中国科学院海洋研究所机构知识库

大洋/海盆地幔在不同空间尺度上的化学组成不均一性对于揭示固体地球演化规律具有重要意义。目前地球上最大尺度的地幔不均一性，表现为印度洋型和太平洋型两种地幔域。认识这两种类型地幔域的分割和成因，是认识大洋地幔形成和演化规律的有效途径之一。但是关于印度洋型地幔的起源还存在很大争议。最近的研究发现西太平洋的边缘海盆的地幔源区为印度洋型地幔，但是对于这些海盆的印度洋型地幔成因还不清楚。厘清西太平洋边缘海盆印度洋型地幔成因，对于研究这些海盆的形成机制、地幔源区组成演化和印度洋型地幔在西太平洋地区的分布意义重大。

印度洋和太平洋的交汇区域经历了太平洋板块的俯冲和特提斯板块的俯冲，拥有复杂的构造演化历史，是解决大尺度地幔不均性成因的天然实验室。该区域新生代以来形成了多个扩张海盆，这些海盆的玄武岩是认识地幔组成的重要载体。因此，为了揭示印度洋型和太平洋型地幔分割的成因，有必要以该区域的海盆玄武岩为切入点，开展详细的地球化学研究，有效解决大洋大尺度地幔不均一性的成因问题。对位于该区域的苏禄海和苏拉威西海海盆玄武岩开展详细的地球化学研究对于制约该区域的地幔源区组成、成因及其演化和海盆的成因机制有很大的指示意义。

前人只对苏拉威西海海盆U770站位N-MORB进行了很少的研究，这很难制约苏拉威西海的地幔源区组成和演化历史。在本次研究中，我们对U770 站位N-MORB和E-MORB进行了详细的全岩主微量元素和Sr–Nd–Pb–Hf放射性同位素及其橄榄石原位地球化学研究。苏拉威西海海盆玄武岩的Sr–Nd–Pb–Hf同位素组成指示苏拉威西海的地幔源区为印度洋型地幔。U770站位玄武岩样品的ɛNd与Sm_N/Yb_N、Sr/Sr*和Eu/Eu*的相关性反映出苏拉威西海的MORB型的亏损地幔源区中存在富集地幔端元。依据ɛNd与Sr/Sr*和Eu/Eu*之间的正相关关系，我们提出苏拉威西海地幔源区的富集端元来源于经历斜长石分离结晶的再循环洋壳。再循环的洋壳和极少部分的深海沉积物可以解释苏拉威西海的印度洋型地幔的来源。U770站位E-MORB相对全球洋中脊玄武岩和地幔橄榄岩高的全岩Zn/Mn 和Zn/Fe比值结合MORB类型的橄榄石地球化学特征指示苏拉威西海的地幔源区存在来源于再循环洋壳的榴辉岩。这表明再循环大洋板块组分在苏拉威西海的地幔源区岩性组成和地球化学不均一性成因中扮演着重要的角色。

由于苏禄海海盆被巨厚的沉积物覆盖加上极少的地球化学数据，过去对于苏禄海的洋壳性质和源区组成演化了解不多。在本次研究中，我们报道了ODP 124航次U768站位火山岩的全岩主微量元素和Sr–Nd–Pb–Hf放射性同位素的数据。U768站位火山岩富集大离子亲石元素和轻稀土元素、亏损高场强元素，指示苏禄海的洋壳是典型的弧后盆地玄武岩。U768站位火山岩具有Pb从正异常到负异常的变化特征和Th/Yb比值高于MORB和OIB与马里亚纳岛弧火山岩相似的特征；这指示了苏禄海地幔源区遭受了俯冲物质的改造。U768站位火山岩的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb与Ce/Pb和Th/Nb比值之间的耦合关系指示苏禄海的地幔源区存在俯冲的深海沉积物的组分起作用。根据U768站位火山岩Pb同位素之间体现出的正相关关系和Nd-Hf同位素相对地幔演化线的解耦，我们提出苏禄海地幔源区印度洋型地幔的起源与俯冲的深海沉积物紧密相关。

在本次研究中我们通过对ODP 124航次获得的海盆玄武岩的研究发现，苏禄海和苏拉威西海的洋壳分别由弧后盆地玄武岩和洋中脊玄武岩组成；苏禄海的地幔源区受到俯冲深海沉积物的改造而苏拉威西海的地幔源区存在经历过斜长石分离结晶的再循环的洋壳；苏禄海和苏拉威西海的印度洋型地幔起源分别与俯冲深海沉积物和再循环的洋壳和沉积物有关；苏禄海和苏拉威西海在玄武岩成因和地幔组成演化上的差异与这两个海盆的的成因机制有关。