科研动态 | 我院高锐院士团队的陈双双副教授在NG发表文章：Ontong Java Plateau formed by a thermochemical mantle plume

近日，我院高锐院士团队的陈双双副教授与中国科学院南海海洋研究所的张锦昌研究员和张旭博副研究员合作在国际地学刊物《Nature Geoscience》上发表了全球最大洋底高原-翁通爪哇高原形成机制的最新研究进展，论文题目为：Ontong Java Plateau formed by a thermochemical mantle plume。

研究背景

洋底高原是大洋中典型的大火成岩省，以异常广阔的地形隆起与巨厚地壳为特征，记录着壳幔内部岩浆活动的关键信息，为揭示岩浆作用如何塑造地形地貌以及影响全球环境演变提供了重要线索。多数洋底高原位于海面以下，免受风化侵蚀，是研究海底火山形成机制的天然实验室。关于洋底高原的成因，目前学界存在两大主流假说：地幔柱成因与海底扩张成因。翁通爪哇高原主要形成于早白垩世的太平洋板块之上，是地球上现存体积最大的洋底高原（图1）。学界普遍认为它由炽热的地幔柱头熔融而成；但纯热地幔柱模型预测该高原应隆升至海面以上，与高原主体形成于海面以下的事实不符。另一种机制认为该高原形成于快速海底扩张背景下高密度、易熔组分比例较高的不均一地幔的减压熔融。然而，翁通爪哇高原钻取的玄武岩放射性定年结果与邻近磁异常条带年龄并不吻合，表明该高原更可能形成于板内环境而非洋中脊附近。

图1 翁通爪哇高原地形图与岩石地球化学元素特征

研究方法与数据

基于地球物理和地球化学观测数据的联合约束，研究人员构建多学科交叉耦合的热动力学模型，分别在地幔柱与海底扩张两种情形下，模拟翁通爪哇高原形成时地幔的热状态与化学状态（图2）。模拟结果显示，海底扩张模型要求超高的地幔潜温或极高的高密度、易熔辉石岩比例。相比之下，热化学地幔柱（温度异常范围135–200℃，高密度、易熔辉石岩比例不超13%）不仅能合理解释翁通爪哇高原地壳厚度与熔岩成分的空间变化，也能解释其主体形成于海面以下的特征（图2）。因此，翁通爪哇高原的成因最优解释为热化学地幔柱作用。此外，根据高原地壳厚度和熔岩成分的空间变化，研究团队提出了一个热化学地幔柱头的空间演化模型（图3）。

图2 上图：地幔柱模型与海底扩张模型结果 下图：海底隆升的观测值与热化学地幔柱预测值的对比

主要发现

本次研究定量揭示了翁通爪哇高原形成时地幔的热化学特征，证实了其起源于热化学地幔柱，而不是纯热地幔柱。除翁通爪哇高原外，全球其他典型洋底高原的地幔源区也具有显著的成分不均一性。这意味着热化学地幔柱很可能是控制洋底高原形成的普适性机制，为构建统一的洋底高原成因理论提供了重要的科学依据。

图3 地幔柱头空间演化模式图

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省重大人才工程项目等联合资助。

论文相关信息：Zhang, JC., Zhang, X*., Chen, S*., Brown, EL., Zhang, JY., Lin, J., Gao, R., Sager, WW., Korenaga, J. 2026. Ontong Java Plateau formed by a thermochemicalmantle plume. Nature Geoscience, https://doi.org/10.1038/s41561-026-02019-9.

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41561-026-02019-9

供稿人：陈双双

编辑：张耀中

初审：董晓涵 黄荣

复审：郑义 徐永怡

审核发布：王伟涛 孔晓慧