水通過改變地幔巖石物理和化學(xué)性質(zhì)，深刻影響大陸巖石圈的構(gòu)造演化和地球動力學(xué)過程，同時還在地質(zhì)資源和災(zāi)害形成中扮演重要角色。由于地球內(nèi)部的不可入性及深部樣品的稀缺性，目前我們對地幔的實際含水量分布仍所知甚少。由于地幔主要礦物的電阻率對水的存在和含量變化非常敏感，利用大地電磁（MT）等電磁感應(yīng)測深方法獲取的地幔電阻率信息可以為約束其含水量空間分布提供關(guān)鍵約束。在過去，研究者們在利用觀測電阻率約束上地幔含水量時通常僅考慮單一橄欖石礦物，而忽略了其他NAMs礦物（如輝石、石榴石）及含水礦物（如金云母）對電阻率的影響，因而嚴重制約了估算結(jié)果的準(zhǔn)確度。
針對上述科學(xué)問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所地球物理學(xué)科組博士后楊振，在李鑫副研究員和鄧陽凡研究員的指導(dǎo)下，聯(lián)合重慶大學(xué)、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所及哈佛大學(xué)的合作者，利用一條長約600千米、南北向橫穿華南大陸西南部的MT觀測剖面（圖1），構(gòu)建了近地表至軟流圈頂部的可靠巖石圈電阻率結(jié)構(gòu)(圖2)，并進一步結(jié)合研究區(qū)內(nèi)其他地球物理、巖石學(xué)觀測信息及不同地幔礦物電阻率實驗室測量數(shù)據(jù)，對巖石圈地幔的含水量進行了定量化研究。取得了以下主要進展：
（1）右江盆地的高電阻率巖石圈整體較薄（~100 千米），且被一系列與地表大型斷裂帶重合的局部低阻異常所分割（圖2b），其巖石圈地幔的含水量在~55千米深度處達到最大值（~200 ppm），并隨深度增大而逐漸降低（圖3c）。上述含水量估值與前人通過天然地幔包體測量得到估算結(jié)果大致吻合。
（2）揚子克拉通巖石圈的電性結(jié)構(gòu)與右江盆地截然不同，整體上表現(xiàn)為一個巨厚的，高電阻率異常體（圖2b），其最大含水量不超過40 ppm，代表了一個幾乎干燥的、未經(jīng)顯著改造的克拉通巖石圈（圖3f）。
（3）結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景信息，我們推測右江盆地巖石圈地幔的高含水量可能與周緣俯沖板片的長期脫水及交代作用有關(guān)。上述過程不僅控制了華南大陸的巖石圈結(jié)構(gòu)及組分演化，同時可能與右江盆地內(nèi)大型金屬礦床的形成密切相關(guān)（圖4）。
圖1?(a) 華南地塊區(qū)域構(gòu)造背景；(b)大地電磁剖面位置及構(gòu)造信息；橙色五角為新生代包體位置；(c) 右江盆地地表巖性、主要斷裂帶及金屬礦床分布
圖2 （a）沿剖面布格重力異常分布；（b）電阻率結(jié)構(gòu)模型；（c）前人通過多類地球物理數(shù)據(jù)所構(gòu)建的溫度結(jié)構(gòu)模型
圖3?右江盆地（上）及揚子克拉通（下）巖石圈溫度、電阻率及含水量隨深度變化情況。(a和d)?溫度-深度剖面；紅色實線所示為干燥和含水條件下橄欖巖的固相線；綠色實線所示為地球物理約束得到的溫度-深度剖面；藍色方塊、圓圈和五角星代表華夏地塊新生代地幔包體估算得到的溫壓數(shù)據(jù)；(b和e)?電阻率-深度剖面（灰色及黑色實線）；彩色實線為不同礦物電阻率實驗?zāi)Ｐ皖A(yù)測得到的電阻率-深度剖面；(c和f) 不同礦物電阻率實驗?zāi)Ｐ陀嬎愕玫降暮?深度剖面；不同顏色圓圈代表新生代包體測量所得到的華夏地塊巖石圈地幔含水量值
圖4?右江盆地巖石圈地幔水化及減薄機制示意圖
相關(guān)成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》。本研究由國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金以及中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所“十四五”自主項目聯(lián)合資助。
論文信息：Yang,Z.（楊振）,Li,X.*（李鑫）,Deng,Y. （鄧陽凡）,Yu,N.（余年）,Kong,W.（孔文新）,Chen,M.（陳明昊）,Chen,Y.（陳赟）,Bai,D. H.（白登海）,Teng,J. W. （滕吉文） (2025). Magnetotelluric evidence for lithospheric hydration and thinning beneath the Youjiang Basin in southwestern China. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,130,e2024JB029650. DOI: 10.1029/2024JB029650.
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