中国科大揭示中国东部新生代地幔中挥发分的时空演化特征

古太平洋板块的俯冲将地表挥发物输送到地球内部，显著改变了中国东部新生代地幔的化学和物理性质。为探究中国东部新生代地幔中挥发分S、Cl和H₂O的时空分布和演化特征，中国科大肖益林教授研究团队分别在华北的山旺、昌乐地区，和华南的闽清、龙海、明溪等地区系统采集了板内玄武岩样品，在此基础上对其橄榄石斑晶中大量的熔体包裹体进行了均一实验，主-微量元素和挥发分含量测定；再利用Petrolog3软件进行迭代计算，模拟橄榄石结晶的逆向过程，重建了原始熔体组分；最后通过模态批式熔融模型反演出岩浆源区地幔的挥发分组成。

研究表明，华北新生代地幔相对华南更富集S，但有较低的H₂O和Cl含量，这可能是地幔源区中再循环物质的类型(如含Cl沉积物、碳酸盐或硫化物，图1)及其比例(< 1.7%—7%的俯冲沉积物)差异导致的；中国东部新生代地幔挥发分(S、Cl、H₂O)的爆发峰集中在17.5 — 11.9 Ma（图2）期间。该峰期处于新生代以来地幔活动的整体衰减期，说明华南地幔活化和华北克拉通破坏可能是同时发生的。此外，这也反映出深部地幔在该时期仍然具有向上运输板片来源挥发分的能力。

图1 华北和华南新生代地幔中挥发分（Cl，H₂O，S，CO₂）的空间演化模式图

图2 华北和华南板内玄武岩的地幔源区中挥发分(S、Cl、H₂O)含量的时间变化

这些新认识提高了我们对中国东部地幔演化的认识，并将有助于评估该地区板块俯冲对新生代岩石圈地幔时空多样性的贡献。

相关成果近日以“Spatial and temporal characteristics of volatiles in the Cenozoic mantle beneath eastern China”为题发表在国际地球科学知名期刊Lithos上，博士研究生周倩伶为论文第一作者，肖益林教授和王洋洋特任副研究员为共同通讯作者。研究受国家自然科学基金（42230304，42073003）和中科院战略重点研究项目(B)（XDB18000000）的联合资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.lithos.2024.107815