大陆岩石圈地幔作为刚性岩石圈的重要组成部分，可以长时间保护上部的大陆地壳免受下部对流地幔的均一化作用。因而，在大陆岩石圈漫长的孤立状态中(> 2.5 Ga)，岩石圈地幔经历了复杂的地球化学过程，如不同期次的部分熔融以及不同性质熔/流体致使地幔橄榄岩发生复杂交代过程 (O’Reilly and Griffin, 2013) 等等。根据交代产物的不同性质可以将交代过程划分为 (1) 显性交代：交代产物具有明显不同于原生地幔橄榄岩的矿物组合和结构 (如角闪石、黑云母等); (2) 隐性交代：交代产物表现出显著的强不相容元素富集；(3) 隐秘交代：交代产物在矿物组合和化学成分上与饱满型地幔橄榄岩基本一致，无法轻易区分；是由硅酸盐熔体与难熔亏损的地幔橄榄岩发生熔岩反应形成的产物，又称为地幔再富集作用。越来越多研究发现地幔再富集作用对于岩石圈地幔的不均一性、稳定性等方面发挥着重要的作用，比如很可能诱发了华北克拉通东部古老岩石圈的大规模减薄破坏 (Zheng and Dai, 2018)。然而，受限于研究手段和技术方法的局限性，如何精准区分部分熔融和地幔再富集过程，以及准确限定地幔再富集过程的年代依然是地学领域的重要难题。
法国比利牛斯造山带地幔橄榄岩是伊比利亚板块和欧亚板块晚白垩世板块碰撞的产物，近40个大小不一 (几米至几千米) 的地体橄榄岩呈近东西向构造侵位于中生代变质碳酸盐岩中。其中出露面积最大的Lherz地体中的二辉橄榄岩成因具有广泛争议性，即Lherz二辉橄榄岩到底是由低程度部分熔融形成的地幔残余体 (Downes et al., 1991; Fabries et al., 2001; Riches and Rogers, 2011) 还是硅酸盐熔体交代难熔地幔橄榄岩使其再富集形成的次生产物 (Le Roux et al., 2007, 2008, 2009)。针对该问题，中国地质大学（北京）科学研究院王于健副教授和刘金高教授系统采集了法国比利牛斯造山带Lherz地体的样品，通过系统的岩石学、单矿物-全岩元素地球化学和高精度的Re-Os、Lu-Hf同位素地球化学手段，结合alphaMELTS热动力学模拟，取得认识如下：
（1）部分Lherz地体方辉橄榄岩具有显著增高的TiO2/Al2O3 (图1A),平坦的全岩REE分配模式，以及较高的单斜辉石HREE含量 (图1B-D)，这些特征均与定量化模拟的地幔再富集特征相吻合；其中方辉橄榄岩LH29具有显著难熔的主量元素特征 (MgO ~ 44.9 wt.%; Al2O3 ~ 1.14 wt.%)，但是较高的单斜辉石HREE和轻微亏损的LREE含量，与饱满型二辉橄榄岩基本一致 (图1B)；这种主微量元素解耦的特征是证明该样品发生低程度地幔再富集作用 (熔/岩比值< 0.05) 的有力证据。
（2）大部分Lherz地体二辉橄榄岩和橄榄辉石岩具有较高且稳定的TiO2/Al2O3比值 (图1A)，异常富集的单斜辉石HREE含量 (YbN > 12: 图1B-D)。通常地幔在减压熔融过程中，石榴石分解释放的REE会在单斜辉石中富集，使得单斜辉石中REE，尤其是HREE升高；当石榴石全部耗尽，单斜辉石开始熔融，其HREE开始亏损 (图1C)；然而单纯由减压过程中REE在不同矿物相中的分配，无法形成含量如此高的单斜辉石 (图1C)，而需由中-高程度的地幔再富集作用形成 (图1D)。因此Lherz二辉橄榄岩，尤其是与橄榄辉石岩呈过渡接触的岩石，是由软流圈地幔来源的硅酸盐熔体(N-MORB)与难熔地幔橄榄岩发生熔岩反应，使亏损地幔发生再富集作用形成的次生产物。
（3）为了限定地幔再富集作用的年代，我们利用一元渗滤模型模拟不同年代 (2.0 Ga, 1.5 Ga, 1.0 Ga, 0 Ga；Reisberg, 2021) 地幔再富集作用下Al2O3-Re-Os体系以及Lu-Hf同位素体系的行为，进而限定Lherz地体橄榄岩地幔再富集作用发生在 ~ 1.5 – 2.0 Ga，与熔融事件时间基本一致 (图2)。
图1. A-全岩TiO2/Al2O3 vs 全岩MgO (wt.%) 相关性图解；彩色虚线代表不同潜在温度 (TP)下连续减压熔融趋势线；彩色实线代表不同亏损程度方辉橄榄岩与N-MORB熔体发生地幔再富集作用趋势线；B-单斜辉石 (Cpx) 球粒陨石标准化REE配分模式图；灰色虚线代表连续减压熔融趋势线；黑色点-虚线代表亏损地幔橄榄岩与N-MORB熔体发生地幔再富集作用趋势线；C, D- Cpx (La/Yb)N vs Cpx (Yb)N 相关性图解
图2. A-全岩187Os/188Os vs 全岩Al2O3 (wt.%) 相关性图解；B-局部放大图
以上研究成果发表在地质学国际权威期刊《Earth and Planetary Science Letters》上：Wang, Y. and Liu, J. (2024) Thermodynamic modelling and chronometric dating of melting and refertilization in the subcontinental lithospheric mantle. Earth and Planetary Science Letters 640, 118793.
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118793
