中國科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點實驗室（OMG）博士孫李恒、研究員張運迎和研究員孫珍等在陸弧深部地幔多樣性的研究中取得了重要進(jìn)展。研究人員在華南中生代陸弧深部識別出起源于富集軟流圈的石榴石輝石巖組分，這對理解陸弧深部地幔多樣性與俯沖動力學(xué)機制具有重要意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在《Geological Society of America Bulletin》上。
陸弧是板塊俯沖體系中大量巖漿產(chǎn)生的場所，也是地球陸殼生長的主要工廠。這些過程通常被認(rèn)為與起源于俯沖流體或熔體的島弧拉斑-鈣堿性系列巖漿作用有關(guān)。近年來隨著研究的深入，陸弧區(qū)也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了起源于富集地幔的堿性玄武巖。然而，由于堿性玄武巖在陸弧區(qū)分布稀少，尚未對其進(jìn)行系統(tǒng)的研究。作為俯沖帶特有的熔融產(chǎn)物，堿性玄武巖攜帶著不同于島弧拉斑-鈣堿性系列巖漿的信息，在揭示陸弧深部地幔多樣性和俯沖動力學(xué)方面具有獨特的潛力。基于此，研究團隊以華南陸弧為研究靶區(qū)，對陸弧中的堿性玄武巖（IODP U1504站位）開展了主微量元素、Sr-Nd-Hf同位素和40Ar/39Ar定年研究。
研究發(fā)現(xiàn)，華南中生代陸弧的堿性玄武巖形成于121Ma，具有典型的大洋島弧玄武巖地球化學(xué)特征。這些巖石的高Nd同位素值（3.5-3.7）、低Sr同位素值（0.7034-0.7040）和低La/Nb比值（0.5-1.0）表明它們主要起源于軟流圈地幔。與華南內(nèi)陸堿性玄武巖相比，U1504堿性玄武巖具有較低的K2O/Na2O、Zr/Sm、Zr/Y、Nd同位素值和Hf同位素值，這指示了少量大陸巖石圈地幔的加入。富集的Nb、Ta、輕稀土元素，輕度虧損的Zr、Hf、Ti以及高Fe/Mn、Sm/Yb和低CaO的特征表明U1504堿性玄武巖的地幔源區(qū)主要為石榴石輝石巖。
研究人員提出，地幔源區(qū)中的石榴石輝石巖可能是在古太平洋板塊斷裂的背景下，上涌的軟流圈地幔與俯沖板片邊緣相互反應(yīng)形成，這種相互作用促使陸弧地幔組分多樣化。結(jié)合已有的堿性玄武巖資料，研究人員認(rèn)為華南陸塊之下富集的軟流圈地幔自晚中生代以來由內(nèi)陸向沿海依次形成，這可能與俯沖板塊斷裂控制下的軟流圈深部側(cè)向和垂向流動有關(guān)。
參與本項工作的還有中國科學(xué)院南海海洋研究所的苗秀全博士和李瑞隆博士研究生、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的張萬峰高級工程師。研究得到了國家自然科學(xué)基金，國家重點研發(fā)計劃，西太平洋地球系統(tǒng)多圈層相互作用重大研究計劃、廣東省人才團隊項目和中國博士后科學(xué)基金的聯(lián)合資助。
論文信息：Sun,L.,Zhang,Y*.,Sun,Z*.,Miao,X.,Li,R.,Zhang,W.,2024. Origin of the Site U1504 alkaline basalts in the South China Sea continental margin: Insights on deep mantle diversity and subduction dynamics under continental arcs. Geological Society of America Bulletin.?
文章鏈接：https://doi.org/10.1130/B37471.1
圖1 研究區(qū)地質(zhì)概況和樣品位置
圖2 U1504堿性玄武巖地球化學(xué)特征
圖3 華南陸弧區(qū)晚中生代堿性玄武巖成因模式圖
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