地幔柱与板块构造理论一起构成了当今地球构造的两大理论体系。目前，围绕地幔柱起源的研究已成为当今学术界的热点问题之一，特别是有关其物理化学属性长期以来一直吸引着学者们的广泛讨论，但依然存在较大争议，比如地幔柱是富水的还是贫水的？是氧化的还是还原的？作为地幔柱熔融的直接产物，高镁熔岩如科马提岩和苦橄岩对理解地球深部地幔的物性和热化学结构非常关键。新近的野外勘查在我国西昆仑地区识别出多处超镁铁质熔岩露头，其发育不同尺度的“鬣刺结构”（图1），在构造属性上应属于古特提斯洋缝合带的一部分，可能代表了古洋盆中的洋底高原或洋岛的残留。由于在大洋板内产出可以有效避免地壳混染，这些发育“鬣刺结构”的超镁铁质熔岩为我们研究地幔柱的物理化学属性提供了难得的契机。

围绕这一科学问题，我校张招崇教授领衔的岩浆作用与成矿团队在新疆地质调查院杨万志和新疆有色集团李永总工程师的野外支持下，联合我校刘金高教授，共同针对西昆仑超镁铁质熔岩开展了详细的矿物学、岩石学和Re-Os同位素地球化学的研究工作，并获得以下重要认识：

（1）西昆仑高镁熔岩发育典型的“鬣刺结构”，但呈“鬣刺结构”的矿物为辉石而非橄榄石（图1），这与典型的科马提岩存在较大区别。主量元素测试表明超镁铁质熔岩普遍发育极高的MgO含量（26.6-33.8 wt.%），而橄榄石最高Fo值仅为89.2，表明熔体高镁含量可能是由于橄榄石的堆晶作用导致的。使用迭代法恢复其母岩浆组成，结果表明母岩浆的MgO含量为17.18±0.93 wt.%，成分相当于苦橄岩；

（2）橄榄石的微量元素特征如Zn/Fe和Mn/Zn比值指示西昆仑超镁铁质熔岩源区是以橄榄岩为主导（>90%）的地幔源区，这也与基于REEBOX Pro的模拟结果一致（图2）。多种地质温压计和氧逸度计估算结果表明西昆仑高镁熔岩具有高的地幔潜温（Tp）1522-1556 °C和高的氧逸度FMQ+0.91，显著高于MORB的地幔氧逸度FMQ-0.18±0.16，而与峨眉山（FMQ+0.6±0.3）和Etendeke大火成岩省（FMQ+1.6±0.7）的苦橄岩相当。

（3）全岩微量元素特征表明西昆仑高镁熔岩具有亲OIB特征的微量元素蛛网图和稀土配分曲线。西昆仑高镁熔岩的Sr-Nd-O-Os同位素呈现出典型的未受交代地幔的特征，排除了俯冲再循环物质加入的可能。另外，基于辉石斑晶的傅里叶红外光谱（FTIR）分析结果表明岩浆具有高的水含量（平均值为3.67±1.0wt%），并结合高的Tp，研究表明西昆仑高镁熔岩应起源于一个湿的地幔柱源区。

图1.（a）西昆仑岔路口地区镁铁-超美铁熔岩野外露头；（b）超镁铁质熔岩发育宏观尺度的“鬣刺结构”；（c）超镁铁质熔岩镜下成斑状结构，斑晶为橄榄石和辉石，单偏光；（d）羽状辉石，单偏光；（e）呈中空柱状产出的辉石，单偏光；（f）呈针状产出的辉石，单偏光。缩写：Ol=橄榄石，Cpx=单斜辉石，Srp=蛇纹石，Ilm=钛铁矿，Chr=绿泥石。

图2. 基于REEBOX Pro模拟的不同源区部分熔融(Dy/Yb)_N vs Dy图解，PM=橄榄岩，G2=辉石岩，MIX-1和MIX-2:=橄榄岩和辉石岩混合源区；模拟结果指示西昆仑高镁熔岩的源区应以橄榄岩为主。

该成果近期发表在国际岩石学领域知名期刊《Journal of Petrology》上。该研究得到国家自然科学基金重点项目（42030302）、面上项目（42072067）和中国地质大学（北京）“求真学人”项目的支持：Cheng, Z.G., Zhang, Z.C.*, Lang, M.D., Santosh, M., Xu, L.J., Liu, J.G., 2024. Geochemical Evidence of Plume Sources for High-MgO Lavas in the Western Kunlun Orogenic Belt. Journal of Petrology, 65: egae042. [IF2023=3.5]

全文链接：https://doi.org/10.1093/petrology/egae042