亏损地幔不均一性：深海橄榄岩元素和Hf-Nd-Os同位素特征及和MORB对比研究

The elemental and isotopic studies on mid-ocean ridge basalt (MORB) and abyssal peridotite provides the opportunity to understand the depleted MORB mantle (DM) and reveal the mantle heterogeneity. However, MORB melt represent "mixing" of muti-component and may conceal important information. And abyssal peridotites have advantages on reflecting the composition of DM, revealing the existence of refractory mantle domain, and recording present-day and ancient melt extraction events and the melt-rock interaction during formation of oceanic lithosphere. Unfortunately, the study on abyssal peridotites is comparatively weak and there is no sysmatic research on different ridges. In this case, this proposal focuses on systematic analyzing major-trace elements and Hf-Nd-Os isotopic composition of 60 representative abyssal peridotite samples from eastern Pacific Rise and the southwest Indian ridge, to 1) obtain element and isotope composition of studied abyssal peridotite; 2) constrain the composition, melting degree, melt-rock interaction of MORB mantle source and its response in crustal-mantle rocks; 3) reveal ancient melt extraction events, and understand the evolution of oceanic lithosphere and origin of mantle heterogeneity from a new perspective. This is a great improvement of research on mantle geodynamics.

洋中脊玄武岩（MORB）和深海橄榄岩元素和同位素研究是认识亏损MORB地幔（DM）的重要途径。但多组分地幔熔融产生的MORB熔体可能显示“混合”特征，“隐藏”重要信息，深海橄榄岩作为大洋地幔直接组成物质，为探讨地幔不同端元组成提供新的思路。此外，深海橄榄岩元素和同位素研究对揭示亏损地幔域存在，识别古老熔体亏损事件及大洋岩石圈形成过程中熔体-岩石相互作用有独特优势。但目前深海橄榄岩研究十分薄弱，且已有研究多根据单一地球化学参数。因此，本项目拟对东太平洋洋隆和西南印度洋脊60件深海橄榄岩进行系统的全岩和单矿物主微量元素及Hf-Nd-Os同位素研究，结合MORB数据，从而1）厘定研究区深海橄榄岩元素和Hf-Nd-Os同位素组成及不同地球化学指标相互关系；2）探寻地幔源区组成、熔融程度、熔体-岩石作用在壳幔岩石的响应；3）揭示早期亏损事件，为理解大洋岩石圈演化和地幔不均一性提供新的思路。

本项目主要通过对代表大洋岩石圈的橄榄岩和洋脊及海山玄武岩进行系统的岩相学、矿物学、元素和 Sr-Nd-Pb-Hf-Mg等多元同位素地球化学研究，从新的角度探究大洋岩石圈组成和演化机制，为认识地幔不均一性提供新的思路。本项目按照研究计划，基于研究目标，开展相关工作，已取得如下一些初步认识：1）大西洋中脊26°S洋脊及海山玄武岩等代表性样品显示同位素富集的N-MORB特征，揭示研究区存在地幔不均一性，即亏损MORB地幔端元同样存在同位素富集组分；但与以往认为的富集组分弥散于难熔的亏损地幔源区不同，远端地幔柱-洋脊相互作用可能是研究区洋脊和海山玄武岩形成的可能机制；2）经典的地幔柱-洋脊相互作用常用来解释E-MORB，实际上，地幔柱-洋脊相互作用可能对N-MORB成因也有重要贡献，这对我们理解地幔柱-洋脊相互作用方式提供新的视角，也对我们理解地幔不均一性提供新的地球化学证据；3）通过不同类型大洋橄榄岩对比研究发现，蛇纹石化橄榄岩主微量元素含量均会受到流体活动影响，微量元素会随着蛇纹石化作用溶解迁出，导致其含量明显低于新鲜橄榄岩，但 Ba、Pb、Sr等大离子亲石元素也会发生一定程度富集。这一发现对理解大洋板片俯冲带脱水过程中元素迁移，以及俯冲物质再循环进入地幔，对地幔源区不均一性贡献有重要指示意义；4）西藏羊湖地区辉绿岩脉具有典型的洋岛玄武岩（OIB）微量元素特征和EMII型同位素组成，直观揭示研究区地幔性质，EMII组分可能来自古老的陆壳物质，这为理解富集端元提供关键岩石学和地球化学证据；5）大洋地幔不均一性普遍存在，且成因复杂，除富集组分外，再循环的古老大洋/大陆岩石圈地幔熔融残余也对地幔不均一性有贡献，但目前对其认识尚浅，需要进一步深入研究，为全面正确理解大洋岩石圈性质提供约束。