高温高压实验证实大陆超深俯冲可达地下300千米

确定大陆地壳的最大俯冲-折返深度，对理解物质循环、壳幔相互作用及深部地幔动力学过程具有重要意义。基于矿物溶解度实验资料，天然岩石中的特殊矿物显微出溶结构被认为可指示大陆地壳的俯冲-折返深度达地下300千米。然而，由于矿物出溶结构成因的复杂性、多解性及缺乏出溶实验证据，这些矿物出溶结构的成因及深度指示意义长期受到质疑。

针对上述问题，成都地调中心青藏高原地质研究室李鑫博士在西北大学刘良教授的指导下，以青藏高原北缘南阿尔金泥质片麻岩为对象，聚焦陆壳岩石中的超高压矿物——斯石英（稳定于地表300千米以下的SiO₂相），开展了高温高压实验研究。高温高压实验先在P=17 GPa，T=1600 ℃条件下合成均一相的含铝斯石英（图1），然后将其作为实验起始材料，通过逐步降温降压，模拟岩石从地幔深处折返的减压过程，从中观测含铝斯石英的出溶过程。实验显示，溶解在斯石英中的Al以棒状和粒状蓝晶石的形式出溶出来（图2），棒状蓝晶石出溶体与母体斯石英之间具有一定的拓扑结构关系，而粒状蓝晶石出溶体与母体斯石英之间不具有一定的拓扑结构关系；当降压到柯石英或石英稳定域时，母体矿物斯石英相变为柯石英或石英，并且柯石英和石英颗粒继承了先期斯石英出溶的蓝晶石（图2）。实验结果表明：（1）泥质片麻岩中含有大量蓝晶石+尖晶石棒状出溶体的石英是先期含Al³⁺+Fe³⁺的斯石英出溶后的退变产物，证实陆壳岩石可超深俯冲到地表300 千米以下并从该深度折返回地表。（2）出溶体与母体矿物之间的特定拓扑结构关系是识别矿物出溶结构的充分条件而不是必要条件。（3）有溶解度实验和出溶实验数据支撑的矿物出溶结构与指示压力的特征矿物（如柯石英、金刚石和斯石英等）一样，可作为超高压变质或超深俯冲的识别标志。该研究首次完整地再现了含铝斯石英出溶蓝晶石的出溶过程，为陆壳岩石能够超深俯冲到地表300千米以下并折返地表的认识提供了坚实证据，解决了长期困扰地学界的超深俯冲之争。

该研究成果发表于国际知名学术期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth。

论文信息：Li X, Wang C, Liu L*, Kang L, Xu H J, Zhang J F, Gai Y S, Ma T, Yang W Q, Liao X Y, Dobrzhinetskaya L, 2025. Kyanite exsolution from aluminiferous stishovite in laboratory experiments: New insights into continental ultra-deep subduction[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 130: e2025JB031612. https://doi.org/10.1029/2025JB031612

图1. 在P=17GPa，T=1600℃，t=48h条件下合成的含铝斯石英

图2. 出溶实验中的显微出溶结构

（青藏高原地质研究室  李鑫  供稿）