地幔捕虏体的地球化学揭示大地幔楔中富硅质熔体向碳酸盐化硅酸盐熔体的转变

碳酸盐化硅酸盐熔体将氧化碳从深部地幔输送到浅部地幔，因此，碳酸盐化硅酸盐熔体在深部碳循环过程中发挥着重要作用。然而，碳酸盐化硅酸盐熔体的形成机制尚不明确。本文报道了中国东北舒兰和伊通地区新生代碱性玄武岩中一套橄榄岩类和辉石岩类捕虏体的全岩主微量元素、Mg-Zn-Fe同位素，以及橄榄石和单斜辉石的原位Mg同位素数据，以揭示碳酸盐化硅酸盐熔体的成因机制。作为原始地幔的残余物，舒兰和伊通（尖晶石）方辉橄榄岩和二辉橄榄岩具有较地幔值偏低的δ26Mg值和偏高的δ66Zn值，并呈现轻稀土元素富集的稀土配分型式，这些特征表明这些橄榄岩已经遭受碳酸盐化硅酸盐熔体的改造，并将其转化为碳酸盐化橄榄岩。舒兰二辉石岩捕虏体显示交代结构，其全岩及单斜辉石原位δ26Mg值多数低于地幔值，这进一步支持了碳酸盐化岩石圈地幔的存在。代表富硅质熔体的伊通堆晶斜方辉石岩，具有比地幔橄榄岩更低的δ26Mg值和更高的δ66Zn值，表明这些富硅质熔体中含有再循环的碳酸盐。伊通堆晶异剥橄榄岩和（橄榄）二辉石岩具有与碳酸盐化橄榄岩熔体相似的主量元素组成，同时兼具较低的全岩与单斜辉石δ26Mg值以及较高的全岩δ66Zn和δ57Fe值，证实了碳酸盐化硅酸盐熔体的存在。从斜方辉石岩到（橄榄）二辉石岩，全岩的δ26Mg、δ57Fe值和Zn/Fe比值降低，δ66Zn值升高，这与它们的结晶温度降低相吻合，揭示了富硅质熔体通过与碳酸盐化橄榄岩的持续相互作用，逐渐转化为碳酸盐化硅酸盐熔体。上述发现表明来自滞留板块的富硅质熔体可从大地幔楔内先前存在的碳酸盐化地幔中萃取碳。