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南海大洋鑽探新進展：建立南海地幔演化統一模型

圖1 南海地形及其周邊俯衝構造

近日，國際知名地學雜誌《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》在線發表南海地幔演化統一模型的最新研究成果。該研究由中國科學院南海海洋研究所張旭博助理研究員、林間特聘研究員和美國波士頓學院Mark Behn教授共同完成。研究人員應用最新的國際大洋鑽探數據與南海地震剖面，結合地球化學與地球動力學方法，建立了南海地幔溫度、成分及其演化過程的定量化統一模型。

南海是西太平洋最大的邊緣海（圖1），是攻關地球邊緣海形成演化過程重大科學問題的突破口。近年來國際大洋發現計劃（International Ocean Discovery Program, 簡稱IODP）在南海成功實施了IODP349、367、368、368x航次，獲得關鍵的洋殼玄武岩樣品。通過國際大洋鑽探、國家自然科學基金委重大研究計劃“南海深部過程演變”等支持，科學家們利用深拖地磁、深部地震實驗及岩石地球化學分析等多學科研究手段，首次精確測量了南海各海盆的擴張年齡、地幔端元組成以及地殼厚度變化。但不同的地球物理與地球化學觀測之間缺乏交叉驗證的定量化統一模型。

研究人員創新性地結合先進的熱力學模擬與地幔熔融理論，以南海海上地震實驗測定的地殼厚度和國際大洋鑽探獲取的岩石地球化學數據爲主要觀測約束，建立了南海地幔溫度、成分及其演化過程的定量化統一模型。模型結果顯示（1）南海東部和西南次海盆的地幔溫度基本一致；（2）東部和西南次海盆洋脊處岩石樣品的地球化學特徵差異主要受控於地幔組分的不同（圖2）。

圖2 南海東部和西南次海盆的地殼厚度、Fe8.0和Na8.0以及對應的最佳地幔溫度和地幔組分。DMM：虧損地幔；LCC：下大陸地殼

由此，研究人員提出南海地幔演化的三個重要階段：（1）在大陸破裂階段，由於地殼拆沉作用，南海東部和西南次海盆的地幔都混染了少量下大陸地殼成分；（2）伴隨着海底擴張的進行，被混染的地幔逐漸被上涌的深部正常地幔所取代；（3）由於海底擴張持續時間的不同，導致東部和西南次海盆擴張停止時洋脊下方的地幔組分存在差異（圖3）。

圖3 南海地幔演化模式圖

該研究對於揭示邊緣海地幔演化動力學過程及其構造岩漿響應機制具有重要指導意義。點擊“閱讀全文”，查看原始文獻。

撰稿：張旭博

編輯：張　釗

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信息來源：大洋鑽探中國IODP辦公室

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