海院科研动态（179）|研究揭示西太平洋弧后盆地拆离断层内岩浆-海水相互作用机制
近日，中山大学海洋科学学院张国良教授团队在国际知名期刊《Geochemistry Geophysics Geosystems》上发表重要研究成果，系统揭示了西太平洋帕里西维拉海盆拆离断层中岩浆与海水的相互作用,及其在超慢速扩张弧后盆地地壳增生过程中的重要作用。
研究背景
洋壳增生是海底动力学过程的关键环节。西太平洋聚集了全球70%以上的弧后盆地，这些弧后盆地是除洋中脊以外的重要洋壳增生场所。以往研究对超慢速扩张洋中脊的增生过程研究较为深入，但是，关于超慢速弧后盆地地壳增生过程的研究还非常有限。超慢速扩张背景可以出现大洋核杂岩（Oceanic Core Complex），代表了出露在拆离断层下盘的构造岩石组合，主要由辉长岩和蛇纹石化橄榄岩组成。作为一个典型弧后盆地，帕里西维拉海盆发育了世界上最大的核杂岩（哥斯拉大洋核杂岩，面积125 km×55 km，图1），为超慢速扩张弧后盆地洋壳增生机制研究提供了理想场所。哥斯拉大洋核杂岩终止端代表拆离断层终止的位置，对认识拆离断层发育过程和大洋核杂岩成因有重要意义，但该区域缺乏系统性的岩石学、矿物学、年代学和地球化学等方面的研究。中山大学张国良教授团队对该区域的辉长岩和玄武岩进行了主微量元素及H2O含量、Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析和年代测定，探讨了超慢速扩张地壳增生过程中岩浆活动和海水相互作用机制。
图1.西太平洋弧后盆地分布特征和本研究采样位置
研究结果
研究发现：该核杂岩区域的辉长岩以角闪石和Fe-Ti氧化物含量较高、橄榄石含量较低为主要特征。这些辉长岩依据氧化物含量可分为两组：氧化物辉长岩和浸染状氧化物辉长岩。依据锆石U-Pb定年，哥斯拉大洋核杂岩终止端的锆石测年结果为7.93-8.23 Ma（图2），精确限定了帕里西维拉海盆停止扩张前最年轻下地壳形成（岩浆房活动）的时间。氧化物辉长岩和浸染状氧化物辉长岩具有相似的全岩微量元素和单斜辉石微量元素（图3），指示两类岩石来自同一母岩浆的产物。该核杂岩残留脊玄武岩样品显示出类似E-MORB的特征，具有Pb负异常，并缺乏HFSE亏损的特征（图3），指示帕里西维拉海盆扩张末期玄武岩未受俯冲作用影响。
图2.哥斯拉大洋核杂岩终止端辉长质岩石锆石测年结果
图3.核杂岩中辉长岩与玄武岩微量元素和稀土元素配分图
哥斯拉核杂岩辉长岩中单斜辉石的主量、微量元素组成，以及模拟计算获得的辉长岩母岩浆成分，整体呈现轻稀土富集和重稀土平坦的特征。这些特征与该区发现的E-MORB型玄武岩相似（图4），结合该区玄武岩与辉长岩相似的同位素组成（图5），指示了玄武岩与辉长岩来自同一个地幔源区。
图4.哥斯拉大洋核杂岩终止端辉长质岩石母岩浆成分
图5.哥斯拉大洋核杂岩辉长岩和玄武岩Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成图解
通过对辉长岩中单斜辉石进行傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，发现单斜辉石矿物含水量为291-689 ppm，而与这些单斜辉石平衡的熔体显示出异常高的含水量（2.6-6.4 wt%）和H2O/Ce比值（249-3140）。另外，该处玄武岩显示出较低的、与N-MORB相似的H2O/Ce比值（136-186），说明帕里西维拉海盆的岩浆源区与正常地幔一样贫水，推测受板块俯冲作用影响很小。相比之下，辉长岩显示出的异常高的含水量，很难由原生岩浆过程来解释。依据角闪石-斜长石温度计获得结晶温度为640-845°C，这与热液环境下形成的角闪石温度范围一致，指示外来水的加入。基于以上观测结果，该研究提出哥斯拉大洋核杂岩终止端演化模型（图6）：在超慢速扩张环境下，岩浆过程伴随着持续的拆离断层，出现高含水量的单斜辉石，表明海水可以直接混入岩浆，结晶形成富水单斜辉石，结晶后的单斜辉石还可进一步与海水反应形成角闪石。这一模式强调了洋壳增生过程中海水（流体）渗入的作用，有助于深化对慢速-超慢速扩张洋壳增生过程和物质循环的认识。
图6.帕里西维拉海盆哥斯拉大洋核杂岩成因模式
文章相关信息
该成果发表在美国地球物理学会刊物《Geochemistry Geophysics Geosystems》，我院张国良教授与中国科学院海洋研究所迟瀚韬博士为共同第一作者，其中张国良教授为唯一通讯作者。该研究受国家重点研发计划项目（No.2022YFF0801000）和国家自然科学基金（42541604）等项目的资助。
论文信息：
Chi,H.T.,Zhang,G.L.(*),Zhang,J.,Lu,C.M.,2026.Deep crustal magma-water interaction during oceanic core complex termination of the Godzilla Megamullion in the Parece Vela Basin,Geochemistry Geophysics Geosystems,27(9):1-18.
原文链接：http://dx.doi.org/10.1029/2026GC012927
