近日，国际地学知名期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》[IF=3.9]在线发表了题为“Molybdenum isotopic signatures of forearc serpentinites: Origin and contribution to the subduction zone Mo cycle”的研究成果。此项成果由中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室李晓辉副教授、李三忠教授、陈龙副教授与中国科学院海洋研究所、中国科学院广州地球化学研究所、崂山实验室及河海大学等合作者共同完成。

近年来，随着测试分析技术的发展，钼（Mo）同位素在示踪俯冲带物质循环的过程中得到了广泛关注。岛弧火山岩高Mo同位素组成通常认为是受到俯冲板片脱水流体对岛弧岩浆源区的交代作用。但近期的一些研究认为弧下深度俯冲板片来源的流体不足以改变岛弧火山岩的Mo同位素组成，相反，弧前蛇纹岩的俯冲可能是引起岛弧火山岩Mo同位素组成改变的主要原因。然而，目前对弧前蛇纹岩Mo同位素的研究程度较低，控制弧前蛇纹岩Mo同位素变化的机制还不明确。

为此，我们以IODP366航次获取的马里亚纳俯冲带弧前蛇纹岩及伴随的变质基性岩为研究对象，开展了系统的岩相学和地球化学研究。研究发现，弧前蛇纹岩根据变质程度和蛇纹石化程度可以分为蓝蛇纹石蛇纹岩、利蛇纹石蛇纹岩和叶蛇纹石蛇纹岩。低压环境下的蛇纹岩（蓝蛇纹石蛇纹岩、利蛇纹石蛇纹岩）具有较高的Mo/Ce比值（0.42 ~ 27.34）和显著高的δ^98/95Mo值（- 0.03‰ ~ 2.48‰），这不仅与俯冲板片浅部脱水流体（沉积物孔隙水）对弧前地幔楔的交代有关，还受到地幔楔蛇纹岩沿弧前断裂上升至海底过程中发生的海水蚀变作用影响。以变质基性岩为代表的俯冲蚀变洋壳具有较低的Mo/Ce比值（0.004 ~ 0.049）和低的δ^98/95Mo值（- 1.13‰~ - 0.61‰），表明在俯冲早期阶段或洋壳蚀变过程中Mo的丢失导致洋壳的Mo同位素降低。Mo-Sr-Pb同位素数据模拟显示，岛弧火山岩高δ^98/95Mo值不能简单的归因于弧下深度板块脱水流体的影响，相反，弧前蛇纹岩的俯冲脱水可能是引起岛弧火山岩重Mo同位素的主要原因（图1）。

图1. Mo-Sr-Pb同位素模拟指示岛弧火山岩Mo同位素升高的原因

本研究认为，在板片俯冲早期阶段，以沉积物孔隙水为主的浅部板片脱水流体对地幔楔橄榄岩的交代会产生富含重Mo同位素的弧前蛇纹岩，这些弧前蛇纹岩随板片俯冲至弧下深度，并在弧下脱水、熔融进而影响岛弧岩浆的Mo同位素组成（图2）。研究结果表明弧前蛇纹岩是岛弧火山岩重Mo同位素的重要储层，并对俯冲带的Mo循环具有重要贡献。

图2. 俯冲带Mo循环示意图

Li, X.H.*, Li, S.Z.*, Chen, S., Fan, J.J., Li, J., Peng, W.G., Guo, K., and Chen, L. 2024. Molybdenum isotopic signatures of forearc serpentinites: Origin and contribution to the subduction zone Mo cycle. Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 129(2), e2023JB028169.

论文链接：https://doi.org/10.1029/2023JB028169