研究员提出富集地幔源区逐步“成熟”演化模式

近日，中国科学院广州地球化学研究所研究员王强团队博士生徐东晶，在研究员张修政、副研究员齐玥的指导下，综合深时火山记录与钼同位素示踪，提出富集地幔源区逐步“成熟”的演化模式：原有再循环物质经过长期改造和选择性熔融，形成更集中、更易熔融的源区，同时保留内部组分差异。相关成果发表于《地球化学与宇宙化学学报》（Geochimica et Cosmochimica Acta）。

滇东南再循环板片物质参与地幔源区演化与聚焦的模型图。研究团队供图 地表物质随板片俯冲进入地幔，又通过火山活动重返地表，持续改变着地球内部组成。洋岛玄武岩富集源区的形成，正是连接板片再循环与板内火山活动的关键环节。近年来，非传统稳定同位素的发展显著提升了对再循环洋壳、沉积物等组分的识别能力。然而，这些成分各异、分布分散的物质，如何经过长期改造形成富集岩浆源区？单一时期的岩浆记录难以揭示这一过程，而同一深部背景下、不同时期的可对比记录十分稀缺。 针对这一难题，研究人员在国家自然科学基金等项目资助下，选取滇东南马关玄武岩（13-11 Ma）与屏边碧玄岩（0.25-0.22 Ma）开展对比研究。两套火山岩空间邻近，均与深部滞留的特提斯洋板片有关，且区域地幔结构已有地震成像约束，提供了共同深部背景下、相隔逾10 Myr的两幅地幔“快照”。研究将这一时间对照与Sr-Nd-Pb-Mo同位素联合示踪相结合，追踪源区整体组成与再循环组分贡献的变化，揭示分散的再循环物质如何演化为富集岩浆源区。 40Ar/39Ar定年将屏边碧玄岩喷发时代限定为0.25-0.22 Ma，为两期火山岩对比提供了年代学约束。与马关玄武岩相比，屏边碧玄岩的Nb富集程度更高，源区敏感微量元素比值及Sr-Nd-Pb同位素组成明显趋于集中，具有更清晰的EM1类富集地幔特征。这些变化表明，晚期岩浆主要来自一个更集中的高Nb富集源区，为揭示滞留板片上方地幔源区的长期演化提供了天然证据。 屏边碧玄岩的Sr-Nd-Pb同位素组成虽明显集中，但钼同位素仍保留可分辨的偏轻和偏重信号。结合Ce/Mo及其他地球化学证据，偏轻信号主要与脱水洋壳或榴辉岩质残余物有关，偏重信号则更符合含水板片地幔的贡献。这说明，相对一致的岩浆化学特征，可以来自内部仍不均一的地幔源区。钼同位素保留了常规地球化学指标中已难以辨别的再循环信息，使富集源区内部不同物质的影响得以识别。 Mo-Pb同位素模拟显示，两期岩浆涉及的再循环物质类型大体相近，但在晚期屏边岩浆岩中，洋壳和沉积物的直接贡献减弱，含水板片地幔的作用增强。研究据此提出，早期洋壳和沉积物释放的物质交代上覆软流圈，形成局部富集区域；随着滞留板片持续受热，含水板片地幔释放的流体或富水熔体降低熔融温度，促进这些富集区域优先熔融。早期再循环物质提供富集基础，后期含水组分改变熔融条件，使长期保存在地幔中的富集物质重新参与岩浆形成。研究由此揭示了不同板片组分共同促成富集源区的机制。 该研究提出的富集地幔源区逐步“成熟”演化模式，为富集地幔源区形成提供了新的机制解释，将研究从再循环物质的来源识别推进到岩浆源区形成过程的揭示，进一步阐明了古老板片再循环与板内火山活动之间的联系。