近日，中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室李三忠教授团队联合国内外学者在俯冲带岛弧岩浆不均一性研究方面取得重要进展，研究成果以“Arc magma heterogeneity induced by subslab mantle upwelling”为题，在国际地学顶尖学术期刊Geology上发表。

岛弧是板块俯冲的重要产物。岛弧岩浆成分的变化通常归因于俯冲板片物质的脱水及循环。地球物理研究发现深部软流圈物质可以通过板片撕裂及边缘上涌，并对岛弧岩浆产生贡献。然而，这一过程的地球化学证据并不明确。琉球俯冲带受菲律宾海板块向欧亚板块的俯冲作用而形成，地震层析成像表明琉球俯冲带南端存在与板片撕裂相关的岩浆活动。我们对琉球俯冲带不同区域（冲绳海槽、龟山岛、台湾北部火山带）（图1）火山岩进行了元素及Sr-Nd-Mg同位素分析，为明确深部软流圈物质对岛弧岩浆的贡献提供直接地球化学证据。

图1 研究区地质背景及样品采集位置图

冲绳海槽火山岩具有轻微高于地幔的Mg同位素组成，表明其地幔源区主要受到了板片来源流体的影响。龟山岛安山岩来源于大陆地壳熔融，具有较高的放射性Sr-Nd同位素及与地幔相似的Mg同位素组成特征。台湾北部火山带安山质火山岩Mg同位素高于地幔，表明其演化过程中受到了板片来源流体的影响。值得注意的是，台湾北部火山带的玄武岩具有显著低的Mg同位素组成，这种低的Mg同位素组成与矿物分离结晶、晚期蚀变等过程无关，而与富Mg碳酸岩（白云岩）熔体在地幔源区的加入有关（图2）。

图2 样品Sr-Nd-Mg同位素模拟图

然而，台湾北部火山带所对应的板片俯冲深度< 80 km，远低于俯冲板片上白云岩的熔融深度（>300 km）。因此，在台湾北部区域正常板片俯冲无法提供碳酸岩的熔融条件。然而，地球物理资料显示区域内具有板片撕裂及板片边缘的存在，板片以下深部软流圈沿板片撕裂及边缘上涌，提供热量及物质使得俯冲板片上的碳酸岩熔融，释放低Mg同位素熔体进入上覆地幔，进而产生低Mg同位素组成的岛弧岩浆（图3）。

图3 琉球俯冲带深部软流圈物质沿板片撕裂及板片边缘上涌导致碳酸岩熔融模式图

我们的研究结果与地球物理资料具有很好的一致性，提供了俯冲带深部软流圈物质对岛弧岩浆不均一性贡献的地球化学证据。目前，岛弧区域低Mg同位素岩浆的报道很少，如果俯冲带存在板片撕裂，可能会导致低Mg同位素组成的岛弧熔岩产生，这需要更多岛弧火山岩Mg同位素的研究证明这一现象。

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、李三忠教授和崂山实验室国坤高级工程师为论文共同通讯作者，合作者还包括中国海洋大学钟源副教授、陈龙副教授、索艳慧教授、李东永工程师、于胜尧教授及山东省地矿局杨慧心工程师，台湾中正大学毕如莲博士，美国德克萨斯大学达拉斯分校Robert J. Stern教授，中国科学院海洋研究所王晓媛副研究员等。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中央高校基础研究经费等项目的资助。

Li, X.H*., Guo, K*., Li, S.Z*., Yang, H.X., Pi, J.L., Zhong, Y., Chen, L., Suo, Y.H., Stern, R.J., Wang, X.Y., Li, D.Y. and Yu, S.Y. 2024, Arc magma heterogeneity induced by subslab mantle upwelling: Geology.

文章链接：https://doi.org/10.1130/G52654.1