地空学院宋述光课题组在太古宙板块构造及地幔氧逸度方面取得重要进展

　　

近日，北京大学地球与空间科学学院宋述光教授课题组在太古宙地幔氧化还原状态方面取得重要进展。相关研究成果以“Rise of mantle oxidation by Neoarchean subduction in the North China Craton” 为题发表于Earth and Planetary Science Letters。

地幔氧化还原状态如何演化一直存在争议：一些学者认为地幔氧化还原状态从地球早期至今未发生明显变化；另一些学者认为地球早期地幔相对还原，其氧逸度随时间逐渐升高。而在这些争议之外，太古宙地幔是否可以被局部显著氧化并不明确。针对这一重要科学问题，研究人员研究了华北克拉通冀东地区太古宙地幔橄榄岩的氧化还原状态。这些太古宙地幔橄榄岩来自于显著氧化的新太古代俯冲带地幔，对研究太古宙地幔氧化还原状态、新太古代板块构造和大氧化事件三者之间的关系具有重要意义，也是首次报道有明确氧化信号的太古宙地幔样品。

所研究的冀东太古宙橄榄岩以不同尺寸的构造块体产出于太古宙表壳岩和TTG中。前期的研究表明，这些太古宙橄榄岩在新太古代（~2.5 Ga）俯冲-碰撞过程中经历了从110~130km的地幔深度至地壳的折返过程（Wu et al., 2022, EPSL）。冀东太古宙橄榄岩的全岩地球化学和矿物化学特征与现代俯冲带交代橄榄岩类似，且在部分样品中发现交代成因矿物组合（金云母和角闪石），表明其在新太古代俯冲-碰撞过程中受到了板片来源的含水硅酸盐熔体交代（图1）。

图1.（a）全岩Nb vs(Gd/Lu)_N图解；（b）单斜辉石(La/Yb)_Nvs Ti/Eu图解；（c）与单斜辉石平衡的熔体微量元素蛛网图；（d）角闪石Zr/Nb vs Ti/Nb图解

研究团队利用橄榄石-斜方辉石-尖晶石氧逸度计对冀东新太古代俯冲交代橄榄岩的氧化还原状态进行测定，其氧逸度（ΔFMQ +1.3 ±0.4，图2）与现代弧下地幔一致，明显高于现代和太古宙周围地幔。冀东太古宙橄榄岩的高氧逸度特征，与新太古代板块构造密切相关。在新太古代俯冲-碰撞过程中，华北克拉通太古宙地幔经历了俯冲交代作用并发生氧化，导致地幔氧逸度升高。新太古代俯冲-碰撞导致的地幔氧化过程可能对大氧化事件有贡献。

图2. 冀东新太古代俯冲交代橄榄岩、不同构造背景幔源岩浆和橄榄岩氧逸度对比图

北京大学地空学院博士研究生吴珍珠为论文第一作者，宋述光和香港大学王潮博士为论文共同通讯作者，合作者包括英国杜伦大学Mark Allen教授、北京大学唐铭教授、中国科学院地质与地球物理研究所陈意研究员和贾丽辉高级工程师。本研究得到了国家重点研发项目（项目号：2023YFF0803803）和国家自然科学基金（项目号42030304, 41903028）的资助。

论文信息：

Wu, Z., Wang, C., Allen, M.B., Tang, M., Chen, Y., Jia, L. and Song, S., 2024. Rise of mantle oxidation by Neoarchean subduction in the North China Craton. Earth and Planetary Science Letters, 646: 119006.

Wu, Z., Wang, C., Song, S., Allen, M.B., Kusky, T. and Su, L., 2022. Ultrahigh-pressure peridotites record Neoarchean collisional tectonics. Earth and Planetary Science Letters, 596: 117787.