整体实验压力范围较低、部分熔融产生的熔体归属不统一、碳酸盐矿物的存在温压条件不一致等等。本项目拟模拟全球俯冲平均沉积物组成，利用高温高压实验技术，系统性地探讨俯冲过程中不同挥发分含量（H2O和CO2系列变化）的泥质岩在不同温压条件下的相关系、碳酸盐矿物的稳定性、含水矿物的稳定性以及部分熔融产生的熔体组分特征等等，从而为研究碳在俯冲过程中的行为以及建立深部碳循环模型提供实验依据，同时也为探索洋壳俯冲过程中的物质循环提供有价值的数据支持。

深俯冲碳酸盐化泥质岩的部分熔融行为深刻影响着地球深部碳循环过程，包括碳的带入、碳的带出、碳在地球内部的存在形式以及运移等诸多方面，是探索地球深部碳循环必不可少的方向之一，同时，对认识地球深部物质循环、岩浆形成以及地幔化学成分不均一等过程也起着不容忽视的作用。前人关于碳酸盐化泥质岩的研究相对较少，而且还存在一定的争议与不足。本项目拟利用高温高压实验技术，系统性地探讨俯冲过程中不同挥发分含量的泥质岩在不同温压条件下的相关系、碳酸盐矿物的稳定性、含水矿物的稳定性以及部分熔融产生的熔体组分特征等等，从而为研究碳在俯冲过程中的行为以及建立深部碳循环模型提供实验依据，同时也为探索洋壳俯冲过程中的物质循环提供有价值的数据支持。. 实验初始物质模拟全球俯冲平均沉积物组成，分为含CO2体系（GS-1）、含H2O体系（GS-2）和含CO2和H2O体系（GS-3）。实验产物主要包括单斜辉石、柯石英、石榴子石、榍石、蓝晶石、碳酸盐矿物、含水矿物、熔体以及一些附属相。泥质岩在所有岩石类型中具有最低的固相线，当泥质岩中同时含有CO2和H2O两种挥发分时，其固相线最低。所有压力下初始熔融的熔体为硅酸盐熔体，熔体中K2O的含量相对较多（2.78-7.11 wt.%）。当发生俯冲过程减速或者停止时，富含CO2和H2O的泥质岩最先发生熔融，熔融所形成的熔体在上升过程中可能与围岩发生交代作用等。碳酸盐矿物均为方解石，GS-3体系中碳酸盐矿物消失的温度相对较低，推测体系中H2O的存在降低了碳酸盐矿物的存在温度，与俯冲轨迹进行对比，当俯冲速度减缓等过程引起板块温度升高时，碳酸盐矿物极易消失。含水矿物以多硅白云母为主，GS-3体系中含水矿物消失的温度相对较低，即说明体系中CO2的存在能够降低含水矿物存在的温度，与俯冲轨迹进行对比，含水矿物极有可能随俯冲过程被带入到地幔深部。