GCA：新特提斯软流圈的不均一性及再循环的古老大洋地幔( 二 ) 刘通等-GCA：新特提斯软流圈的

结合KopMountain蛇绿岩和现有的新特提斯蛇绿岩的Re-Os同位素数据，该研究建立了新特提斯地幔橄榄岩的Re-Os同位素数据库，并与全球深海橄榄岩的Re-Os同位素分布进行了统计学对比。结果显示新特提斯地幔橄榄岩的Re-Os同位素分布与深海橄榄岩在统计学上高度一致（图3），因此指示二者经历了类似的熔融历史。根据不同蛇绿岩的产出位置、Re-Os同位素数据库和现今大洋研究进展，研究人员恢复了地质历史时期新特提斯软流圈的不均一状态（图4）。与现今软流圈类似，新特提斯软流圈也具有高度的不均一性，含有大量再循环的古老地幔。古老大洋地幔存在于KopMountain、阿尔卑斯、阿曼和西藏日喀则蛇绿岩中（图4b）；古老大陆地幔主要位于阿尔卑斯和西藏雅鲁藏布西段和东段蛇绿岩；古老的岛弧地幔楔在新特提斯软流圈中可能占据较高比例（>60%），这与新特提斯蛇绿岩中含有大量难熔古老地幔的事实一致。

文章图片
图3新特提斯蛇绿岩地幔橄榄岩与全球深海橄榄岩的Re-Os同位素分布的统计学对比

文章图片
图4新特提斯在地质历史上的演化、缝合带位置（a-b）及其软流圈的不均一状态和再循环的古老地幔性质（c）
软流圈作为MORB的源区，它的组成和均一程度直接决定了MORB的化学组成。现今大洋中脊已报道了具有异常化学组成的玄武岩，如富K熔岩、E-MORB（富集大洋中脊玄武岩）、岛弧拉斑玄武岩以及著名的Dupal同位素异常。这些异常化学组分的存在被普遍归因于再循环的古老地幔物质导致的软流圈源区的不均一性。例如，富K熔岩和E-MORB的出现可利用软流圈中再循环的再富化的大陆岩石圈地幔的部分熔融来合理解释。此外，智利洋脊的具岛弧特征的玄武岩也被解释为洋中脊俯冲过程中上覆岛弧地幔楔经板片窗再循环进入软流圈并发生熔融。鉴于新特提斯与现今软流圈高度一致的不均一状态，其中大量存在的再循环的古老地幔可作为蛇绿岩中玄武岩的潜在源区。因此，新特提斯蛇绿岩的玄武岩表现出的岛弧地球化学印记也可能由再循环的古老地幔的熔融而导致，传统的洋内初始俯冲、弧前扩张、SSZ（Suprasubductionzone）蛇绿岩等一系列观点和模型无疑将受到挑战。在地质和构造特征上，蛇绿岩与大洋岩石圈高度一致，指示其形成于大洋中脊的构造环境；而在地球化学特征上，蛇绿岩的玄武岩存在岛弧印记，被解释为形成于俯冲带相关的构造环境（弧前或弧后盆地）。这种地质和地球化学证据之间的矛盾称为蛇绿岩悖论（Ophioliteconundrum）。对蛇绿岩悖论的传统解释是全球90%以上的蛇绿岩形成于SSZ的构造环境。而该研究指出再循环的古老物质导致的软流圈不均一性为解释蛇绿岩悖论提供了另一种可能，利用玄武岩的地球化学特征来判别蛇绿岩形成的构造环境还需谨慎。
该研究的科学意义在于：
（1）首次提出蛇绿岩中成分饱满、时代古老的地幔橄榄岩代表再循环进入软流圈的古老大洋地幔；
（2）揭示了地幔部分熔融和熔体交代过程中Re-Os和Lu-Hf两种同位素体系表现出的不同地球化学行为；
（3）通过建立的Re-Os同位素数据库恢复了新特提斯软流圈的不均一状态及其中古老地幔的来源和分布，指出其与现今软流圈具有高度相似的熔融历史；
（4）印证了软流圈不均一性是蛇绿岩悖论的一种合理解释（即历史继承性理论），对传统观点提出挑战。
研究成果发表于国际权威学术期刊GeochimicaetCosmochimicaActa(刘通*,吴福元,刘传周,朱弟成,林音铮.Recyclingofancientsub-oceanicmantleintheNeo-Tethyanasthenosphere:EvidencefrommajorandtraceelementsandHf–OsisotopesoftheKopMountainophiolite,NETurkey[J].GeochimicaetCosmochimicaActa,2021,311:43-58.DOI:10.1016/j.gca.2021.08.003)