新研究揭示青藏高原南部地幔的不均一性

中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室、深地科學卓越創新中心副研究員周金勝、研究員王強等科研人員利用鉀質巖橄欖石及其熔體包裹體成分揭示青藏高原南部地幔的不均一性。相關研究發表于Journal of Petrology。

約束地幔的不均一性對理解地球內部的分異和循環十分重要，堿性玄武巖則是揭示地幔不均一性的理想對象，因為這類巖石常常顯示出再循環的物質組分特征。過去的大部分研究主要是利用大洋玄武巖來反演地幔信息，而用大陸玄武質巖石來反演地幔信息則存在較大爭議，一個主要的原因是大陸玄武質巖漿穿過厚的大陸地殼時，很容易發生混染從而改變了巖漿的化學組成。

如何用大陸玄武質巖漿來準確反演地幔深部信息是一個備受關注的重要科學難題。青藏高原發育大量新生代鉀質-超鉀質巖石，許多學者利用這些地幔來源的巖石反演青藏高原深部地幔組成和動力學過程。然而，青藏高原存在巨厚的（60-90 km）大陸地殼，這些幔源的鉀質-超鉀質巖漿在穿過巨厚的大陸地殼時是否發生了地殼混染，一直存在激烈的爭議，這也導致對青藏高原地幔深部組成與動力學過程認識的不同。

針對上述問題，研究人員對青藏高原南部賽利普鉀質、超鉀質火山巖中的橄欖石及其熔體包裹體，進行了詳細的研究。之所以選擇幔源鉀質、超鉀質火山巖中的橄欖石及熔融包裹體開展研究，是因為幔源巖漿在結晶的過程中，由于橄欖石結晶較早，一些高鎂的橄欖石及其中的熔體包裹體記錄了巖漿發生結晶分異和地殼混染之前的信息，這為利用幔源巖石反演深部地幔信息提供了可能。

基于對橄欖石結構、微量元素組成和熔體包裹體主量元素、微量元素、Pb同位素組成的分析，該研究取得了如下重要進展：

一是，鑒別出不同的橄欖石晶體種群，包括巖漿自生晶和地幔捕擄晶：地幔捕擄晶內部具有均一的成分且具有異常低的P含量，不同于巖漿自生晶普遍存在的正環帶以及高的P含量。

二是，揭示初始巖漿來自于一個含金云母的（碳酸鹽化）輝石巖源區，其中含有少量橄欖巖殘留：橄欖石特征的主微量元素組成（如高Ni和低Ca含量、異常高的Ni/Co比值，以及高度變化的100×Mn/Fe與10000×Zn/Fe比值）和與貧橄欖石或碳酸巖化的貧橄欖石源巖熔融產生的實驗熔體成分一致的熔體包裹體組成（SiO2、TiO2、Al2O3、MnO、CaO、Na2O及相關參數），支持了初始巖漿來自上述源區。

三是，查明初始巖漿來自俯沖印度大陸地殼交代的富集地幔源區：橄欖石高的Li含量和熔體包裹體負的Nb、Ta和正的Pb異常、富集的放射性Pb同位素組成，指示富集地幔源區受到了大陸地殼地殼組分的交代，而該交代組分最有可能為俯沖的印度大陸地殼。

四是，闡明青藏高原南部存在一個富含碳酸鹽的地幔儲庫：根據多揮發分的飽和模型計算，推測賽利普初始巖漿出溶的流體中含有>80 mol%的CO2，表明青藏高原南部存在一個富含碳酸鹽的地幔儲庫，這對深部碳循環研究具有啟示意義。