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龚小晗: 西藏普兰蛇绿岩地幔橄榄岩中“石榴石”是来自约一百公里深部的直接证据【GRL，2020】
发布时间：2020-11-17 作者：[科学研究院]张帅 阅读：14次
经典的蛇绿岩成因模型认为，蛇绿岩类似于现代大洋岩石圈，代表了形成于不同扩张速率洋脊的古大洋岩石圈残片，其地幔单元岩石主要为位于浅部（15～20 km）大洋岩石圈地幔的斜长石/尖晶石相橄榄岩。然而，近十几年来已有学者从多个地区（西藏、印度、土耳其、俄罗斯等）的蛇绿岩地幔橄榄岩/铬铁矿中陆续发现了金刚石等不寻常矿物组合，挑战了传统的蛇绿岩来自“浅部”的成因模型以及对现今大洋岩石圈的认知，但是仍缺乏这些橄榄岩是否真的来自地幔深处的有力证据，导致学术界存在巨大争议。因此，证实蛇绿岩中地幔橄榄岩是否来自深部对于重新认识蛇绿岩成因、建立现今大洋岩石圈的类比模型和揭示地幔对流机制等具有重要意义。
针对上述科学问题，我校地学院和求真研究群体的博士后龚小晗，在其合作导师许继峰教授（通讯作者）与中科院青藏高原研究所史仁灯研究员（共同通讯作者）的共同指导下，重点研究了西藏普兰蛇绿岩中含辉石-尖晶石后成合晶的二辉橄榄岩，首次在碰撞型造山带内的蛇绿岩中识别出来源于深部大洋岩石圈地幔的“石榴石”橄榄岩，主要取得以下认识：
（1）发现组成后成合晶体中的辉石含有极高的重稀土含量和显著的中稀土与重稀土之间的分异，揭示出这是地幔熔融残留相石榴石的典型微量元素特征（图1），证实这些后成合晶体是早期存在于地幔橄榄岩中的“石榴石”。
（2）这些早期地幔橄榄岩中的“石榴石”指示的平衡压力为2.5～2.8 GPa, 对应的地幔深度为85～100 km（图2）；该深度远大于传统认为的蛇绿岩地幔橄榄岩的深度（15～20km），可能位于成熟的大洋岩石圈的底部或海底高原岩石圈的下部位置，指示出这些橄榄岩是从至少深达约100公里的深处向上运移到浅部的。
（3）提出“石榴石”橄榄岩可能在俯冲板片回撤过程中通过蛇纹石化俯冲隧道在不同地幔深度快速向上剥露至浅部并随机混合形成并就位的。
（4）普兰“石榴石”二辉橄榄岩的来源深度（约85～100 km）与自然成因的金刚石的最小稳定深度（~110 km）较为接近，暗示蛇绿岩的地幔橄榄岩含有金刚石是可能的。
图1：西藏普兰二辉橄榄岩中的辉石-尖晶石后成合晶体及其矿物微量元素特征
图2：普兰二辉橄榄岩的剥露P-T轨迹（红线）. 椭圆代表了不同的剥露阶段: 红色为早期石榴石橄榄岩稳定区，深灰色为深部尖晶石橄榄岩稳定区，浅灰色为浅部尖晶石橄榄岩稳定区. 五星及虚线为现今大洋俯冲带内含石榴石橄榄岩的剥露轨迹. 方块代表了前人提出的‘蛇绿岩型’金刚石可能形成P-T条件
上述成果发表于国际地学期刊Geophysical Research Letters上：GongXiaohan, Shi Rendeng*,XuJifeng*, HuangQishuai, Huang Xiaoxiao& Su Benxun.2020. “Garnet”lherzolites in the Purangophiolite, Tibet: Evidence for exhumation of deep oceanic lithospheric mantle.Geophysical Research Letters, 47, e2019GL086101.[IF =4.578]
