大陆岩石圈地幔是维持克拉通稳定的关键，它通过大陆地壳生长过程中长期的熔体抽离而变得难熔和亏损因而稳定。但受到俯冲板块产生熔体的交代作用，岩石圈地幔会再富集，不同类型熔体的交代作用使得岩石圈地幔不均一。华北克拉通在中生代发生了克拉通破坏，研究其破坏前岩石圈地幔不均一演化殊为重要。其中，在晚古生代至早中生代期间，华北克拉通北缘、南缘和东南缘分别受到古亚洲洋、古秦岭洋和华南板块的俯冲作用，并且在晚三叠世到达造山后伸展阶段，形成了以碱性正长岩、霞石正长岩为代表的罕见的环克拉通幔源碱性岩带（图1）。大规模碱性岩浆活动为揭示晚中生代克拉通破坏前岩石圈地幔性质提供了难得的研究对象。

图1 华北克拉通三叠纪碱性岩和相关岩体分布

中国科学院地质与地球物理研究所刘旭博士研究生，在彭澎研究员和Ross Mitchell研究员的指导下，与王冲特聘副研究员和康健丽博士研究生一起针对这一环克拉通碱性岩带开展研究工作。通过新数据和汇总的数据集，用耦合的全岩Nd同位素和锆石Hf同位素揭示华北岩石圈地幔存在两种不同类型的地幔交代作用，分别来自俯冲洋壳沉积物和俯冲陆壳，在同位素空间分布图中给出清晰的变化（图2）。指示了与之对应的古亚洲洋、古秦岭洋的洋壳俯冲和华南板块的大陆深俯冲的影响。通过全岩Sr-Nd同位素模拟计算，结合锆石Hf-O同位素，推测岩石圈地幔亏损橄榄岩经历了一定量的再循环地壳物质交代。

图2 碱性岩全岩Nd同位素和锆石原位Hf同位素的空间分布等值图。该图揭示的地幔源区不均一性与差异性俯冲交代空间上耦合

除了交代物质差异引起的岩石圈地幔不均一性之外，在华北克拉通北缘和南缘还存在东西向的同位素变化趋势，可能指示了古亚洲洋和古秦岭洋顺时针剪刀式闭合的过程，最早闭合的位置有更多陆壳物质交代形成较富集的岩石圈地幔（图3）。正如前人所揭示，这种剪刀式闭合过程可能为华北克拉通郯庐断裂的左行走滑提供动力。再循环陆壳交代作用的影响为后来的中生代岩石圈破坏也提供了先决条件。研究不仅深化了我们对岩石圈地幔演化的认识，还为理解构造演化过程提供了重要思路。

图3 华北克拉通晚古生代-早中生代构造背景示意图。该图与图2揭示的岩石圈地幔不均一性空间上大致对应

研究成果发表于Journal of Geophysical Research: Solid Earth（刘旭, 彭澎, Ross Mitchell, 王冲, 康健丽. Circum-Cratonic Triassic Syenite Province of North China Craton Reveals Heterogeneous Lithospheric Mantle Related to Dual Subduction [J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2023, 128(11): e2023JB027084. DOI: 10.1029/2023JB027084）。研究受中国科学院战略先导专项（XDB41020500）和国家自然科学基金项目（42125206; 41890833）资助，并得到国际地科联深时数字地球大科学计划（DDE）和IGCP648项目的支持。