南大西洋中脊（13-20°S）脊玄武岩的幔源组成及其对柱-脊相互作用的指示：Sr-Nd-Pb同位素制约

The mantle component recorded in MORB is one of key questions for understanding the cycles of earth deep materials and its effects on resource and environment. The latitudinal difference in mantle component of MORB would likely relate to the mantle plume-ridge interaction. Taking into account the MORB samples collected between 13-20°S along the South Mid-Atlantic Ridge (SMAR), a segment previously never studied on mantle component, we plan to reveal the mantle component of this segment, following the step-up studies of: (1) the texture and assemblage of phenocrystal minerals; (2) incompatible elements and Sr, Nd, and Nd isotopes in phenocrystal minerals and bulk rocks; (3) discrimination of source end-members (DM, Saint Helena and Circe mantle plume, or DM, Circe and Ascension mantle plume) and calculation of their contributions in mixed mantle. Based on the above studies, we plan to link the latitudinal change in mantle component with the spread rate of the ridge segment, distribution of fault structure, distance between mantle plumes and the ridge segment, and regional geophysical field, in order to find the relationship between latitudinal change in mantle component and mantle plume-ridge interaction. This research will provide essential references for the precisely and systematically understanding of the mechanism of mantle plume-ridge interaction along the low-spread-rate SMAR in the view of chemical geodynamics.

洋中脊玄武岩(MORB)记录的幔源组成性质是地球深部物质循环及其资源、环境效应研究的核心内容之一。南大西洋MORB的幔源组成（component）的纬向差异可能与脊-柱相互作用密切相关。本项目以南大西洋中脊地幔组成研究的空白区段（13-20°S）的MORB为研究对象，在其全岩和斑晶矿物常量、不相容元素和Sr-Nd-Pb 同位素地球化学组成特征研究基础上，通过MORB的幔源组成端员（DM和Saint Helena、Circe地幔柱，或者DM和Circe、Ascension地幔柱）的定性甄别及其各自混合比例的定量估计，揭示该区段MORB的幔源组成。在此基础上，结合研究区洋脊扩张速率、断裂构造分布、地幔柱距中脊的距离和地球物理场特征，查明该区段MORB幔源组成的纬向变化与柱-脊相互作用的关系。为精细刻画、系统完善南大西洋这一具有慢速中脊扩张速率的脊-柱相互作用化学地球动力学机制提供必要参考。

基于固体地球科学研究热点中的柱脊相互研究，本项目首次揭示了南大西洋中脊（SMAR）19°S地区研究区的地幔岩性组成、部分熔融环境以及岩浆后期的分异结晶演化特征。项目指出传导冷却与局部趋势反应是形成该地区更深的冷的热边界的共同原因，并查明了SMAR19°S地区的地幔源区是由DM，PRIMA与HIMU型地幔端元组分经不同比例混合而成。项目进一步结合不相容元素比值-放射性同位素比值之间的二端元混合规律，首次明确了Saint Helena地幔柱与研究区脊段之间的柱-脊相互作用状态与特征。更为重要的是，本项目通过对南SMAR系统较长空间范围内获取到的MORB样品开展元素地球化学、同位素地球化学的测试与分析工作后，运用放射性同位素独立组分分析手段并结合物质组成在沿脊方向的变化特征，首次明确地圈定出Saint Helena地幔柱对目前南大西洋中脊下伏亏损地幔源区作用影响的空间范围（SMAR14.2°S -20.8°S）。同时，进一步结合地球物理异常数据特征、沿脊洋壳深度特征以及海底地形swell分析结果，首次指示出了Saint Helena地幔柱头的可能位置以及其相关软流圈向SMAR系统传播的两个主要方向，而Saint Helena地幔柱的尾巴目前可能位于Cardno海山群下部。最后根据研究区内大型断裂带的分布、大洋岩石圈年龄特征与上地幔软流圈地球动力学特征之间的耦合关系，首此明确了SMAR系统与Saint Helena热点之间的上地幔软流圈动力学机制，首次成功揭示出研究区洋脊与离脊热点之间的地球动力学机制。