近日，地质过程与矿产资源国家重点实验室【地球深部物质研究】团队在《Nature Communications》上发表论文有关夏威夷玄武岩成因的最新研究进展——发现夏威夷拉斑玄武岩的原始岩浆很可能在岩石圈底部的岩浆房中经历过高程度结晶分异。该项成果的研究团队由我校王超副研究员、章军锋教授和金振民院士组成。论文第一作者为我校地球科学学院博士研究生杨君龙同学，通讯作者为王超副研究员。

源于地幔柱的夏威夷洋岛玄武岩（OIB）是我们认识深部地幔最重要窗口之一，因而受到了国际地学界的广泛的关注，并进行了大量的研究。但是目前关于其源区的物质组成、物理化学性质等方面还存在巨大争议。

橄榄石是夏威夷拉斑玄武岩中最主要的斑晶和捕虏晶矿物，所以通常认为夏威夷OIB的原始岩浆只经历了橄榄石的结晶分异。但是，橄榄岩和辉石岩（俯冲洋壳部分熔融熔体与橄榄岩相互作用形成）部分熔融熔体成分均无法解释通过橄榄石结晶分异校正计算获得的夏威夷OIB原始岩浆的高铁和高钛特征。为了解决上述矛盾，中国地质大学（武汉）地球深部物质研究团队通过高温高压实验岩石学方法在3.0 GPa压力（深度～90 km）条件下，模拟了地幔橄榄岩部分熔融熔体在岩石圈地幔中的结晶分异过程。基于实验结果，我们认为地幔柱橄榄岩在3-4GPa的压力条件下（对应深度～90-120 km）部分熔融形成的夏威夷拉斑玄武岩的原始岩浆会首先在岩石圈底部聚集形成深部岩浆房。冷的岩石圈地幔与热的原始岩浆之间的热交换会导致后者在深部岩浆房内发生高程度结晶分异（晶出大量的单斜辉石和石榴子石）导致岩浆成分向低硅、富碱的方向演化。这些碱性岩浆随后会在浅部（深度< 60 km）岩石圈地幔中与方辉橄榄岩中的斜方辉石发生强烈反应（吸收斜方辉石并结晶橄榄石）导致岩浆成分向富硅方向演化。经历过上述演化过程的橄榄岩部分熔融熔体可以很好的解释夏威夷拉斑玄武岩的主量元素特征（图1）和微量元素特征（图2）。

基于上述研究结果，我们提出了夏威夷玄武岩的形成与演化过程的三阶段模型（图3）。我们认为深源的OIB原始岩浆在上升过程中需要穿过巨厚的岩石圈地幔，二者之间的物理、化学作用是我们追溯深部地幔的物质组成和物理化学性质过程中不能忽视的重要一环。

图1 夏威夷岩浆上升过程中岩浆成分的演化（P19表示原始岩浆；AM-40和AM-28表示结晶单斜辉石和石榴子石后的演化岩浆，40和28分别表示结晶分异过程中熔体百分含量为40%和28%；阴影区域表示吸收斜方辉石过程，吸收步长10 wt%）

图2 夏威夷岩浆稀土元素配分模式图（a，高压结晶分异和吸收斜方辉石过程；b，高压结晶的石榴子石部分溶解，释放重稀土元素进入岩浆）

图3 夏威夷洋岛玄武岩成因模式图（a中箭头表示橄榄岩部分熔融形成原始岩浆阶段；1-2表示岩浆高压结晶单斜辉石和石榴子石阶段；3-4表示演化岩浆上升过程中与岩石圈方辉橄榄岩再平衡阶段，岩浆吸收斜方辉石结晶橄榄石，橄榄石成为熔岩中主要的斑晶和捕虏晶矿物）

论文信息：Yang, Junlong., Wang, Chao*., Zhang, Junfeng., Jin, Zhenmin. Genesis of Hawaiian lavas by crystallization of picritic magma in the deep mantle. Nature Communications 14, 1382 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-37072-0