北京
在巖漿供給貧乏的洋-陸轉換帶（OCT）和慢速-超慢速擴張洋中脊（MOR），大量深部地幔巖石直接出露于洋底，這得益于洋底拆離斷層等大規(guī)模構造活動的貢獻。大洋拆離斷層可根植于巖石圈脆-韌性轉換帶，其經(jīng)過長期滑移后可將深部地幔巖石剝露至洋底，形成大洋核雜巖（OCC）。所以，拆離斷層的起源和演化機制是認識大陸裂解-洋盆打開以及成熟大洋慢速-超慢速擴張等系列過程的關鍵內容。
大量研究表明，大洋拆離斷層的形成主要是因為巖石圈發(fā)生了強度弱化和應變集中，而這些過程在不同溫壓條件下可由不同機制導致。一般而言，在低-中溫條件的脆性變形區(qū)，地幔蛇紋石化即可顯著降低巖石圈強度并起到潤滑的作用；在中高溫條件下，熔體侵入可導致地幔成分、強度和先存礦物組構的改變；而在高溫條件下，熔體侵入和韌性變形的雙重作用則占據(jù)主導地位（如，Bickert et al., 2020; Ildefonse et al., 2007; Olive et al., 2010; Zhang et al., 2025a）。但是，在許多研究中，拆離斷層的巖漿活動、蛇紋石化和顆粒粒徑減小常常疊加出現(xiàn)，不同機制的相互關系及其相對貢獻仍缺少直接約束。
為了厘清這個問題，國際大洋發(fā)現(xiàn)計劃（IODP）402航次的研究人員選擇在地中海的“第勒尼安海（Tyrrhenian Sea）”進行鉆探研究（圖1）。第勒尼安海被認為是由俯沖板片后撤形成的年輕弧后盆地，蛇紋石化地幔橄欖巖廣泛出露于海底，指示顯著的地幔抬升過程。近期研究揭示402航次鉆孔中存在大量斜長石二輝橄欖巖和輝石巖脈等具有典型交代特征的巖石類型，表明這是一個經(jīng)歷過廣泛熔體再富化作用的初生洋盆地幔（Sanfilippo et al., 2025）。地?？焖偬龑е虏煌煞值娜垠w未被充分抽取和向上匯聚，從而造成強烈的地幔不均一性（Sanfilippo et al., 2025）。在一項發(fā)表在Science Advances的最新研究中，第勒尼安海的地幔抬升過程被解釋為拆離斷層的貢獻，而拆離斷層的啟動和演化機制正是該項研究的重點，其核心證據(jù)在于鉆孔橄欖巖中最新發(fā)現(xiàn)的一系列變形花崗巖侵入體（Poulaki et al., 2026）（圖1）。作為大陸地殼的主要組成巖石，花崗巖在大洋巖石圈地幔中較為少見，它們更多是作為蝕變洋殼重熔或玄武質巖漿高度分異的產(chǎn)物出現(xiàn)在下洋殼和巖墻-輝長巖轉換帶，被稱為酸性脈體（Felsic veins）或斜長花崗巖（Plagiogranite）（Koepke et al., 2004; Zhang et al., 2025b）。因此，402航次鉆孔地幔橄欖巖中出現(xiàn)的這些“異常”花崗巖侵入體引起了研究人員的關注。
圖1 IODP 402 航次鉆孔位置、巖性分布及代表性巖心照片。花崗質侵入體、鎂鐵質-超鎂鐵質巖石和蛇紋石化橄欖巖在鉆孔中交替出現(xiàn)（圖片來源：Poulaki et al., 2026）
航次科學家對這些花崗巖侵入體及其圍巖蛇紋石化橄欖巖開展了一系列顯微構造、單礦物年代學和穩(wěn)定同位素研究。年代學研究顯示，這些花崗巖具有年輕的鋯石結晶年齡（4.0–3.9Ma），其中鋯石的振蕩環(huán)帶及微量元素特征也支持其巖漿成因。這表明這些花崗巖并非來源于大陸裂解和洋盆打開過程中擱淺在軟流圈的古老陸殼殘片，而是與初生弧后盆地年齡相似的洋殼侵入體。鋯石和角閃石的單礦物溫壓計顯示，花崗巖在約630–700 ℃、0.2 GPa條件下結晶，結晶深度達到7–9 km。結合洋底沉積物的年齡約束，這些花崗巖在約 0.5 Myr 的時間內被快速剝露至洋底，抬升速率約 2 cm/yr，與第勒尼安海盆地的構造擴張速率一致。
顯微構造觀察顯示，花崗巖中石英顆粒發(fā)生了明顯的韌性變形和動態(tài)重結晶（圖2），表明其在構造抬升過程中經(jīng)歷了持續(xù)的剪切變形。此外，石英的Ti溫度計指示變形溫度維持在370–450 ℃的范圍內（圖2），說明花崗巖在7–9 km的深度結晶后，在冷卻過程中優(yōu)先集中了構造應變從而發(fā)生了顯著的韌性變形。它們在堅硬的橄欖巖中形成了“柔軟”的應變集中帶，促進了拆離斷層的持續(xù)活動。相比之下， H–O同位素結果指示圍巖橄欖巖的蛇紋石化溫度僅約200–225 ℃，表明大規(guī)模蛇紋石化過程要晚于花崗巖侵位和中溫韌性變形的時間，地幔被構造抬升到較淺的位置才發(fā)生蛇紋石化過程。這些結果證明蛇紋石化過程造成的構造薄弱帶并不是促進拆離斷層發(fā)育的首要原因，而花崗質巖漿的侵入和韌性變形是驅動拆離斷層發(fā)育的重要因素。韌性變形的花崗巖會在堅硬的橄欖巖圍巖中形成“柔軟”的構造薄弱帶，在大陸裂解和初始洋盆擴張階段促進拆離斷層的發(fā)育和地幔的剝露（圖3）。
