上地幔是壳幔物质循环与能量交换的核心圈层，也是板块构造、岩浆活动及资源效应的深部源。深海橄榄岩与古大洋地幔橄榄岩的研究表明，上地幔在岩性与地球化学组成上具有高度的不均一性。然而，由于这些橄榄岩样品通常缺失完整的空间关系，极大限制了对地幔物质不均一性特征及其地球动力学过程的深入解析。蛇绿岩是“登陆”的古大洋岩石圈残片，蛇绿岩科学钻探工程的实施为解决上述问题提供了得天独厚的条件。
pg电子官方网站关键地球物质循环与成矿全国实验室杨经绥教授团队、中国科学院广州地球化学研究所深地过程与战略矿产资源全国重点实验室何宏平研究员团队利用来自西藏的蛇绿岩科学钻探工程的钻孔岩心开展岩石学和地球化学分析。
图1. 泽当科学钻探钻孔岩心样品显微镜下特征
(a) 橄榄岩TIMA分析结果; (b–d) 二辉橄榄岩; (e) 方辉橄榄岩; (f) 纯橄岩.
研究发现：（1）泽当地幔序列（约1300米）由非常新鲜的二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和纯橄榄岩组成（图1）；（2）重复出现的二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和纯橄榄岩组成的“似层状”结构（图2）；（3）二辉橄榄岩和方辉橄榄岩分别是软流圈地幔经历了10–15%和15–25%的熔体亏损的残余体。
图2. 泽当地幔序列岩相柱状图与对应矿物含量及成分变化图解
(a) 泽当地幔序列岩相柱状图; (b–e) 橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、尖晶石含量; (f–h) 橄榄石Fo值、尖晶石Cr#值变化图解; (h–k) 1155–1210段单斜辉石含量、橄榄石Fo值、尖晶石Cr#值及TiO2含量变化图解.
然而，软流圈减压部分熔融形成的熔体亏损梯度仅为0.44–0.22%/km，远不足以形成泽当地幔序列超过10%/km的熔体亏损梯度。热力学模拟计算表明，当且仅当玄武质熔体与地幔橄榄岩在1300℃/4–6 kbar条件下（相当于扩张脊之下的软流圈顶部）发生相互作用时，才能重现泽当地幔序列中二辉橄榄岩与方辉橄榄岩的全岩地球化学组成（图3）。同时，熔体/岩石比例，即岩石渗透率，是控制反应进程的主要因素。该认识与泽当钻孔岩心中观察到的现象一致，即橄榄岩的熔体亏损程度随着远离高渗透率的纯橄岩而逐渐减低（图2h–k）。最后，泽当地幔序列拼贴到岩石圈之后，在俯冲环境经历了不同程度的改造作用。
图3. 地幔熔体流控制岩性不均一性
(a) 大洋扩张脊之下上涌的软流圈减压熔融形成玄武质熔体; (b)熔体流沿着纯橄岩通道网络向浅表运移; (c–d) 熔体流作用下，原始二辉橄榄岩与方辉橄榄岩会分别转变为方辉橄榄岩和纯橄岩，橄榄岩的熔体亏损程度随着距熔体通道径向距离的减小而逐步加剧.
基于上述研究，本论文揭示了岩石圈地幔顶部不均一的物质组成及其空间结构，强调了熔体流在形成上地幔不均一性中的关键作用。
该成果近期发表在国际权威期刊《国家科学评论》（National Science Review）上。pg电子官方网站连东洋副教授和中国科学院广州地球化学研究所何宏平研究员为共同通讯作者，芮会超博士为第一作者，合作者包括澳大利亚大学科廷大学Luc S. Doucet副研究员，英国卡迪夫大学Johan Lissenberg教授，中国科学院广州地球化学研究所李杰研究员、朱建喜研究员，pg电子官方网站蔡鹏捷博士、杨经绥教授，课题组博士毕业生来盛民（现为山东莒县自然资源和规划局高级工程师）。该研究获重点研发项目(2023YFF0804402)、国家自然科学基金(42302041)、广东省科技计划项目（2023B1212060048）、中央高校基本科研业务费（2024300422）、关键地球物质循环与成矿全国实验室开放基金（2025-K14）等资助。
论文信息：Rui, H.C., Doucet, L.S., Lissenberg C.J., Lian, D.Y., Li, J., Cai, P.J., Lai, S.M., Zhu, J.X., He, H.P., Yang, J.S., 2026. Melt flow control on lithological and geochemical heterogeneity of the oceanic upper mantle. National Science Review, 13, nwag130, https://doi.org/10.1093/nsr/nwag130
图文：芮会超、连东洋
审核：陈天宇
