沉积碳酸盐在大陆深俯冲过程中的循环

碳是地球上一切生命的基石，同时也是构成化石燃料的重要组成元素。然而，目前对碳在地球内部的物理-化学状态、赋存形式和演化尚缺乏了解。地球浅部的碳（如碳酸盐、C-O-H流体等）能否通过大陆深俯冲带被带入地球内部参与更深层次循环？我国大别-苏鲁超高压带中大量超高压大理岩的产出，表明这些碳酸盐曾经被大陆深俯冲带输送至地幔深部，而后折返回地表。因此，大别-苏鲁超高压变质带中含碳酸盐的超高压变质岩石是研究地球深部碳循环的理想场所之一。本项目拟运用现代高温高压实验技术和分析测试仪器，通过高温高压实验研究碳酸盐在大陆深俯冲过程中的相变和部分熔融行为，建立长英质岩石体系中碳酸盐的相平衡和部分熔融关系，探讨碳酸盐的俯冲深度极限以及陆壳俯冲带碳输运能力，并结合天然含碳超高压岩石的岩石学和地球化学研究成果，为建立大陆深俯冲过程中地球深部碳循环模型提供高温高压实验方面的资料和启示。

俯冲带是全球大尺度碳循环的一个重要环节，通过俯冲带可将碳输送至地球内部，而地球深部的碳也可以通过火山岩浆作用被释放到地球表层系统中。因此，详细的研究与超高压大理岩共生的钙质片麻岩中可能发生的部分熔融作用以及与之密切相关的碳酸盐矿物的变化特征将为认识陆壳俯冲带碳循环提供直接的证据。我们对大别超高压变质带甘家岭钙质片麻岩进行了详细的显微岩石学研究，结果显示以下显微结构特征表明该岩石经历了低程度部分熔融作用：（1）长石多以薄膜的形式产在其他矿物的颗粒边界、三联点、或者裂隙等位置，这和很多深熔岩石中的熔体假象类似，代表该类岩石中已经结晶的熔体；（2）除长石外，其他矿物也记录了寄主岩石部分熔融的历史。石榴子石局部被黑云母+斜长石取代，可解释为熔体冷却结晶的过程中同石榴子石相互反应的产物；（3）绿帘石嵌晶的结构特征类似于部分熔融的泥质麻粒岩中的其他类似矿物，可能是冷却期间熔体参与形成的产物，该解释进一步得到了绿帘石中具有负晶形的多相包裹体的支持；（4）多硅白云母提供了更为直接的证据，其同石英反应生成黑云母+钾长石+斜长石，长石表现出明显的迁移迹象，其结构特征同高温高压实验得到的多硅白云母部分熔融的结构特征一致。基于上述认识，我们推测的部分熔融反应为：Phe + Q ± Na-Cpx ± H2O = Bt + Pl + Grt + felsic melts，部分熔融熔体与碳酸盐反应生成绿帘石等矿物同时释放二氧化碳。因此，与俯冲过程不同的时，超高压陆壳岩石在折返早期经历的低程度部分熔融作用是一个明显的脱碳反应。项目共发表SCI论文4篇，其中国际SCI一篇，国内SCI三篇。