3月9日，國(guó)際地學(xué)刊物Earth and Planetary Science Letters在線發(fā)表了中科院海洋研究所張國(guó)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(bào)導(dǎo)了國(guó)際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃（IODP_349航次）在南海獲得的擴(kuò)張期洋殼化學(xué)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(gè)次海盆具有明顯不同的地幔性質(zhì)，闡明這種特性是來(lái)自海南地幔柱和大陸裂解過(guò)程中的地殼混入雙重作用的結(jié)果，并認(rèn)為海南地幔柱對(duì)南海的打開(kāi)具有重要推動(dòng)作用。
南海被稱為中國(guó)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(zhēng)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(xué)界探討的重要科學(xué)問(wèn)題。南海打開(kāi)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程及南海下部地幔組成，最可能在南海擴(kuò)張期洋殼（玄武巖）中得到忠實(shí)的記錄。然而，新生代以來(lái)，南海被上千米的巨厚沉積層所覆蓋，長(zhǎng)期以來(lái)南海擴(kuò)張期洋殼樣本無(wú)法獲得。2014年，張國(guó)良研究員參加的國(guó)際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃（IODP_349航次）首次鉆透沉積層，歷史性的首次獲得了南海擴(kuò)張期洋殼玄武巖。
張國(guó)良團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的本次研究，獲得了南海兩個(gè)海盆鉆孔玄武巖巖芯的主、微量元素和Sr-Nd-Pb-Hf同位素?cái)?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(kuò)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(shí)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(gè)次海盆都屬于印度洋型地幔（地球化學(xué)上稱為Dupal異常），且存在明顯的組成差異。這說(shuō)明，南海的兩個(gè)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(gè)次海盆之間存在不同的地幔演化歷史，張國(guó)良團(tuán)隊(duì)模擬了海南地幔柱和大陸下地殼對(duì)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(dá)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(guò)程中有大陸下地殼的混入。南海張裂過(guò)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(gè)南海初始裂解過(guò)程的模型：新生的海南地幔柱在南海打開(kāi)過(guò)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(jìn)了大陸下地殼有效混入軟流圈。該研究對(duì)于認(rèn)識(shí)南海張裂過(guò)程和原因具有重要意義，對(duì)于認(rèn)識(shí)印度洋型地幔的本質(zhì)和成因也有重要的推動(dòng)作用。
本項(xiàng)研究得到了國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金和青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室“鰲山人才”計(jì)劃項(xiàng)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）
