地幔的化学不均一性一般归因于俯冲进入地幔的大陆或洋壳物质，这些再循环的壳源物质与地幔混合形成富集地幔端元（如：EM和HIMU）。长期以来，前人关注的主要内容是这些再循环壳源物质与亏损地幔之间的相互作用，并以此来解释富集地幔端元的形成机制。然而，涉及到再循环壳源物质与富集地幔端元相互作用的机制以及它们作用后的结果等方面人们少有研究。 

针对上述科学问题，中科院地质与地球物理研究所地球深部结构与过程研究室博士研究生田恒次在其导师杨蔚研究员的指导下，选取具有富集EM-I特征的中国东北五大连池和二克山玄武岩作为研究对象，进行Mg同位素分析。结果表明这些玄武岩具有显著轻的Mg同位素组成，δ²⁶Mg变化范围是 -0.57 ~ -0.46 ‰，与华北华南新生代玄武岩的Mg同位素组成一致，但是显著低于软流圈地幔的Mg同位素组成。这一发现结合前人的研究，揭示了中国东部地幔存在大规模Mg同位素异常（图1），它很可能是俯冲的太平洋板片携带再循环碳酸盐进入地幔的结果，因为只有碳酸盐能造成很轻的Mg同位素组成。这一解释也得到了玄武岩其它地球化学特征的支持，如：高CaO/Al₂O_3，Ba/Rb和低Hf/Hf*比值（图2）。 

　　图1 中国东部新生代玄武岩分布，其中灰色部分表示地幔Mg同位素异常区域 

       图2 δ²⁶Mg与Hf/Hf*, Ba/Rb, CaO/Al₂O₃关系图

中国东北五大连池和二克山玄武岩除了与华北华南玄武岩具有相似的轻Mg同位素组成外，它还具有富集EM-I型的Sr-Nd-Pb同位素特征，这要求该地区岩石圈地幔具有富集型地幔EM-I的特点。富集岩石圈地幔与碳酸盐化软流圈地幔相互作用形成了五大连池和二克山玄武岩。这一相互作用同时保留了碳酸盐化软流圈地幔的轻Mg同位素特征和富集岩石圈地幔的Sr-Nd-Pb同位素特征，并不能用简单的混合过程揭示。由于五大连池和二克山玄武岩相对华北华南玄武岩具有高的SiO₂和K₂O，低的MgO和全FeO含量，他们认为其作用机制是：软流圈地幔来源的具有低δ²⁶Mg的低SiO₂熔体，与岩石圈地幔中的辉石（单斜辉石和斜方辉石）反应，结晶出橄榄石并释放高SiO₂熔体。在该反应过程中辉石中的Mg被转移到新形成的橄榄石中，而微量元素则进入到熔体中，因此，能够在保留低Mg同位素特征的同时获得EM-I型Sr-Nd-Pb同位素特征（图3）。 

图3五大连池和二克山玄武岩形成的动力学模型 

以上研究结果近期发表在国际地球化学领域权威期刊Geochimica et Cosmochimica Acta（Tian et al. Origin of low δ²⁶Mg basalts with EM-I component: Evidence for interaction between enriched lithosphere and carbonated asthenosphere. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2016, 188: 93-105）

原文链接