摘要
俯冲带是联系地表圈层与地球深部的纽带，可以将地表的含碳物质以有机碳或无机碳酸盐等形式带入地球深部，再通过岛弧火山作用以CO2的形式释放到地表圈层，从而构成俯冲带-岛弧系统的碳循环。然而，对于俯冲带-岛弧系统的碳通量平衡一直没有很好的约束，这很大程度上是由于从俯冲板片向岛弧火山过程中，碳以何种化学种类存在以及各种形式所占比例尚不明确。综合前人研究，俯冲带的碳迁移形式十分复杂，因此我们需要进一步研究来确定俯冲带熔/流体中碳的迁移形式，同时在高压（超高压）岩石中寻找有机碳存在的证据也是亟待研究的问题。威海地区是苏鲁超高压变质带的一部分，该地区经历了深俯冲并发生了广泛的深熔作用，出露大面积条带状混合岩，其中包含少量退变榴辉岩与大理岩等。为了解俯冲过程中熔/流体活动特征，我们对该地区的富角闪石黑云母条带状混合岩和其中的透辉石岩团块进行了研究。这些透辉石岩团块是由大理岩与熔体交代形成。相对于其他矿物而言，锆石性质更稳定，在折返过程中不易受变质改造影响，因此，其中的包裹体保留了不同变质阶段岩石学信息。 对条带状混合岩研究过程中，我们发现一个爆裂的含碳物质锆石包裹体中存在球霰石，与其共生的矿物有纳米至微米级金刚石、文石、方解石、无定形C-Si-O物质和无定形Zr-Si-O物质。包裹体发育有爆裂纹和大量原生孔洞。C-Si-O物质呈多孔状，拉曼光谱显示其为高无序碳物质特征峰，Zr-Si-O物质不含或含微量碳，呈球状集合体或纹层状。聚焦离子束-扫描电镜(FIB-SEM)和透射电镜(TEM)观察证实金刚石和高无序碳物质均为包裹体的原生物质。无定形碳酸钙（amorphous calcium carbonate，ACC）是形成球霰石的前驱体，因此在球霰石的形成过程中一定存在过。高无序碳物质(highly disordered carbonaceous matter，DCM)的拉曼光谱显示在D1峰的低频段具有1150 cm-1和1250 cm-1两个次级峰，表明存在脂肪烃碳氢链。因此，高无序碳物质可能来源于流体包裹体中有机组分的碳化。爆裂作用导致包裹体内流体瞬间达到极度过饱和，诱发无定形物质的沉淀并释放残余流体，为球霰石和无定形物质的保存提供了一个干燥环境。 在条带状混合岩的锆石中识别出9个含水草酸钙石流体包裹体和1个含金刚石流体包裹体。拉曼光谱分析显示流体包裹体中包含的矿物有水草酸钙石、高无序碳物质、金刚石、方解石、片钠铝石、石英、方石英、含水硅质玻璃、白云母、黄铜矿、辉钼矿、黄铁矿/磁黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿、金红石、CO2和H2O。包裹体是在寄主岩石从超高压变质阶段到减压麻粒岩相变质阶段的折返过程中被捕获形成。水草酸钙石的存在表明初始的流体包裹体中含有某种双羧酸组分。高无序碳物质的拉曼光谱含有指示脂肪烃链中C-H振动的特征峰～2886 cm-1和～2941 cm-1以及在D峰(1350 cm-1)低频侧存在一个频率为1250cm-1的次级峰，指示了高无序碳物质来自有机物的不完全碳化。流体包裹体中水草酸钙石和高无序碳物质的发现为熔/流体活动的高级变质过程中存在非生物有机合成提供了坚实的证据，而磁铁矿和硫化物可能对非生物有机合成过程起着至关重要的催化作用。 透辉石岩团块保留了从边部到核部一系列的变质脱碳反应环带，即由外向内依次为透辉石岩、含橄榄石大理岩和白云石大理岩。岩相学研究和地球化学分析显示变质脱碳反应的温度大于800℃，压力大于1.5 GPa，主要发生的反应有:2Dol+SiO2(aq)=Fo+ 2Cal/Arg+ 2CO2; 6Dol+ 2K+(aq)+ 2Al3+(aq)+ 6SiO2(aq)=Phl+6Cal/Arg+6CO2; Dol+2SiO2(aq)=Di+2CO2;Fo+2Cal/Arg+3SiO2(aq)=Di+2CO2。橄榄石大理岩中大量的磁铁矿源于渗透流体中Fe2+离子的沉淀，Fe2+离子被氧化成Fe3+离子，H2O中的氢被还原释放出大量H2，与脱碳反应释放的CO2构成了一个磁铁矿-H2O-H2-CO2-H2O的流体系统，为非生物有机合成反应创造了有利的条件。 在透辉石岩的锆石包裹体中识别出的矿物有缩合碳物质(condensed carbonaceous matters，CCMs)、高无序碳物质、水草酸钙石、方解石、文石、球霰石、磁铁矿、赤铁矿、水针铁矿、硅酸盐矿物、硫酸盐矿物、硫化物以及H2O、CO2、 CO、CH4、H2和O2等。CCMs具有与烷烃C-H振动(2800-3000 cm-1、1400-1470 cm-1和～1300 cm-1)，芳香烃C-H振动(～3060 cm-1)，芳香烃和烷烃C=C振动（～1610cm-1和1660cm-1），以及C-C骨架振动(～1110cm-1、～1067cm-1和～1030cm-1)相关的振动峰，表明这些CCMs是由烷烃、烯烃和芳香烃组分组成的有机化合物。而透辉石岩经历的高温高压条件排除了这些有机物来自原岩中先存生物有机物的可能。因此，透辉石岩锆石包裹体中有机碳组分（缩合碳物质、高无序碳物质和水草酸钙石）的存在，揭示了在高级变质条件下的脱碳过程中存在非生物有机合成。同时也指出了碳在深部熔/流体中既可以以无机种类(CO、CO2、HCO3-和CO32-）存在，也可以以有机物形式（CH4、水草酸钙石、高无序碳物质和缩合碳物质）存在。在自然界高压、超高压岩石中有机碳的发现不仅对俯冲带-岛弧系统碳循环的理解具有重要意义，而且为早期生命起源打开了新的研究窗口。
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