近日，西北大学地质学系深部过程与浅部响应研究团队利用高温高压实验岩石学手段对熔体/橄榄岩反应机制开展了系统研究，为大洋岩石圈地幔物理性质和化学组成的演化提供了新视角，相关成果以Transformation of Refractory Oceanic Lithospheric Mantle by Reactive Melt Infiltration: An Experimental Study on the Roles of Temperature, Melt Volume and Ascent Velocity”为题发表于国际地学期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth。

大洋岩石圈地幔（OLM）在物理性质（密度、地震波速）与化学组成（岩性、元素、同位素）上均表现出显著的多维度不均一性。关于其成因，学界长期存在两种主要观点：一是地幔部分熔融程度的差异；二是深源反应熔体流的渗入与改造。然而，何种机制占据主导地位，至今仍备受争议。单斜辉石在OLM演化中扮演着双重角色：既参与地幔橄榄岩的熔融反应，又是反应熔体流交代作用的典型产物。因此，解析其矿物化学组成，是厘清上述争议的关键突破口。

研究团队系统收集了代表OLM的深海橄榄岩及洋岛玄武岩中地幔包体的天然单斜辉石成分数据，并将其与部分熔融实验数据及已有反应熔体流交代OLM的数据进行对比分析。结果显示（图1a）：（1）即使较低程度的部分熔融（7.4%），也会导致单斜辉石中Na和Ti含量极度亏损（<0.5 wt.%），难以解释天然样品中极高的Na和Ti含量；（2）已有反应熔体流实验可解释单斜辉石的高Ti低Na特征，但无法解释高Ti高Na特征。进一步追踪前人反应熔体流的结晶压力条件发现（图1b），相关实验多局限于0.5-1 GPa的较低压力环境。研究团队据此猜想，可能是低压环境制约了反应熔体流结晶的单斜辉石中Na的富集。

图1. (a) 大洋岩石圈地幔天然单斜辉石成分与部分熔融实验、已有反应熔体流交代实验数据的对比；(b) 本研究与前人实验温压条件的对比

基于上述问题与猜想，研究团队在2 GPa高压条件下，系统开展了榴辉岩/富硅辉石岩熔体与方辉橄榄岩反应及原位结晶实验。实验变量包括不同降温幅度（1400℃→1350℃→1300℃）、熔/岩比例（1:2、1:1、2:1）以及反应时长（4-48小时）。旨在模拟地幔柱-大洋岩石圈地幔（OLM）相互作用背景下，系统探究温度、熔体通量及熔体迁移速度对交代反应的影响，解决OLM不均一性的成因争议；并基于实验产物，约束OLM物理性质的演化过程，进而构建相应的岩石圈动力学演化模型。研究取得的主要认识如下：

（1）揭示了控制单斜辉石和斜方辉石成因的多元因素：富硅反应熔体流在与方辉橄榄岩相互作用过程中，会溶解橄榄石并沉淀/结晶出斜方辉石±单斜辉石。单斜辉石仅在高熔/岩比、长反应时间以及低温条件下结晶，反之则结晶斜方辉石（图2a-b）。上述结晶类型的差异归因于熔体-橄榄岩相互作用时熔体成分的动态演化—高熔/岩比、长反应时间及低温所生成的熔体更富集Ca、Na、Al、Ti等元素，从而有利于单斜辉石达到饱和（图2c-d）。

图2. (a)-(b) 温度、熔/岩比和实验时长对不同类型辉石成因的效应；(c)-(d) 熔/岩比和实验时长对反应后残余熔体成分的影响

（2）证实了高压反应熔体流在OLM交代中具有关键作用：2 GPa条件下形成的单斜辉石呈现Na、Ti同步富集特征，解释了天然样品中富Na、Ti单斜辉石的成因（图3a）。同时，Na/Ti比值可有效判别单斜辉石的形成压力—高Na/Ti指示高压，低Na/Ti指示低压（图3b）。

图3. 高压与低压条件下反应熔体流交代形成的单斜辉石成分对比

（3）刻画了地幔柱背景下OLM物理属性的动态演化过程：地幔柱与OLM相互作用时，高温反应熔体流通过元素扩散和矿物结晶作用，重塑OLM矿物组成，进而改变其整体物理性质。这既导致交代OLM地震波速显著下降（解释成熟OLM的浅部低速异常），又使其密度增加而发生拆沉；拆沉后，下方低密度地幔柱熔融残余上涌，形成局部垂向对流，驱动OLM物理与化学性质的动态演化（图4）。

图4. 地幔柱背景下，反应熔体流对大洋岩石圈地幔物理性质的改造及其驱动的动力学过程

西北大学地质学系博士后侯永胜为论文第一作者，中国科学院广州地球化学研究所李洪颜研究员和西北大学张超教授为论文共同通讯作者，合作作者还包括中国科学院广州地球化学研究所王煜研究员和徐义刚院士。该研究受到国家自然科学基金项目（42425304, 41972055）和中国科学院战略性先导科技专项（B类）（XDB0840200）资助。

论文信息：Hou, Y. S.（侯永胜）, Li, H. Y.*（李洪颜）, Zhang，C.*（张超） ，Wang, Y.（王煜）, & Xu, Y. G.（徐义刚） (2026). Transformation of Refractory Oceanic Lithospheric Mantle by Reactive Melt Infiltration: An Experimental Study on the Roles of Temperature, Melt Volume and Ascent Velocity. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 131, e2026JB033875. https://doi.org/10.1029/2026JB033875