近日，我所地質室海洋地質過程及演化團隊在西太平洋海山群成因機制方面取得重要進展，研究成果對認識空間分布廣、年齡和成分在空間上分布雜亂的板內海山群的成因機制具有重要意義。

大洋板內巖漿作用通常被認為與地幔柱有關，經典的“地幔柱假說”能夠很好的解釋年齡隨空間位置線性變化的板內火山鏈的成因。然而，很多大洋板內火山群的空間分布廣、年齡分布雜亂，與經典的“地幔柱假說”預測的不符，其成因存在較大爭議。

為深入認識空間分布廣的大洋板內海山群形成的深部動力學機制，我所地質室海洋地質過程及演化團隊成員位荀博士在石學法研究員的指導下聯(lián)合中國科學院海洋研究所、中國科學院廣州地球化學研究所和Scripps海洋研究所科研人員對西太平洋麥哲倫海山群多座海山熔巖進行了⁴⁰Ar-³⁹Ar年代學、元素以及Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析，發(fā)現(xiàn)麥哲倫海山群海山熔巖成分高度不均一：HIMU（高μ = ²³⁸U/²⁰⁴Pb比值地幔）、EM1（1型富集地幔）和EM2（2型富集地幔）三種地幔端元在該海山群共存，甚至在單一海山尺度HIMU-EM1和EM1-EM2共存（圖1）。結合年代學數據，麥哲倫海山群復雜的成分分布是南太平洋多個具有不同化學成分的熱點火山鏈疊加所致。年代學數據揭示，麥哲倫海山群一些海山并非來自南太平洋地幔柱的直接熔融，但這些海山熔巖卻具有Rarotonga（拉羅湯加）和Samoa（薩摩亞）地幔柱成分特征（圖1），是分散在軟流圈中的地幔柱物質在巖石圈裂隙處減壓熔融的產物。地幔柱的直接熔融形成年齡隨位置線性變化的熱點火山鏈；同時，地幔柱物質到達巖石圈底部時會在橫向上擴散，并隨著地幔對流分散在周圍的軟流圈中，并在巖石圈斷裂帶處發(fā)生減壓熔融，形成與熱點無關的火山（圖2）。

該研究成果表明空間分布廣、年齡-空間位置關系復雜和化學成分多樣的西太平洋板內海山群可能受到多個過程的共同控制：多個熱點火山鏈的疊加，形成與熱點相關的海山；分散在軟流圈地幔中的地幔柱物質沿著巖石圈薄弱帶（如斷裂帶等）處發(fā)生減壓熔融，形成的熔體優(yōu)先沿著先前存在的巖石圈薄弱構造或者火山通道上升并最終噴出地表，形成與熱點無關卻具有深源地幔柱成分特征的海山。很多空間分布的板內海山群的形成可能是深部地幔柱和淺部過程共同作用的產物。

該系列研究成果近期分別以“Overlapping hotspot tracks and melts from diffuse plume materials in the upper mantle generated intraplate seamount groups in the West Pacific”和“Geochronological and geochemical constraints on the petrogenesis and geodynamic process of Hemler, Vlinder, and Il’ichev seamount lavas in NW Pacific”為題發(fā)表在地學學術期刊《Earth and Planetary Science Letters》和《Science China Earth Sciences》（《中國科學： 地球科學》）上。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118901

https://www.sciengine.com/SCES/doi/10.1007/s11430-024-1327-0

https://doi.org/10.1360/SSTe-2024-0025

圖1. 麥哲倫海山群海山熔巖的Nd-Pb同位素組成

圖2. 麥哲倫海山群形成的動力學模型圖