Minerals:俯衝帶地幔古熔融虧損及交代歷史:來自西太平洋Yap海溝橄欖巖的Re-Os同位素證據

2021-02-28 地學驛站

俯衝帶地幔相比大洋地幔具有更複雜的演化歷史，對大洋37航次的橄欖巖研究已表明Yap海溝的弧前地幔經歷過減壓熔融，可能由俯衝初始階段的弧前擴張引起，隨後俯衝流體的加入使地幔熔融程度進一步增加，最終形成高度虧損的地幔橄欖巖。在37航次的樣品和研究基礎之上，自然資源部第二海洋研究所唐立梅等新申請了由大洋38航次採集的來自Yap海溝南部的橄欖巖樣品，對兩批樣品進行了Re-Os元素和同位素分析。結果表明橄欖巖的Re、Os含量都很低（圖1-2），但187Os/188Os具有很大的變化範圍（0.12043-0.14867）（圖3），最低值與目前在俯衝帶發現的Os同位素最虧損的橄欖巖相當（0.11933），而最高值遠遠超過大洋上地幔的估計值（PUM：0.129）。由於Os在地幔熔融過程中是相容元素，Yap海溝橄欖巖極低的Os含量（小於2ppb）與高度虧損的熔融程度相矛盾。這可能與橄欖巖蝕變有關，在蝕變過程中，硫化物作為Os的主要載體，會被氧化成硫酸鹽並分解，造成Os的丟失。在Al2O3和187Os/188Os的相關性圖中，全球大洋地幔橄欖巖總體表現出Al-Os正相關的虧損趨勢，然而Yap海溝橄欖巖卻具有兩種截然不同的趨勢，一種與全球虧損趨勢一致，另一種與全球趨勢線相交，表現出187Os/188Os明顯增加而Al2O3含量不變的特徵。這可能由高Os同位素的俯衝組分加入地幔楔導致，由於Al在俯衝流體中是不遷移元素，造成Al-Os相關性解耦，這也與橄欖巖中俯衝遷移元素的明顯富集相一致。

與全球虧損趨勢相一致的樣品受俯衝組分影響較小，保留了軟流圈地幔的原始信息，可用於揭示地幔的熔融歷史。Re虧損年齡的計算結果顯示Yap俯衝帶地幔最老的虧損年齡為1.16Ga，表明地幔經歷過古老的熔融虧損事件。這對進一步揭示大洋地幔的成分不均一性具有重要意義，暗示地幔對流並不能有效地消除地幔不均一性，且這種不均一性在地幔中可以長時間的保留。此外，Al2O3和187Os/188Os的相關性也與地幔經歷過古熔融虧損相一致，現今的地幔熔融會使Al減小而對187Os/188Os不產生影響，從而破壞Al-Os相關性。我們的研究結果顯示俯衝帶橄欖巖的Al-Os相關性斜率相比深海橄欖巖的斜率更大，表明俯衝帶相比洋中脊具有更複雜的地幔演化歷史，從而掩蓋了古熔融信息。因此，古熔融殘餘地幔在大洋地幔的含量可能被遠遠低估。

 圖1 橄欖巖Re-187Os/188Os關係圖

圖2 橄欖巖Os-187Os/188Os關係圖

 

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