近日，我校地質過程與礦產資源國家重點實驗室熊慶研究員、戴宏坤特任研究員、鄭建平教授等聯合澳大利亞學者，在Nature子刊《Nature Communications》上刊出題為“Vertical depletion of ophiolitic mantle reflects melt focusing and interaction in sub-spreading-center asthenosphere”的研究論文，提出一種能夠合理解釋大洋巖石圈地幔成分變化特征的“反應分帶流”形成新機制。
地球近三分之二的固體表層由大洋巖石圈構成，它產生于洋中脊、弧前/弧后等擴張中心，受控于軟流圈的減壓熔融和巖石圈的離散擴張。大洋擴張中心系統的運轉，對維持地球板塊構造運動、促進跨圈層的物質循環和能量傳輸，具有重要作用。長久以來，在大洋擴張中心形成的巖石圈地幔和洋殼，被公認為分別對應著軟流圈部分熔融的殘余體和熔體。熔融殘余體的虧損程度與減壓熔融的柱體長度成正比，即越靠近擴張中心正下方的殘余體越虧損，并通過地幔流動轉變為水平向的巖石圈地幔，形成理論預測的自下而上逐漸虧損的大洋巖石圈地幔。這種觀點被普遍接受，并成為板塊構造理論的核心內容之一。值得注意的是，全球多個代表性蛇綠巖地幔卻顯示垂向上的成分變化梯度遠遠大于減壓熔融形成的理論成分梯度。為何會出現這種理論預測與實際觀察的巨大差別？大洋巖石圈地幔究竟形成于何種地質過程？至今仍是一個未解之謎。
針對這個問題，本研究選擇青藏南部雅江帶的羅布莎蛇綠巖地幔單元，開展了高密度的剖面化樣品采集、詳細的巖石學工作、全巖和礦物主微量化學分析以及熱力學模擬計算，提出一種能夠合理解釋大洋巖石圈地幔成分變化特征的新機制，即大洋巖石圈地幔“反應分帶流”成因模型（圖1）。在大洋擴張中心之下，上涌的軟流圈構成一個巨型熔體匯聚通道，越靠近通道中心，熔/巖比越高，產物越虧損，形成富含橄欖石的地幔；越靠近通道兩側，熔/巖比越低，產物越飽滿，形成相對富含輝石的地幔。這種分帶的巨型通道隨著地幔流動從垂向轉變為橫向，使原本位于通道中心的虧損地幔變為大洋巖石圈的頂部地幔，而位于通道兩側的飽滿地幔置位于相對較深的巖石圈地幔，從而形成在大洋巖石圈和蛇綠巖地幔中觀察到的垂向成分虧損特征，并合理解釋了垂向成分梯度遠超減壓熔融理論預測結果的現象。該研究對重新認識大洋巖石圈地幔起源，進一步完善現代板塊構造理論，具有重要意義。
圖1 大洋巖石圈地?！胺磻謳Я鳌背梢蚰Ｐ?/span>
本研究受第二次青藏高原綜合科學考察項目（2019QZKK0702）、國家自然科學基金項目（42073030、41873032）以及地質過程與礦產資源國家重點實驗室自主課題（MSFGPMR2022-6）聯合資助。
論文信息：Xiong, Q., Dai, H.K., Zheng, J.P., Griffin, W.L., Zheng, H.D., Wang, L., O’Reilly, S.Y., 2022. Vertical depletion of ophiolitic mantle reflects melt focusing and interaction in sub-spreading-center asthenosphere. Nature Communications 13, 6956, https://doi.org/10.1038/s41467-022-34781-w.
鄂公網安備 42011102004169號
