南太平洋白垩纪以来洋中脊岩浆地幔源区温度与组成变化

白垩纪超级地幔柱事件是地球地幔演化的重要阶段，由于缺少白垩纪以来同段洋中脊形成的玄武岩样品，目前对该超级地幔柱活动减弱以来的大洋地幔温度和岩浆源区组成变化认识不足。本项目以申请人参加综合大洋钻探计划（IODP）329航次获得的南太平洋白垩纪以来形成的玄武岩为研究对象，进行常量和微量元素、氧同位素、Sr-Nd-Pb同位素、年代学和熔体包裹体组成分析。基于以上数据，通过各站位玄武岩熔融作用的指标分析，了解白垩纪以来地幔温度和源区熔融状态变化；通过分析原始岩浆组成并模拟其结晶过程，认识岩浆结晶的地幔温度环境；通过分析常量和微量元素反映的地幔熔融条件（温度、压力和熔融程度）与同位素比值反映的地幔组成之间的耦合关系，认识随地幔温度变化，再循环洋壳熔融对南太平洋白垩纪以来洋中脊岩浆组成的贡献。综上指标，以揭示白垩纪超级地幔柱事件对南太平洋洋中脊岩浆地幔源区温度和组成的影响。

认识白垩纪以来至今太平洋地幔组成和温度变化，是认识太平洋的地幔不均一性、热状态及其演化规律的重要途径。本项目对早白垩纪以来（包括现代太平洋洋中脊）形成的太平洋洋壳玄武岩进行了全岩主量元素、微量元素和同位素（Sr-Nd-Pb-Hf-Os）分析，探讨了现代太平洋的上地幔组成不均一性成因和热结构变化、超级地幔柱对形成太平洋洋壳的地幔组成的影响、太平洋洋壳蚀变作用对地幔不均一性的指示意义、以及南北太平洋地幔形成和演化历史的差异性。主要取得的科学认识包括：从东太平洋洋隆北段（16°N）至南段（19°S）的洋隆和两翼5-15 km范围内海山玄武岩的结晶温度和压力变化，制约了现代太平洋脊下部的岩浆供应规律和热结构，即从洋中脊到侧翼岩浆供应骤减，岩石圈温度也明显降低；西南太平洋白垩纪钻孔玄武岩（U1365站）的地球化学研究显示，岩浆源区符合尖晶石-橄榄岩源区，且西南太平洋洋脊在活动过程中向南迁移了>1000km；通过太平洋玄武岩的矿物和化学组成，探索了洋壳在极薄沉积区内随时间的演化过程，及其俯冲对地幔组成的影响，认识到不同年龄的洋壳俯冲对地幔组成影响存在巨大差异；太平洋IODP站位U1367和U1368的玄武岩地球化学明显不同，将太平洋分为北太平洋和南太平洋两个地幔域，两者在同位素组成上的差异，可以解释为与再循环的洋壳有关，我们提出了一个扩张速率差驱动软流圈流动的机制：南太平洋HIMU型的软流圈在北部超快速扩张引起的高软流圈消耗速率驱动下，向北移动到了复活节板块附近，很好地解释了该地幔边界移动的动力学原因；东太平洋洋脊玄武岩在化学组成上存在强烈的不均一性，Sr-Nd-Pb同位素组成与不相容微量元素比值（如，Sm/Yb、Hf/Zr等）以及Zn/Fe、Co/Fe和（Pb/Pb*）之间存在相关关系，我们提出这反映了亏损地幔与富集型的再循环洋壳来源的辉石岩之间的组分混合作用，这进一步得到模拟实验的验证；分析了中生代时期形成的西太平洋洋壳钻孔玄武岩数据后，认识到白垩纪时期的Ontong Java超级地幔柱对当时太平洋洋中脊源区造成了明显影响，排除超级地幔柱影响之后的正常洋壳玄武岩显示，白垩纪太平洋洋中脊温度与现代太平洋是相似的。以上研究成果发表SCI研究论文6篇（1篇待刊），其中有4篇发表于主流（一区）地学期刊（如，EPSL、G-cubed、Chemical Geology）。