中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士韋振在研究員李洪顏等人的指導(dǎo)下，對山東無棣大山霞石巖開展了橄欖石斑晶熔體包裹體研究，發(fā)現(xiàn)熔體包裹體在記錄源區(qū)組成和熔融機制方面比全巖具有明顯的優(yōu)勢。相關(guān)成果近日發(fā)表于《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）。

大地幔楔是指地幔過渡帶中滯留俯沖板片與上覆板塊之間所夾持的廣闊地幔區(qū)域，是近些年新識別出的獨特深部地質(zhì)構(gòu)造。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，環(huán)太平洋50%以上的板塊俯沖形成了大地幔楔，板片滯留范圍從300到1700km不等。東亞大地幔楔在全球范圍內(nèi)規(guī)模最為宏大，研究程度最高，然而，其物質(zhì)循環(huán)機制和玄武巖成因一直存在爭議。

早先研究揭示中國東部新生代玄武巖由低硅和高硅兩個端元混合而成，其中低硅端元起源于碳酸鹽化的榴輝巖和橄欖巖混合地幔，高硅端元起源于石榴石輝石巖地幔。放射成因同位素和穩(wěn)定同位素都指示低硅端元與滯留太平洋板塊的脫碳密切相關(guān)，但是關(guān)于高硅端元的來源存在激烈爭論，包括地幔過渡帶和巖石圈地幔兩種不同的觀點。

針對上述問題，研究人員在國家重點研發(fā)計劃項目的資助下，發(fā)現(xiàn)無棣大山霞石巖橄欖石斑晶中存在兩組明顯不同的熔體包裹體。Group1以高CaO/Al₂O₃，低Na₂O/TiO₂、Ba/Nb和Sr/Nd比值為特征，類似于寄主霞石巖，其源區(qū)為碳酸鹽化的榴輝巖和橄欖巖混合地幔。Group2具有低CaO/Al₂O₃，高Na₂O/TiO₂、Ba/Nb和Sr/Nd比值，這些地球化學(xué)特征無法用Group1熔體經(jīng)歷分離結(jié)晶或者捕獲早期結(jié)晶礦物來解釋。它們的低CaO/Al₂O₃和高Na₂O/TiO₂特征指示其源區(qū)（輝石巖/橄欖巖）經(jīng)歷了低壓（<2.5 GPa）小比例部分熔融，高Ba/Nb和Sr/Nd比值特征與該區(qū)域高硅玄武巖特征類似，指示源區(qū)為巖石圈地幔中古老的輝石巖。這些數(shù)據(jù)說明深部來源的霞石巖熔體經(jīng)歷了與巖石圈地幔中輝石巖的熔-巖反應(yīng)。

升溫、減壓和揮發(fā)份加入是地幔熔融形成玄武巖的主要機制。實驗巖石學(xué)揭示雖然輝石巖具有比橄欖巖更低的熔點，但在遠(yuǎn)離俯沖帶和地幔柱背景下，它們也難以熔融形成堿性玄武巖。

該研究提出山東地區(qū)新生代玄武巖的成因新機制：地幔過渡帶滯留板片釋放碳酸質(zhì)熔體/流體到上地幔，較低的密度導(dǎo)致其快速上升，在150km以淺的深度助熔橄欖巖熔融形成霞石巖熔體，進(jìn)一步上升穿越巖石圈地幔過程中，熱傳導(dǎo)和流體滲入誘發(fā)輝石巖熔融，深部來源的霞石巖熔體與淺部輝石巖小比例熔融產(chǎn)物混合形成該區(qū)域的玄武巖系列（包括霞石巖、碧玄巖、堿性玄武巖和拉斑玄武巖），部分低CaO/Al₂O₃的霞石巖記錄了深源熔體與巖石圈地幔中輝石巖的反應(yīng)過程。

該研究對于理解滯留板片與大地幔楔的相互作用機制、大地幔楔的物質(zhì)組成和玄武巖成因、以及揮發(fā)份循環(huán)過程與機制具有重要啟示意義。

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