海洋所研究發(fā)現(xiàn)南大西洋洋中脊18–21°S玄武巖中存在俯沖信號(hào)
南大西洋位于南美洲與非洲之間,由西岡瓦納大陸裂解形成,是處于威爾遜旋回中成熟階段的洋盆。南大西洋洋中脊遠(yuǎn)離俯沖帶,通常認(rèn)為其較少受到俯沖作用的影響。然而,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究人員在洋中脊玄武巖中識(shí)別出了俯沖組分改造后的地幔,并進(jìn)一步提出了環(huán)太平洋的“俯沖盾”(subduction shield)模型。該模型中,大西洋洋中脊中部(33°N–34°S) 不同于其他位于俯沖盾之外的區(qū)域,屬于未受俯沖改造的地幔(subduction-unmodified mantle),但其原因并未得到解釋;同時(shí),另有研究表明該區(qū)域地幔受到了俯沖作用的影響。因此,大西洋中部是否存在俯沖作用的影響尚不明確。
針對(duì)上述問(wèn)題,中科院海洋所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曾志剛研究團(tuán)隊(duì),選取南大西洋洋中脊18–21°S的玄武巖樣品,測(cè)試了全巖主、微量元素及Nd-Hf同位素組成,探討了微量元素異常及其來(lái)源。研究發(fā)現(xiàn),樣品屬于N-MORB,但均在微量元素蛛網(wǎng)圖中顯示出U、Pb的正異常(圖1),并且其Ce/Pb、Nb/U比值明顯低于MORB正常值(圖2a),流體活動(dòng)性元素與非流體活動(dòng)性元素的比值(Ba/Nb、Ba/Th、Rb/La、Rb/Nb等)也與N-MORB明顯不同。這指示研究區(qū)地幔中存在富集流體活動(dòng)性元素的組分,而陸殼物質(zhì)、再循環(huán)沉積物、地幔柱物質(zhì)的加入和俯沖過(guò)程的影響都是造成這一現(xiàn)象的可能因素。
樣品在εNd值有限的變化范圍內(nèi),Nb/U比值劇烈變化,且并未展示出與εNd值的明顯相關(guān)性(圖2b),這排除了陸殼物質(zhì)以及地幔柱物質(zhì)的影響。εNd值與εHf值的相關(guān)圖也顯示源區(qū)中并不存在可識(shí)別的次大陸巖石圈地幔組分(圖2c)。二端元模擬的結(jié)果也不支持俯沖沉積物是觀察到的微量元素異常的來(lái)源。因此,認(rèn)為這些微量元素異常代表了俯沖信號(hào),體現(xiàn)了俯沖流體的影響(圖2d);結(jié)合與俯沖帶的相對(duì)位置,源區(qū)中存在俯沖改造后的地幔物質(zhì)似乎是更合理的解釋,而非俯沖作用的直接影響。
上述研究成果發(fā)表在地學(xué)期刊Journal of Marine Science and Engineering上,論文第一作者為中科院海洋所冀天瀟博士,通訊作者是曾志剛研究員,本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目聯(lián)合支持。
論文信息:
Ji T, Zeng Z. Trace Element Evidence of Subduction-Modified Mantle Material in South Mid-Atlantic Ridge 18–21°S Upper Mantle. Journal of Marine Science and Engineering, 2023, 11(2):441. https://doi.org/10.3390/jmse11020441.

圖1 南大西洋洋中脊18–21°S玄武巖微量元素蛛網(wǎng)圖

圖2 微量元素與同位素相關(guān)圖
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