2020年3月3日，国际地学权威学术期刊《地学前缘》（Geoscience Frontiers）在线发表了题为“Plume interaction and mantle heterogeneity: A geochemical perspective”（地幔柱过程与地幔不均一性：地球化学观点）的研究成果。此项成果由海洋试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室、中国海洋大学李三忠教授作为通讯作者和博士生张臻等共同完成。

地幔不均一的物质组成和地幔柱地球化学过程一直是地幔动力学关注的焦点问题，但多基于地球物理手段结合实验室模拟实验等间接手段进行研究，缺乏直接的证据支撑。与之相比，地幔柱物质来自于地幔，是研究地幔物质及地球化学过程的直接证据。为此，本文作者以全球三种类型的地幔柱在地球化学特征方面的差异为切入点，结合三类地幔柱在起源和结构方面的特征，解析地幔柱在上升过程中与不同地幔圈层发生的地球化学过程，得到以下三点认识：（1）D’’层、LLSVPs和Morganian地幔柱由进入下地幔的俯冲板片和后钙钛矿组成；（2）在下地幔中LLSVPs和Morganian地幔柱上涌伴随着布氏岩的结晶，地幔柱中残留的物质为玄武岩-粗面岩套，结构上的差异导致布氏岩的结晶过程在LLSVPs中并不完全，高密度的物质在地幔转换带之下堆积形成巨大的地幔柱头，在地幔柱头边缘处该结晶过程更加容易进行，残余低密度的物质上涌进入上地幔，致使LLSVPs相关的二次地幔柱多发生在地幔柱头边缘区域，同时钠、钾在长期结晶过程中富集，形成碧玄岩-响岩套，而Morganian地幔柱中布氏岩在下地幔基本完全结晶，Morganian地幔柱直接穿过了地幔转换带进入上地幔；（3）Andersonian地幔柱的地球化学特征表明上地幔的主要物质组成为玄武岩-流纹岩套，同时在LLSVPs的二级地幔柱和Morganian地幔柱经过上地幔并在莫霍面下方堆积形成地幔柱头时，上地幔的玄武岩-流纹岩套也混入其中。

本研究成果得到了鳌山科技创新计划项目、鳌山人才项目、国家自然科学基金等项目的联合资助。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.gsf.2020.02.009