我院研究团队在地幔楔硅富集机制研究上取得新进展

近日，我院陈明副教授、郑建平教授等联合国内外学者在国际著名地学期刊《Geology》上刊发“Boninitic melt percolation makes depleted mantle wedges rich in silica”的研究成果，揭示了地幔楔如何在保持其高度亏损熔体组分的前提下，同时使得硅发生显著富集的机制。

地幔楔是连接俯冲板块与岛弧地壳的枢纽，发育部分熔融、熔体迁移和熔-岩反应等复杂地质过程。数据统计显示，岩石圈地幔楔主要由尖晶石相方辉橄榄岩组成，以强烈亏损熔体组分但同时明显富集硅（矿物组成上表现为较高的斜方辉石含量）为特征，难以通过典型软流圈地幔部分熔融形成。有观点认为，这些地幔楔橄榄岩可能是由先前经历了较高程度部分熔融的残留与富硅熔、流体发生交代作用形成。也有观点认为，地幔楔的硅富集继承自富斜方辉石的地幔源区，该源区在高程度部分熔融之后进一步表现为强烈亏损熔体组分的特征。挑战在于如何验证和区分上述不同地质过程以及如何识别不同交代介质的性质和来源。

图1 Chagan-Uzun蛇绿岩橄榄岩斜方辉石中的橄榄石残留和尖晶石包裹体（白色箭头指示自形的尖晶石颗粒，数字则代表尖晶石的Cr#）

针对上述问题，本研究选取了俄罗斯境内代表岩石圈地幔楔的Chagan-Uzun蛇绿岩橄榄岩为研究对象。详细的岩相学观察发现，这些橄榄岩中斜方辉石普遍包含有残留的不规则状橄榄石，以及自形程度高且与玻安质熔体具有明显亲缘性的尖晶石包裹体（图1）。这些岩相学特征表明地幔橄榄岩在熔融之后经历了玻安质熔体的渗滤作用，即早先形成的橄榄石被部分消耗，同时伴随着斜方辉石（和自形尖晶石）的形成，进而导致被交代橄榄岩SiO2含量的上升（图2）。由于玻安质熔体低Al2O3和高Mg#的特征，被交代橄榄岩的这两个指标通常变化不大（图2B），因此能够保持其原有的亏损特征。这是首次在自然样品中识别出了玻安质熔体渗滤导致地幔楔硅富集的直接矿物岩石学证据。对全球地幔楔橄榄岩数据的分析以及热力学模拟进一步揭示了这一过程的普遍性，表明玻安质熔体渗滤在地幔楔成分和结构的演化中扮演着重要的角色。考虑到地质历史时期中可能出现由增生造山作用引起的地幔楔侧向加积，本研究有可能为大陆岩石圈的形成和演化提供新的视角。

图2玻安质熔体渗滤引起交代地幔橄榄岩矿物相和全岩成分变化的热力学模拟结果

论文信息：Chen, M., Zheng, J., Dai, H.-K., Xiong, Q., Sun, M., Buslov, M.M., Zhou, X. & Liu, J. (2023) Boninitic melt percolation makes depleted mantle wedges rich in silica. Geology, https://doi.org/10.1130/G51050.1 （陈明副教授为第一作者和通讯作者，郑建平教授为共同通讯作者）