SA：花岗质侵入体增强了大洋拆离断层的应变集中并驱动地幔快速抬升

在岩浆供给贫乏的洋-陆转换带（OCT）和慢速-超慢速扩张洋中脊（MOR），大量深部地幔岩石直接出露于洋底，这得益于洋底拆离断层等大规模构造活动的贡献。大洋拆离断层可根植于岩石圈脆-韧性转换带，其经过长期滑移后可将深部地幔岩石剥露至洋底，形成大洋核杂岩（OCC）。所以，拆离断层的起源和演化机制是认识大陆裂解-洋盆打开以及成熟大洋慢速-超慢速扩张等系列过程的关键内容。

大量研究表明，大洋拆离断层的形成主要是因为岩石圈发生了强度弱化和应变集中，而这些过程在不同温压条件下可由不同机制导致。一般而言，在低-中温条件的脆性变形区，地幔蛇纹石化即可显著降低岩石圈强度并起到润滑的作用；在中高温条件下，熔体侵入可导致地幔成分、强度和先存矿物组构的改变；而在高温条件下，熔体侵入和韧性变形的双重作用则占据主导地位（如，Bickert et al., 2020; Ildefonse et al., 2007; Olive et al., 2010; Zhang et al., 2025a）。但是，在许多研究中，拆离断层的岩浆活动、蛇纹石化和颗粒粒径减小常常叠加出现，不同机制的相互关系及其相对贡献仍缺少直接约束。

为了厘清这个问题，国际大洋发现计划（IODP）402航次的研究人员选择在地中海的“第勒尼安海（Tyrrhenian Sea）”进行钻探研究（图1）。第勒尼安海被认为是由俯冲板片后撤形成的年轻弧后盆地，蛇纹石化地幔橄榄岩广泛出露于海底，指示显著的地幔抬升过程。近期研究揭示402航次钻孔中存在大量斜长石二辉橄榄岩和辉石岩脉等具有典型交代特征的岩石类型，表明这是一个经历过广泛熔体再富化作用的初生洋盆地幔（Sanfilippo et al., 2025）。地幔快速抬升导致不同成分的熔体未被充分抽取和向上汇聚，从而造成强烈的地幔不均一性（Sanfilippo et al., 2025）。在一项发表在Science Advances的最新研究中，第勒尼安海的地幔抬升过程被解释为拆离断层的贡献，而拆离断层的启动和演化机制正是该项研究的重点，其核心证据在于钻孔橄榄岩中最新发现的一系列变形花岗岩侵入体（Poulaki et al., 2026）（图1）。作为大陆地壳的主要组成岩石，花岗岩在大洋岩石圈地幔中较为少见，它们更多是作为蚀变洋壳重熔或玄武质岩浆高度分异的产物出现在下洋壳和岩墙-辉长岩转换带，被称为酸性脉体（Felsic veins）或斜长花岗岩（Plagiogranite）（Koepke et al., 2004; Zhang et al., 2025b）。因此，402航次钻孔地幔橄榄岩中出现的这些“异常”花岗岩侵入体引起了研究人员的关注。

图1 IODP 402 航次钻孔位置、岩性分布及代表性岩心照片。花岗质侵入体、镁铁质-超镁铁质岩石和蛇纹石化橄榄岩在钻孔中交替出现（图片来源：Poulaki et al., 2026）

航次科学家对这些花岗岩侵入体及其围岩蛇纹石化橄榄岩开展了一系列显微构造、单矿物年代学和稳定同位素研究。年代学研究显示，这些花岗岩具有年轻的锆石结晶年龄（4.0–3.9Ma），其中锆石的振荡环带及微量元素特征也支持其岩浆成因。这表明这些花岗岩并非来源于大陆裂解和洋盆打开过程中搁浅在软流圈的古老陆壳残片，而是与初生弧后盆地年龄相似的洋壳侵入体。锆石和角闪石的单矿物温压计显示，花岗岩在约630–700 ℃、0.2 GPa条件下结晶，结晶深度达到7–9 km。结合洋底沉积物的年龄约束，这些花岗岩在约 0.5 Myr 的时间内被快速剥露至洋底，抬升速率约 2 cm/yr，与第勒尼安海盆地的构造扩张速率一致。

显微构造观察显示，花岗岩中石英颗粒发生了明显的韧性变形和动态重结晶（图2），表明其在构造抬升过程中经历了持续的剪切变形。此外，石英的Ti温度计指示变形温度维持在370–450 ℃的范围内（图2），说明花岗岩在7–9 km的深度结晶后，在冷却过程中优先集中了构造应变从而发生了显著的韧性变形。它们在坚硬的橄榄岩中形成了“柔软”的应变集中带，促进了拆离断层的持续活动。相比之下， H–O同位素结果指示围岩橄榄岩的蛇纹石化温度仅约200–225 ℃，表明大规模蛇纹石化过程要晚于花岗岩侵位和中温韧性变形的时间，地幔被构造抬升到较浅的位置才发生蛇纹石化过程。这些结果证明蛇纹石化过程造成的构造薄弱带并不是促进拆离断层发育的首要原因，而花岗质岩浆的侵入和韧性变形是驱动拆离断层发育的重要因素。韧性变形的花岗岩会在坚硬的橄榄岩围岩中形成“柔软”的构造薄弱带，在大陆裂解和初始洋盆扩张阶段促进拆离断层的发育和地幔的剥露（图3）。

图2 花岗质岩石的显微构造、EBSD 组构和石英温度计结果显示，花岗质侵入体在结晶之后继续记录显著剪切变形（图片来源：Poulaki et al., 2026）

图3 花岗质侵入体促进拆离断层发育、应变集中和地幔剥露的概念模型（图片来源：Poulaki et al., 2026）

该研究首次将地幔中花岗岩的侵入、韧性变形和地幔蛇纹石化过程限定在统一的时空框架之内，厘清了洋底拆离断层演化的时间线（图3）。以往前人在解释拆离断层等构造扩张过程时，更强调蛇纹石化、基性熔体侵入和矿物形变等过程的贡献，而该研究将地幔中罕见的花岗岩侵入体，视为控制大洋拆离断层启动与演化的重要因素，认为花岗质岩浆虽然规模有限但同样能够造成构造薄弱带的产生，修正了单纯强调蛇纹石化或基性岩矿物形变主导断层形成的传统解释。总之，拆离断层的发育是多种过程在不同阶段共同作用的结果，该研究并不意味着花岗岩的侵入能够解释所有拆离断层的演化，而是说明至少在第勒尼安海这一案例中，有限规模的花岗岩参与了拆离断层的发育，这与前人建立的模型在本质上是相通的，即熔体侵入导致岩性多样性，易于造成地幔薄弱带的形成，从而发育和促进拆离断层活动。

主要参考文献

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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，刘通/岩石圈演化学科中心）