第九届青年地学论坛

       甲烷（CH₄）的生物和非生物成因已经争论百年之久。虽然地球上绝大部分天然油气田是生物成因的，但越来越多的证据表明非生物成因的甲烷也发挥了重要作用。已有研究表明非生物甲烷广泛存在于前寒武纪结晶基底、火山和沉积热液系统以及不同地质背景下的蛇纹石化超基性岩石中。然而，在俯冲带变质镁铁质岩石，尤其是经历了高压-超高压变质的榴辉岩中鲜有报道，人们对于非生物甲烷在俯冲带深部的命运知之甚少。此外，目前学术界关于俯冲带碳通量的研究存在很大争议，一部分学者认为大部分碳俯冲到了地幔深部 (如Dasgupta & Hirschmann, 2010), 而另外一些学者认为被运移到上覆地幔楔形中(如Kelemen & Manning, 2015; Plank & Manning, 2019)。而且，上述碳通量研究都只关注于含 CO₂ 流体，却忽略了还原性CH₄流体的贡献。
      中国西天山俯冲带是目前世界上规模最大的大洋型深俯冲超高压变质带，其榴辉岩中发育多种含碳相及含碳流体，为研究俯冲带深部碳循环提供了天然实验室(Zhang et al., 2019)。岩石学研究表明西天山榴辉岩主要组成矿物石榴石和绿辉石中均发育大量原生 CH₄-H₂O 流体包裹体，结合甲烷的 C-H 同位素分析确定这些甲烷气来源于非生物成因。基于石榴石矿物成分环带变化，精确限定了石榴石中包裹的含 CH₄ 流体包裹体的温度、压力和氧逸度条件，提出俯冲带进变质作用有利于甲烷的形成，其有利条件为：T=500-560 ℃，P= 2.1-3.4 GPa, 氧逸度FMQ-2.4 至-3.5 的强还原环境；结合 DEW 模型计算，作者估算了全球现代俯冲带榴辉岩进变质过程中释放的非生物 CH₄ 通量可高达 10.8 Mt/y，提出冷俯冲带变质过程中形成的甲烷气可能是目前最大来源的非生物甲烷气，有望突破油气只限制地表十公里以浅的限制，为深部无机天然油气藏勘探开发提供理论基础。
 

榴辉岩、超高压变质、非生物甲烷、流体包裹体、碳通量