俯冲带流体不混溶及其演化

流体在俯冲加工厂中扮演着重要的角色。岩石学研究通常针对矿物中的“固定流体”,而对俯冲带内自由活动的流体,特别是自由流体不混溶分离演化过程及其影响的研究较为缺乏。流体的不混溶及其演化在自然界普遍存在,这一点在自然样品研究、高温压实验和流体状态方程理论计算的结果中得到验证。俯冲带中实际的流体体系是多元的、开放的和复杂的系统。随着流体的运移和演化过程,流体及流体-岩石体系将更加多样化。因此流体不混溶及其演化具有普遍性、复杂性和多样性的特点。地球物理的证据表明俯冲带内的流体集中在俯冲板片靠近海沟处、俯冲板片与上覆地幔楔界面附近和上覆地幔楔内部。这些单相或多相的流体可以通过多种路径、机制和传输方式进行运移。在大范围尺度上,流体可以沿着俯冲板片与上覆地幔楔之间的密封界面自下而上倾斜流动。在一些密封破裂的排泄口处(如岩体形变或断裂/断层处)流体向上流入地幔楔。不排除由岩石裹挟或在俯冲板片弯折处向下运移的流体。在局部尺度上,流体运移受到不同岩性以及具有各向异性渗透率的构造界面的控制。通过结合俯冲带中流体运移可能的路径、流体高温压范围的P-T-X相图和俯冲带热结构模型,我们构建并探讨了简单二元体系流体在俯冲带弧前运移过程中不混溶演化的理想理论模型。一方面,不同热结构俯冲带中的流体具有不同的循环和演化特征,冷俯冲带相比热俯冲带具有更深更广阔的流体不混溶空间。另一方面,在相同俯冲带中,不同体系流体具有不同的可以发生不混溶的空间范围(对于二元体系流体表现为H_(2)O-CO_(2)<H_(2)OCH_(4)<H_(2)O-N_(2)<H_(2)O-H_(2))。流体在俯冲带中不同的位置和不同运移路径也控制着流体的演化过程。此外,俯冲热结构随长期演化逐渐变冷,以及更长时间尺度的地球冷却,这些过程扩大了地球内部流体不混溶的空间范围,可能长期促进这些流体随演化依次或同时释放,进而对地球内部和地表环境产生重大影响。流体不混溶、分离、选择性运移和富集的演化过程直接影响岩石学的研究、矿藏的形成和环境气候的变化,并与多种地质现象、过程(如表现在构造边缘地表处的冷泉、热泉、泥火山以及自然界中较常见的石英和碳酸盐脉体形成)相关联。流体不混溶过程对地球内部物理和化学过程的影响可能受到较大的低估。因此本文旨在希望能够在流体不混溶问题上引起更多地质学家的注意。