3月9日，國際地學刊物Earth and Planetary Science Letters在線發(fā)表了中科院海洋研究所張國良研究員（第一作者/通訊作者）的最新研究成果“Geochemical nature of sub-ridge mantle and opening dynamics of the South China Sea”，報導了國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃（IODP_349航次）在南海獲得的擴張期洋殼化學組成，首次揭示了南海地幔具有印度洋型特性，且南海的東、西兩個次海盆具有明顯不同的地幔性質(zhì)，闡明這種特性是來自海南地幔柱和大陸裂解過程中的地殼混入雙重作用的結(jié)果，并認為海南地幔柱對南海的打開具有重要推動作用。
南海被稱為中國的母親海，它是由于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。南海位于歐亞大陸、太平洋和印度洋三大板塊的交界處（圖1），這使得南海形成的原因極具爭議。由于南海位于三大板塊的交匯區(qū)，關(guān)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南海下部地幔組成，最可能在南海擴張期洋殼（玄武巖）中得到忠實的記錄。然而，新生代以來，南海被上千米的巨厚沉積層所覆蓋，長期以來南海擴張期洋殼樣本無法獲得。2014年，張國良研究員參加的國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃（IODP_349航次）首次鉆透沉積層，歷史性的首次獲得了南海擴張期洋殼玄武巖。
張國良團隊主導的本次研究，獲得了南海兩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(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)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）（圖2）。在Sr-Nd-Pb-Hf同位素組成上，兩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，南海的兩個次海盆之間具有不同的地幔演化歷史。
為揭示南海為何存在印度洋型地幔，以及為何兩個次海盆之間存在不同的地幔演化歷史，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（圖3）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，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%，這很好地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(guān)系；而西南次海盆地幔組成（如虧損Pb同位素的特征），很好地反映了南海張裂過程中有大陸下地殼的混入。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，這正是南海存在印度洋型地幔的原因。以此為據(jù)，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。該研究對于認識南海張裂過程和原因具有重要意義，對于認識印度洋型地幔的本質(zhì)和成因也有重要的推動作用。
本項研究得到了國家優(yōu)秀青年科學基金和青島海洋科學與技術(shù)國家實驗室“鰲山人才”計劃項目的支持。
Zhang, G.L.,(*), Luo, Q., Zhao, J., Jackson, M G., Guo, L S., Zhong, L F., (2018). Geochemical nature of sub-ridge mantle and opening dynamics of the South China Sea. Earth and Planetary Sciences Letters. 489: 145–155.
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X1830102X
圖1. 南海構(gòu)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(xiàn)為印度洋型地幔源區(qū)組成）