圖2 花崗質巖石的顯微構造、EBSD 組構和石英溫度計結果顯示，花崗質侵入體在結晶之后繼續(xù)記錄顯著剪切變形（圖片來源：Poulaki et al., 2026）
圖3 花崗質侵入體促進拆離斷層發(fā)育、應變集中和地幔剝露的概念模型（圖片來源：Poulaki et al., 2026）
該研究首次將地幔中花崗巖的侵入、韌性變形和地幔蛇紋石化過程限定在統(tǒng)一的時空框架之內，厘清了洋底拆離斷層演化的時間線（圖3）。以往前人在解釋拆離斷層等構造擴張過程時，更強調蛇紋石化、基性熔體侵入和礦物形變等過程的貢獻，而該研究將地幔中罕見的花崗巖侵入體，視為控制大洋拆離斷層啟動與演化的重要因素，認為花崗質巖漿雖然規(guī)模有限但同樣能夠造成構造薄弱帶的產(chǎn)生，修正了單純強調蛇紋石化或基性巖礦物形變主導斷層形成的傳統(tǒng)解釋?？傊痣x斷層的發(fā)育是多種過程在不同階段共同作用的結果，該研究并不意味著花崗巖的侵入能夠解釋所有拆離斷層的演化，而是說明至少在第勒尼安海這一案例中，有限規(guī)模的花崗巖參與了拆離斷層的發(fā)育，這與前人建立的模型在本質上是相通的，即熔體侵入導致巖性多樣性，易于造成地幔薄弱帶的形成，從而發(fā)育和促進拆離斷層活動。
主要參考文獻
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Koepke J, Feig S T, Snow J, et al. Petrogenesis of oceanic plagiogranites by partial melting of gabbros: an experimental study[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 2004, 146: 414–432.
Olive J A, Behn M D, Tucholke B E. The structure of oceanic core complexes controlled by the depth distribution of magma emplacement[J]. Nature Geoscience, 2010, 3: 491–495.
Poulaki E M, Bickert M, Vannucchi P, et al. Granitic intrusions enhance strain localization and rapid mantle exhumation along an oceanic detachment fault[J]. Science Advances, 2026, 12: eaec6950.
Sanfilippo A, Pandey A, Akizawa N, et al. Heterogeneous Earth's mantle drilled at an embryonic ocean[J]. Nature Communications, 2025, 16: 2016.
Zhang Z, Liu C Z, Jung H, et al. Multi-Stage Evolution of Deformed Peridotites in the Yarlung-Tsangpo Suture Zone: A Link to Mantle Shear Initiation at H2O-Deficient Ultraslow-Spreading Ridges[J]. Journal of Petrology, 2025a, 66 (9): egaf073
Zhang W Q, Liu C Z, MacLeod C J, et al. The role of detachment faulting in the genesis of oceanic felsic melts[J]. Communications Earth & Environment, 2025b, 6: 109.
（撰稿：李宏宇，劉通/巖石圈演化學科中心）
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