近日，我院孙杨特任教授联合中央研究院地球科学研究所彭君能研究员、华盛顿大学（西雅图）滕方振教授、中国科学院地质与地球物理研究所英基丰研究员、中国科学院东北地理与农业生态研究所武瑶博士和河北工程大学金超教授，在克拉通岩石圈地幔多阶段交代与再循环物质示踪研究方面取得新进展。相关成果刊发于Nature Portfolio旗下高水平期刊《Communications Earth & Environment》（中科院1区TOP，影响因子9.3），论文第一署名单位为360英国上市官网。孙杨特任教授为第一作者和共同通讯作者，彭君能研究员为共同通讯作者。该研究聚焦富集地幔I型（enriched mantle I，EMI）源区的形成与演化问题。部分具有EMI型特征的岩浆同时具有偏轻的Mg同位素组成，表明碳酸盐再循环可能参与其地幔源区演化；然而，不同类型再循环组分在EMI型地幔形成及后期改造中的相对作用与先后关系，仍需进一步约束。
针对这一科学问题，研究团队以美国怀俄明克拉通Leucite Hills钾镁煌斑岩为研究对象，综合新获得的高精度K同位素数据与已有的Mg-Sr-Nd-Pb同位素数据，系统解析其岩石圈地幔源区的物质组成与交代演化。研究发现，两类钾镁煌斑岩表现出明显不同的K-Mg同位素特征：phlogopite lamproites具有偏轻的K同位素组成、接近正常地幔范围的Mg同位素组成和更显著的EMI型Sr-Nd-Pb同位素特征，而madupitic lamproites则具有接近正常地幔范围的K同位素组成、偏轻的Mg同位素组成和相对较弱的EMI型Sr-Nd-Pb同位素特征。两类岩石表现出明显的K-Mg同位素解耦特征，这种差异难以由地壳混染、结晶分异或部分熔融等过程解释，主要反映了岩石圈地幔源区的不均一性及其多阶段交代历史。
在此基础上，研究团队结合两阶段Monte Carlo混合模拟、Pb同位素组成及其演化、Nd模式年龄和区域构造背景，提出了怀俄明克拉通岩石圈地幔的两阶段交代模型：早期硅质碎屑沉积物衍生熔体或流体的交代使源区形成偏轻的K同位素组成和显著的EMI型Sr-Nd-Pb同位素特征，后期碳酸盐相关交代进一步引入偏轻的Mg同位素信号，并对早期形成的地幔源区特征产生叠加改造。研究表明，EMI型Sr-Nd-Pb同位素特征与偏轻的Mg同位素组成并不一定来自同一种再循环物质，也不一定形成于同一次地幔交代事件。K、Mg与Sr-Nd-Pb多同位素体系的联合应用，为识别不同时期、不同类型再循环物质及其造成的多阶段地幔交代提供了新的研究框架，也为认识俯冲再循环物质对大陆岩石圈地幔长期演化的影响提供了新的地球化学约束。
该研究得到国家自然科学基金项目（42473057）资助。
