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《Gondwana Research》氦-碳气体同位素证据:气体地球化学视角下的青藏高原深部物质循环新发现

更新时间:2025-07-01   来源:


????近日,国际地球科学领域权威期刊《Gondwana Research》发表了一篇题为《Divergent subduction of a tearing slab controls deep carbon recycling efficiency: Helium and carbon isotopic evidence from the southeast Tibetan Plateau》(板块撕裂引发的分歧俯冲调控深部碳循环效率:来自青藏高原东南缘的氦碳同位素证据)的研究论文。该研究由成都理工大学油气资源地质与开发国家重点实验室,联合中国地震局地震预测研究所、东京大学地震研究所、中国地质大学(北京)、中国科学院西北生态环境资源研究院油气资源研究中心等多家国内外科研机构合作完成,标志着我国在深部气体地球化学与板块构造研究领域取得了重要国际领先成果。

????本研究聚焦于青藏高原东南缘印度板块岩石撕裂现象及其对深部碳循环效率的控制机制。团队系统采集并分析了该区域包括羌塘火山区、滇中块体等五个构造单元共计905个热泉气体样品,重点测定了氦同位素(3He/4He)和碳同位素(δ13C-CO2)数据。研究发现,丽江-小金河断裂南北两侧的氦碳同位素分布存在显著差异,结合地震层析成像证据,首次从地球化学视角明确证实了印度板块在该区域发生了撕裂,形成了不同的俯冲形态和深部挥发物释放通道。

????具体数据显示,东南青藏高原北侧的地幔氦通量约为1.7×10^4 atoms m?2 s^?1,再循环碳比例约35%;而南侧滇中块体的地幔氦通量较低,为1.04×10^4 atoms m^?2 s^?1,再循环碳比例约22%。这种不对称性反映了板块撕裂导致的俯冲深度和角度差异,进而调控了深部碳的释放效率和空间分布。研究还提出了改进的氦-碳耦合模型,揭示了深部碳释放的两阶段演化过程,强调改变过的海洋地壳(AOC)作为主要再循环碳源在该过程中的关键作用。

????此外,研究指出,板块撕裂形成的“板块窗口”为地?;臃⑽锾峁┝送ǖ?,促进了局部地幔物质的上涌和火山活动,尤其是腾冲火山区的岩浆源可能与此密切相关。这一发现不仅深化了对青藏高原深部地幔-地壳相互作用的理解,也为全球碰撞造山带深碳循环及其对气候变化的影响提供了新视角。

文章作者信息:

发表时间:2025年6月(在线发布于6月13日,正式版19日)DOI:10.1016/j.gr.2025.06.001;作者及单位:王迎春(成都理工大学油气资源地质与开发国家重点实验室、现代页岩气学院);周晓成(通讯作者)、天娇、陈鹏飞、何淼、颜宇聪(中国地震局地震预测研究所联合高压物理与地震科学实验室);姚炳宇(中国地质大学.北京);李中平、曹春辉(中国科学院西北生态环境资源研究院油气资源研究中心);岩森光(东京大学地震研究所)

附图:

图1展示了青藏高原的构造背景及地块划分,采样点分布及温泉氦同位素特征。其中,TCV区域采样点被放大显示,氦同位素数据分为四类,实心圆为此研究数据,空心圆为汇编数据。图中黄虚线表示地震层析成像中观测到的板块撕裂位置,蓝和黑虚线分别代表印度和扬子岩石圈地幔前缘。缩写包括主要缝合带和断裂带名称。

图3展示了青藏高原东南部五个区块温泉气体的多组分对比图,包括CO2/3He与CO2、He的关系,CO2/4He与3He/4He的关系,以及CO2/3He与N2/3He的关系。灰色圆圈表示典型DMM和空气/ASW端元值,虚线指示富He流体的输入,实线展示了溶解、方解石沉淀及地壳放射性4He输入的过程。




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