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

刘通等-GCA：新特提斯软流圈的不均一性及再循环的古老大洋地幔
软流圈是地球内部一个“承上启下”的圈层。软流圈地幔在大洋中脊被动上涌而发生减压熔融，形成的熔体向上抽取进入岩浆房并经历一系列演化后形成洋壳，熔融的残留即为大洋岩石圈地幔。根据大洋中脊玄武岩（MORB）较为均一的化学成分，早期研究推测地幔对流可有效导致软流圈化学组成的高度均一化。然而，最近20多年深海橄榄岩的同位素研究成果表明软流圈在不同尺度上存在高度的不均一性。其中，最为瞩目的成果是利用Re-Os和Lu-Hf同位素在深海橄榄岩中识别出古老的（Re亏损模式年龄高达20多亿年）、超亏损的（εHf值高达+200以上）地幔组分，指示其经历非常古老的部分熔融和熔体抽取事件。这些古老的熔融事件的发生显然远远早于现今大洋的扩张时代（小于200Ma），因此软流圈中的古老地幔被看作再循环进入大洋中脊的组分。然而，目前对软流圈中古老地幔组分的来源和成因还缺乏约束，主要观点包括：（1）通过俯冲作用再循环进入软流圈的古老大洋地幔，（2）通过拆沉或地幔柱热侵蚀再循环进入软流圈的大陆岩石圈地幔，（3）受俯冲影响拆沉进入软流圈的古老岛弧地幔楔（图1）。
图1软流圈中古老地幔的来源和成因的不同观点（MOR：大洋中脊；SCLM：大陆岩石圈地幔）
对深海橄榄岩的深入研究显然可为理解软流圈的不均一性及其诱因提供直接的证据。而作为古大洋岩石圈在大陆上的残留，蛇绿岩中的地幔橄榄岩不仅可用来约束古大洋之下软流圈的性质，而且可为认识现今软流圈提供重要参考。新特提斯洋是中生代以来位于南半球冈瓦纳大陆和北半球欧亚大陆之间的古海洋，也是地质历史上最后消失的一个大洋。沿大约7000km的新特提斯缝合带分布有大量的蛇绿岩，是用来研究新特提斯洋演化及其软流圈地幔的性质、组成和不均一性的重要载体。鉴于现今大洋深海橄榄岩的样品十分有限，新特提斯蛇绿岩中的地幔橄榄岩成为研究软流圈不均一性的重要补充。基于以上考虑，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室的刘通博士后、吴福元院士、刘传周研究员及团队成员与中国地质大学（北京）的朱弟成教授合作，利用新特提斯缝合带西段土耳其境内的KopMountain蛇绿岩中的地幔橄榄岩（图2），同时结合新特提斯蛇绿岩的已有数据，对软流圈的不均一性及其成因进行了深入探讨。

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【GCA：新特提斯软流圈的不均一性及再循环的古老大洋地幔】图2新特提斯缝合带西段蛇绿岩分布、KopMountain蛇绿岩位置（a）及地质简图（b）
研究显示， KopMountain蛇绿岩中的地幔橄榄岩具有相对饱满的化学组成，如全岩Al2O3和CaO含量分别介于0.6-2.3wt.%和0.7-2.4wt.% ，斜方辉石和单斜辉石的Al2O3含量分别介于1.6-3.6wt.%和1.3-3.4wt.% ，尖晶石的Cr#值介于14.3-55.0 。这些特征与全球深海橄榄岩的成分类似，而区别于弧前橄榄岩和大陆岩石圈地幔橄榄岩的组成。尖晶石Cr#值估算结果指示这些橄榄岩经历了低-中等程度的部分熔融（5%-18%），单斜辉石微量元素模拟结果进一步表明其经历无水条件下的部分熔融，而不同于岛弧地幔普遍经历的含水熔融。此外， Re-Os和Lu-Hf同位素研究指示KopMountain地幔橄榄岩经历了古老的熔融事件（高达15亿年），并于新特提斯洋中脊遭受侏罗纪的熔体交代作用。以上研究表明， KopMountain蛇绿岩中的地幔橄榄岩是典型的大洋地幔橄榄岩，并非前人认为的弧前橄榄岩。 KopMountain蛇绿岩形成于大洋中脊的构造环境，可能在初始俯冲过程中遭受熔体交代的影响。鉴于这些橄榄岩相对饱满的化学组成和古老的Os同位素模式年龄，它们应代表了俯冲再循环进入新特提斯软流圈的古老大洋地幔，并在新特提斯洋扩张过程中对流到达洋中脊下方。