俯冲带是全球最大的物质循环系统，在大陆俯冲带中，俯冲板片释放不同类型的熔/流体交代上覆地幔楔，这种壳幔相互作用会改造上覆地幔楔的岩性和地球化学性质。亏损橄榄岩的饱满再富化作用在岩石圈地幔中广泛存在，来自软流圈地幔的玄武质熔体交代地幔使难熔的地幔变得富化，造成岩石圈地幔的长期演化和不均一性。来自岩石圈地幔的二辉橄榄岩，如地幔补掳体和阿尔卑斯造山带橄榄岩都被证明是富化作用的产物 (e.g., Chin et al., 2014; Le Roux et al., 2007)。石榴石二辉橄榄岩在大陆俯冲带中广泛存在，这类岩石究竟是富化交代产生或者代表了上覆地幔楔残余的饱满部分目前尚不清楚。由于大陆俯冲板片的主体为长英质，含水量较少 (Rudnick and Gao, 2014)，因此，在大陆俯冲隧道中，类似的富化作用如何发生，如何改造上覆地幔楔很少被报道。

位于中国东部的苏鲁超高压变质带是经典的大陆碰撞造山带，是在三叠纪（230-220Ma）由扬子板片（YC）俯冲到华北克拉通（NCC）之下，经历后期一系列俯冲折返碰撞过程产生。带内广泛出露不同岩性的幔源橄榄岩，包含亏损的橄榄岩和饱满的石榴石二辉橄榄岩。这些造山带橄榄岩起源于俯冲板片上覆的岩石圈地幔，由折返的俯冲板片带到地表 (see review in Zhang et al., 2009)，为研究俯冲带壳幔相互作用提供了关键对象。中国地质大学（武汉）壳幔交换动力学科研团队博士生任爱卿在导师汪在聪教授的指导下，与团队其他成员合作，重点选取了苏鲁造山带北部的迟家店石榴二辉橄榄岩，并结合北部的李家屯纯橄岩及南部许沟方辉橄榄岩作为对比研究。该工作充分利用团队实验平台对样品的全岩主微量、矿物主微量进行了系统分析测试，特别是结合对单斜辉石进行了原位主微量和Sr同位素分析，来深化认识大陆俯冲造山带饱满二辉橄榄岩的成因，并揭示大陆俯冲过程中复杂的壳幔相互作用。

图1（a-d）迟家店石榴二辉橄榄岩镜下特征。粗粒单斜辉石、斜方辉石和石榴石共生，并且包含早期尖晶石、石榴石、橄榄石和辉石等包裹体。

研究结果表明：

1）主量元素模拟表明研究区橄榄岩（李家屯纯橄岩和许沟方辉橄榄岩）与其他难熔的苏鲁造山带橄榄岩类似，经历了>20% 的部分熔融 （图2）。迟家店二辉橄榄岩的主量元素无法用部分熔融或批次熔融模拟来解释，表明二辉橄榄岩并不是单一地幔熔融的残余。

图2 研究区橄榄岩的全岩主量元素。与富化的地幔补掳体类似，迟家店二辉橄榄岩表现出更高的Al₂O₃, TiO₂和CaO含量；李家屯纯橄岩和许沟方辉橄榄岩上述元素含量低于大部分地幔样品。

2）迟家店石榴二辉橄榄岩的单斜辉石含量（≥10%）与富化的地幔补掳体和造山带二辉橄榄岩接近，粗粒石榴石和单斜辉石具有包含结构（图1）。单斜辉石和石榴石都表现出流体活动性元素（LILE）的富集（图3），单斜辉石具有放射性的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr（0.7061-0.7084）（图4），同时，单斜辉石强烈富集LREE (Ce_N/Yb_N > 62)，与石榴石的REE配分模式互补。因此，我们认为迟家店二辉橄榄岩经历了基性熔体的交代作用，在此过程中消耗橄榄石形成了单斜辉石和石榴石。这期交代作用发生在石榴石相，温压条件为720-770 °C和4.4-4.8 GPa，在此过程中同时经历了壳源物质的交代改造。

图3 迟家店二辉橄榄岩中单斜辉石、石榴石的微量元素蛛网图和稀土元素配分模式图。单斜辉石富集LILE（Rb，Ba，Pb），另外单斜辉石表现出LREE的强烈富集，这与石榴石亏损LREE富集HREE“互补”。

3）许沟方辉橄榄岩中单斜辉石的Sr同位素（0.7049-0.7064）相对于亏损地幔更加富集（图4），同时具有高的La_N/Yb_N (69-385)和低的Ti/Eu (292-330)比值，我们推测许沟方辉橄榄岩经历了壳源碳酸盐熔体的交代作用。李家屯纯橄岩中发育次生角闪石（图1），全岩微量元素具有LILE的富集，岩相学与地球化学证据表明样品经历了地壳流体的交代作用。这些结果与已有研究一致。

图4 苏鲁造山带橄榄岩记录的不同类型交代作用。迟家店二辉橄榄岩受到富化交代作用， Mg^#降低同时具有更加放射性的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr。与迟家店样品不同，许沟方辉橄榄岩及其他苏鲁橄榄岩受到地壳熔体/流体交代，具有放射性的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr，但仍具有高的Mg^#（保存亏损特征）。

4）许沟方辉橄榄岩和李家屯纯橄岩经历了壳源熔/流体的交代作用，全岩及矿物的微量元素及同位素发生了改造，沉淀产生了角闪石，这些现象表明大陆俯冲过程中存在隐性及显性交代作用。但是迟家店橄榄岩在俯冲隧道中经历了基性熔体和壳源物质的交代作用，产生了单斜辉石和石榴石，使得主量元素更加富集（如Al，Ca，Si和Na）。因此，地幔楔在大陆俯冲隧道中经历了不同性质熔/流体的复杂交代；亏损地幔橄榄岩的饱满再富化过程在大陆超高压俯冲过程中也可发生，造成上覆地幔楔岩性及地球化学性质的转变。

上述研究工作近期发表在Lithos中。该项研究受到国家自然科学基金（42273023, 41722302）和GPMR-CUG项目(MSFGPMR2022-1)资助。

文章信息：Ren, Aiqing, Wang, Zaicong*, Zong, Keqing, Hu, Zhaochu, Cheng, Huai, Wang, Xiang, Zhang, Wen, Chen, Weijun, 2023. Mantle refertilization at high-pressure conditions of continental subduction channel: Evidence from orogenic peridotites in the Sulu UHP terrane, eastern China. Lithos 456-457 107300.  https://doi.org/10.1016/j.lithos.2023.107300.

主要参考文献：

1. Chin, E.J., Lee, C.-T.A., Barnes, J.D., 2014. Thickening, refertilization, and the deep lithosphere filter in continental arcs: Constraints from major and trace elements and oxygen isotopes. Earth and Planetary Science Letters 397, 184-200.

2. Le Roux, V., Bodinier, J.L., Tommasi, A., Alard, O., Dautria, J.M., Vauchez, A., Riches, A.J.V., 2007. The Lherz spinel lherzolite: Refertilized rather than pristine mantle. Earth and Planetary Science Letters 259, 599-612.

3.Rudnick, R.L., Gao, S., 2014. 4.1 - Composition of the Continental Crust, in: Holland, H.D., Turekian, K.K. (Eds.), Treatise on Geochemistry (Second Edition). Elsevier, Oxford, pp. 1-51.

4.Zhang, R.Y., Liou, J.G., Ernst, W.G., 2009. The Dabie–Sulu continental collision zone: A comprehensive review. Gondwana Research 16, 1-26.