俯冲带碳循环控制着地球内部与表层系统之间的碳收支平衡，是驱动地球长期气候-环境演化的关键机制。以往的研究主要集中在洋壳俯冲带，而对于大陆俯冲带，特别是冷俯冲板块中的碳释放机制，目前仍知之甚少。
苏鲁造山带经历了深俯冲超高压变质作用及其后的“热”折返过程，广泛发育深熔作用，为研究大陆俯冲带熔体-碳酸盐岩交代过程提供了天然的理想实验室。然而，部分熔融产生的硅酸盐熔体如何与碳酸盐岩相互作用？这一过程在什么阶段发生？碳释放与迁移的机制是什么？这些问题尚待解决。
针对上述科学问题，中国地质大学（武汉）续海金教授课题组选取苏鲁造山带威海地区的柳树湾露头为研究对象（图1）。综合利用岩石学、矿物化学和榍石年代学与Zr温度计等手段，对混合岩-接触带-大理岩系统进行了精细研究，揭示了硅酸盐熔体与大理岩的交代作用过程及其碳释放机制。取得的主要成果如下：
图1. 威海柳树湾混合岩-接触带-大理岩露头
1. 揭示了熔体-碳酸盐岩的交代反应机理：研究发现，深熔作用产生的富硅熔体与大理岩发生了强烈的交代作用，识别出了多组关键的脱碳反应方程式。例如典型的脱碳反应：深熔熔体与白云石发生反应，生成透辉石，是CO2释放的主要途径。
SiO2 (melt) + 2Dol = Fo + 2Cal + 2CO2
Dol + 2SiO2 (melt) = Di + 2CO2
Bt + Cal + SiO₂ (melt) + TiO2(melt) → Di + Kfs + Ttn + H2O (melt) + CO2 + FeO (melt)
此外，交代反应还会生成透闪石、方柱石和榍石等钙硅酸盐矿物（图2）。相比于大理岩内部有限的橄榄石化反应，接触带的交代反应进行得更为彻底，碳释放效率更高，是CO2释放的主要场所。
图2. 熔体-碳酸盐岩交代反应的显微结构与矿物组合
2. 限定了碳释放的时间与物理化学条件：研究利用榍石Zr温度计计算得出榍石的结晶温度为792–862 °C，代表了交代作用发生时的高温环境；而榍石的 U-Pb 年龄（206 ± 0.7 Ma）则记录了该系统冷却至封闭温度的时间（即冷却年龄）。这一结果限定了熔体-碳酸盐岩交代作用和大规模CO2释放发生在板块“热”折返阶段的深熔作用之后、系统冷却至榍石封闭温度之前。
3. 阐明了深部碳的迁移机制：研究提出了多样的碳迁移模式。除了含碳硅酸盐熔体作为主要的载体外，交代过程中因富水环境形成的次生蛇纹石脉，以及石英+方解石±透闪石脉和方解石脉，也固化并迁移了部分碳（图3）。这些机制共同构成了大陆俯冲带复杂的碳释放与迁移网络。
图3. 大陆俯冲带碳释放与迁移的地质模型
本项研究证实，变质脱碳作用不仅发生在“热”的洋壳俯冲带，同样可以发生在冷俯冲板块的“热”折返过程中。这一发现为理解大陆俯冲带的碳循环提供了直接的岩石学证据，对完善全球深部碳循环模型具有重要启示意义。
上述研究以“Melt-carbonate metasomatism in the Sulu orogen: Implications for CO2 release in the continental subduction zone”为题被国际地学著名期刊《Chemical Geology》发表。论文第一作者为中国地质大学（武汉）博士生杨绍极，通讯作者为续海金教授，合作者包括王攀博士，博士生冯帆。研究得到了国家重点研发计划(2023YFF0804100)和国家自然科学基金(42372057, 42072058, 41772054)的联合资助。
原文信息：
Shaoji Yang, Pan Wang, Haijin Xu*, Fan Feng, 2026. Melt--carbonate metasomatism in the Sulu orogen: Implications for CO2 release in the continental subduction zone. Chemical Geology, 702:123217. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2025.123217
