揭示南海擴張期地幔本質發現玄武巖巖芯的主元素數據

　　南海是由歐亞大陸東部裂解形成的洋盆，也是西太平洋最大的邊緣海盆。由于位于歐亞大陸、太平洋和印度洋三大板塊交界處，南海的形成原因極具爭議。關于南海下部具有太平洋型還是印度洋型地幔，一直是地球科學界探討的重要科學問題。南海打開的動力學過程及其下部地幔組成，最可能在南海擴張期洋殼（玄武巖）中得到記錄。然而，新生代以來，南海被上千米的巨厚沉積層所覆蓋，擴張期洋殼樣本無法獲得。

　　2014年，中國科學院海洋研究所研究員張國良參加的“國際大洋發現計劃”（IODP_349航次）首次鉆透南海沉積層，獲得了南海擴張期洋殼玄武巖。近期，由張國良團隊主導的一項研究獲得了南海2個海盆鉆孔玄武巖巖芯的主、微量元素和Sr-Nd-Pb-Hf同位素數據，發現西南次海盆和東部次海盆具有明顯的差異。西南次海盆擴張期玄武巖具有富集型洋中脊玄武巖特征（E-MORB），而東部次海盆同時存在富集型（E-MORB）和虧損型玄武巖（N-MORB）。在Sr-Nd-Pb-Hf同位素組成上，2個次海盆都屬于印度洋型地幔（地球化學上稱為“Dupal異常”），且存在明顯的組成差異。這說明，南海的2個次海盆之間具有不同的地幔演化歷史。

　　為揭示南海存在印度洋型地幔，以及2個次海盆之間存在不同的地幔演化歷史的原因，張國良團隊模擬了海南地幔柱和大陸下地殼對虧損上地幔組成的影響。研究發現，東部次海盆玄武巖同位素組成需要混入海南地幔柱組分達40%，這反映了海南地幔柱組分與太平洋型虧損地幔之間的混合關系；而西南次海盆地幔組成（如虧損Pb同位素的特征），反映了南海張裂過程中有大陸下地殼的混入。該研究認為，南海張裂過程中混入的海南地幔柱和大陸下地殼都有Dupal異常的特征，是南海存在印度洋型地幔的原因。據此，研究提出了一個南海初始裂解過程的模型：新生的海南地幔柱在南海打開過程中可能起到了助推作用，海南地幔柱不僅混染了南海下部的虧損地幔，而且可能促進了大陸下地殼有效混入軟流圈。該研究有助于認識南海張裂過程和原因，以及印度洋型地幔的本質和成因。

　　相關研究成果發表在Earth and Planetary Science Letters上。該研究得到了國家優秀青年科學基金、青島海洋科學與技術國家實驗室“鰲山人才”計劃項目的資助。

圖1.南海構造背景圖及IODP_349航次鉆探（站位：U1431，U1433和U1434）位置

圖2.IODP_349航次鉆探獲得洋殼玄武巖的微量元素組成

圖3. IODP_349航次鉆探獲得洋殼玄武巖的同位素組成 。其中，西南次海盆（U1433，U1434）和東部次海盆（U1431）存在明顯的組成差異，且都體現為印度洋型地幔源區組成。