我校研究团队提出大洋岩石圈地幔的形成新机制

近日，我校地质过程与矿产资源国家重点实验室熊庆研究员、戴宏坤特任研究员、郑建平教授等联合澳大利亚学者，在Nature子刊《Nature Communications》上刊出题为“Vertical depletion of ophiolitic mantle reflects melt focusing and interaction in sub-spreading-center asthenosphere”的研究论文，提出一种能够合理解释大洋岩石圈地幔成分变化特征的“反应分带流”形成新机制。

地球近三分之二的固体表层由大洋岩石圈构成，它产生于洋中脊、弧前/弧后等扩张中心，受控于软流圈的减压熔融和岩石圈的离散扩张。大洋扩张中心系统的运转，对维持地球板块构造运动、促进跨圈层的物质循环和能量传输，具有重要作用。长久以来，在大洋扩张中心形成的岩石圈地幔和洋壳，被公认为分别对应着软流圈部分熔融的残余体和熔体。熔融残余体的亏损程度与减压熔融的柱体长度成正比，即越靠近扩张中心正下方的残余体越亏损，并通过地幔流动转变为水平向的岩石圈地幔，形成理论预测的自下而上逐渐亏损的大洋岩石圈地幔。这种观点被普遍接受，并成为板块构造理论的核心内容之一。值得注意的是，全球多个代表性蛇绿岩地幔却显示垂向上的成分变化梯度远远大于减压熔融形成的理论成分梯度。为何会出现这种理论预测与实际观察的巨大差别？大洋岩石圈地幔究竟形成于何种地质过程？至今仍是一个未解之谜。

针对这个问题，本研究选择青藏南部雅江带的罗布莎蛇绿岩地幔单元，开展了高密度的剖面化样品采集、详细的岩石学工作、全岩和矿物主微量化学分析以及热力学模拟计算，提出一种能够合理解释大洋岩石圈地幔成分变化特征的新机制，即大洋岩石圈地幔“反应分带流”成因模型（图1）。在大洋扩张中心之下，上涌的软流圈构成一个巨型熔体汇聚通道，越靠近通道中心，熔/岩比越高，产物越亏损，形成富含橄榄石的地幔；越靠近通道两侧，熔/岩比越低，产物越饱满，形成相对富含辉石的地幔。这种分带的巨型通道随着地幔流动从垂向转变为横向，使原本位于通道中心的亏损地幔变为大洋岩石圈的顶部地幔，而位于通道两侧的饱满地幔置位于相对较深的岩石圈地幔，从而形成在大洋岩石圈和蛇绿岩地幔中观察到的垂向成分亏损特征，并合理解释了垂向成分梯度远超减压熔融理论预测结果的现象。该研究对重新认识大洋岩石圈地幔起源，进一步完善现代板块构造理论，具有重要意义。

图1 大洋岩石圈地幔“反应分带流”成因模型

本研究受第二次青藏高原综合科学考察项目（2019QZKK0702）、国家自然科学基金项目（42073030、41873032）以及地质过程与矿产资源国家重点实验室自主课题（MSFGPMR2022-6）联合资助。

论文信息：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.