超临界流体（Supercritical fluid）是形成于高温-高压环境下，水和硅酸盐熔体完全互溶的一种特殊流体。其具有非常强的元素迁移能力，在地球内部物质循环的很多方面都发挥了巨大作用。然而，如何在处于常温常压状态下的天然样品中识别超临界流体是长期以来的研究难点。近日，中国科学技术大学肖益林教授的研究团队与合作者系统总结了迄今为止相关领域的进展，并进行了进一步的数据分析，提出了识别俯冲带中超临界流体活动的4个方面的标准。相关成果以Natural records of supercritical fluids in subduction zones为题发表在最新一期的地球科学国际知名期刊Earth-Science Reviews上。

图1 全球俯冲带多相包裹体记录了不同类型的流体，流体类型与包裹体的形成温压条件和子矿物组合有关

该研究首先从相图层面明确了超临界流体的概念，然后从多相包裹体（图1）、特殊的元素迁移、超临界流体的相分离效应和同位素分馏等方面详细阐述了天然样品中超临界流体活动的记录。最后，本研究提出了4个方面的识别超临界流体活动的标准。包括（1）盐类子矿物是富水流体包裹体的识别指标，对碳酸盐、硫化物/硫酸盐、磷酸盐和氧化物这4类子矿物，代表含水熔体的包裹体中这些子矿物的种类数≤2，而代表超临界流体的包裹体中这些子矿物的种类数≥2（图1）；（2）计算获取的超临界流体相比源岩的元素富集系数具有CaO/Al₂O₃≥1.15、FeO/Al₂O₃≥0.5和MgO/ Al₂O₃≥0.6的特征，而含水熔体则小于上述临界值（图2）；（3）微量元素特征，从超临界流体中结晶的金红石往往具有较低的Nb含量，此外，在Log[Ta]-Log[Nb]图中，超临界流体交代后的榴辉岩成分与由玄武岩成分确定的线性拟合线之间的距离大于0.1；（4）超临界流体的Fe同位素组成（0.9-1.1‰）远高于其它流体（<0.4‰）。

图2 由流体组分计算的元素富集系数的比值可用于区分不同类型流体

本文第一作者为中国科大特任副研究员王洋洋，通讯作者为肖益林教授，合作者还有陈仁旭教授、陈伊翔教授以及中国科学院地质与地球物理研究所的李继磊研究员和郭顺研究员，该项工作受到国家重点研发计划（2018YFA0702701）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2024.105031

（地球和空间科学学院、科研部）