作為現(xiàn)代板塊理論的重要議題之一，闡明俯沖背景下（主要包括大陸弧和洋內(nèi)弧）弧巖漿的形成機(jī)制，對(duì)于追蹤地幔和地殼端元之間的物質(zhì)和能量交換具有重要意義。相較于洋中脊玄武巖（MORBs）和洋島玄武巖（OIBs）,不同的弧巖漿巖顯示不同程度富集的大離子親石元素（LILEs）和虧損的高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSEs）。這些相近于平均大陸地殼組分的微量元素特征主要受控于俯沖背景下板片流體、沉積物熔體和蝕變洋殼組分的交代作用。因此，系統(tǒng)研究不同類(lèi)型弧巖漿的源區(qū)特征，對(duì)于揭示地幔交代作用、地殼形成與分異和地球動(dòng)力學(xué)背景等具有重要意義。鋯石氧同位素（δ18O）能夠長(zhǎng)期保留不同地幔和地殼端元以及殼幔相互作用的信息。因此，闡明不同火成巖，特別是弧巖漿巖中鋯石δ18O的多樣性，可以有效反演其巖漿源區(qū)、成巖過(guò)程和深部動(dòng)力學(xué)背景的綜合信息。
我國(guó)華南揚(yáng)子周緣分布有大量的新元古代中-酸性侵入巖和附屬的基性-超基性巖以及火山巖，它們被認(rèn)為是Rodinia超大陸匯聚與裂解過(guò)程的巖漿產(chǎn)物。近年來(lái)，綜合的火成巖、變質(zhì)巖、碎屑鋯石、地球物理和古地磁等多學(xué)科研究為Rodinia超大陸長(zhǎng)期（ca. 970-750 Ma）的邊緣俯沖背景下水平造山作用提供了更全面的證據(jù)。因此，進(jìn)一步約束俯沖背景下弧巖漿地球化學(xué)多樣性與交代介質(zhì)不均一性的內(nèi)在聯(lián)系至關(guān)重要。
基于前期研究基礎(chǔ)，我院朱毓特任教授及其合作者選取揚(yáng)子西緣瀘定-漢源地區(qū)新元古代火山巖（玄武安山巖、安山巖、英安巖、流紋巖和花崗巖）進(jìn)行系統(tǒng)研究（圖1），通過(guò)全巖地球化學(xué)及鋯石U-Pb-Hf-O同位素約束不同類(lèi)型巖漿巖的源區(qū)屬性及交代介質(zhì)類(lèi)型之間的相關(guān)性。
圖1 華南揚(yáng)子西緣及研究區(qū)瀘定-漢源地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖 |
Ca. 807-802 Ma玄武安山巖-英安巖顯示高的MgO (2.01–9.06 wt.%), K2O (2.43–4.70 wt.%), Rb/Y (2.99–8.98), Th/Ce (0.15–0.31), Th/Sm (1.51–3.21), Th/La (0.30–0.64)和Th/Yb (3.20–10.1)比值（圖2），結(jié)合負(fù)的全巖εNd(t) (-4.22 ~ -0.86)值、變化的鋯石εHf(t) (+1.80~+8.86)和高的δ18O值（高達(dá)7.09‰）（圖3），這些高δ18O的玄武安山巖-英安山巖起源于俯沖流體和沉積物熔體交代的地幔源區(qū)。
Ca. 820-760 Ma流紋巖和花崗巖具有高的全巖SiO2 (73.05–78.49 wt.%)、正的全巖εNd(t) (-0.69 to +1.99)值、正的鋯石εHf (t) (+6.16~+11.9)值以及親地幔-低于地幔的鋯石δ18O（3.82‰–5.58‰）值（圖3），這些低δ18O的流紋巖和花崗巖來(lái)自于新生鎂鐵質(zhì)弧下地殼的部分熔融，而這些新生鎂鐵質(zhì)下地殼來(lái)源于俯沖板片組分交代地幔源區(qū)巖漿的補(bǔ)給。
圖2 華南揚(yáng)子西緣高δ18O玄武安山巖-英安巖的微量元素特征比值 指示俯沖流體與沉積物熔體交代地幔源區(qū) |
圖3 華南揚(yáng)子西緣高δ18O玄武安山巖-英安巖和低δ18O流紋巖和花崗巖的鋯石Hf-O同位素指示不均一的俯沖板片組分 |
結(jié)合華南新元古代古地磁重建（圖4A-B），研究團(tuán)隊(duì)提出揚(yáng)子周緣在新元古代長(zhǎng)期處于高緯度的邊緣俯沖背景下。Rodinia超大陸長(zhǎng)期持續(xù)的外周俯沖作用將不同的交代介質(zhì)（俯沖流體、沉積物熔體和板片熔體）引入弧下地幔楔中（圖4C），導(dǎo)致了Rodinia超大陸西北部邊緣俯沖體系下?lián)P子西緣新元古代地幔楔的非均質(zhì)性和弧巖漿的鋯石δ18O多樣性。
本項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)俯沖板片組分的多樣性（即俯沖流體、沉積物熔體和AOC熔體）對(duì)非均質(zhì)弧下交代地幔楔源區(qū)的貢獻(xiàn)，并最終導(dǎo)致弧巖漿氧同位素的多樣性。
圖4 華南古地理位置重建以及揚(yáng)子西緣新元古代不均一的俯沖板片組分交代地幔源區(qū) |
我院朱毓特任教授為論文第一作者兼通訊作者，夏小平教授為鋯石O同位素的解釋提出重要指導(dǎo)，朱鑫特任副教授為古地磁重建做出系統(tǒng)總結(jié)。合作者包括西北大學(xué)賴(lài)紹聰教授、朱韌之副教授、郭壯副教授、劉敏博士和楊航博士以及中國(guó)科學(xué)院海洋研究所張方毅副研究員。該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42202048）、大陸演化與早期生命全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（24LCD03）和陜西省科協(xié)青年拔尖人才托舉計(jì)劃（20230706）聯(lián)合資助。（審核 夏小平）
論文信息：Zhu Yu*, Xia Xiaoping, Zhu Xin, Yin Changxin, Guo Zhuang, Zhu Renzhi, Liu Min, Zhang Fangyi, Yang Hang, Lai Shaocong, 2025. Heterogeneous slab components impart diverse oxygen isotope of arc magmas in northwestern circum-Rodinia subduction system. Geochimica et Cosmochimica Acta, DOI: 10.1016/j.gca.2025.09.003.
