多种地质过程共同作用控制着地幔的结构和组成，这些过程与板块构造的不同阶段密切相关，对于理解地球上地幔化学演化与动力学机制至关重要。然而，囿于难以直接观测和研究地幔，连接地幔过程与构造演化之间的桥梁一直没有很好地建立起来。西藏雅鲁藏布蛇绿岩绵延~2000 km，是曾经横亘在欧亚大陆与冈瓦纳大陆之间的新特提斯洋的岩石圈残片，具有若干规模不等但出露完整的壳-幔剖面，而且前人做了大量的工作，可为探索大洋岩石圈生命周期与洋陆转换过程提供良好的契机。
我校科学研究院博士研究生徐勇，在其导师“金属同位素与壳幔物质循环”求真研究群体刘金高教授的指导下，联合国内与国际合作者，沿着西藏雅鲁藏布蛇绿岩缝合带自西向东系统采集52块地幔橄榄岩样品。运用全岩主、微量元素、强亲铁元素（HSE）与Re-Os同位素地球化学展开分析，取得如下认识：
（1）强亲铁元素体系（Pd/Ir、Pt/Ir）与亲石元素（Al₂O₃）体系解耦，而与亲铜元素（Cu）体系之间存在正相关性（图1），结合镜下硫化物观察，证实雅江蛇绿岩地幔在熔体抽取后发生富贱金属硫化物的（BMS-rich）熔体交代事件，并且推测交代熔体可能为硫饱和的弧前玄武质岩浆，而非硫亏损的“玻安质”岩浆；
（2）硫饱和熔体的交代指标Pd/Ir与¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os之间没有协变关系（图2），表明熔体交代对于样品的Os同位素组成影响有限。通过对流上地幔与最古老的蛇绿岩橄榄岩样品之间的混合模拟（图2），揭示雅江蛇绿岩地幔源区在经历了端元混合以后还发生了系统的熔体抽取过程；
（3）Re亏损Os模式年龄（T_RD）表明（图3），雅江蛇绿岩岩石圈地幔存在数千公里级别的不均一性，古老地幔块体（最老可达2.2 Ga）再循换到中生代大洋岩石圈地幔（¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os峰值：0.126）之中。此外，雅江蛇绿岩橄榄岩T_RD年龄峰值（~0.25 Ga）明显低于班怒带蛇绿岩（~1.0 Ga），印证了班怒带蛇绿岩起源于更古老的地幔熔融事件。
（4）综合以上事实与地质证据及前人的工作，提出如下多阶段模型（图4）：1）250 Ma之前，古老的岩石圈地幔物质被循环到对流地幔并参与混合；2）~250 Ma，古特提斯洋持续俯冲，导致冈瓦纳大陆弧后扩张，混合地幔熔融上涌，形成新特提斯洋盆；3）~130-120 Ma，新特提斯洋弧前俯冲期间，硫饱和的弧前玄武质岩浆交代先前形成的亏损地幔。
该研究阐明了大洋岩石圈复杂的生命周期，建立了地幔过程与板块构造之间的桥梁，并为理解蛇绿岩壳幔不耦合提供了思路。该研究对探索控制地球上地幔组成与演化的地球动力学机制具有重要意义。

图1 雅鲁藏布蛇绿岩橄榄岩全岩HSE分异指标与Al₂O₃、Cu含量二元图
(A) (Pt/Ir)_N vs. (Pd/Ir)_N；(B) (Pd/Ir)_N vs. Al₂O₃；(C) (Pd/Ir)_N vs. Cu

图2 雅鲁藏布蛇绿岩橄榄岩全岩Os同位素组成与Al₂O₃ (A)、(Pd/Ir)_N (B)二元图

图3 雅鲁藏布蛇绿岩橄榄岩¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os与T_RD年龄概率密度分布图

图4 新特提斯洋大洋岩石圈演化示意图
上述成果发表在地球化学国际权威期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上：Xu, Y., Liu, J.*, Xiong, Q., Su, B.-X., Scott, J. M., Xu, B., Zhu, D.-C., Pearson, D. G. (2020). The complex life cycle of oceanic lithosphere: A study of Yarlung-Zangbo ophiolitic peridotites, Tibet. Geochimica et Cosmochimica Acta 277, 175-191. [IF = 4.258]
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.03.024

附件20200421093907574837.pdf(1.6401539MB)