中国科大利用多同位素联合示踪岛弧岩浆岩的混杂岩起源模型

近日，中国科大地空学院黄方教授团队在古俯冲带弧岩浆岩的mélange成因模型上取得新进展，相关成果发表在国际地球科学重要期刊《Earth and Planetary Science Letters》上。论文第一作者是中国科大博士后郝露露（现为中国科学院广州地球化学研究所副研究员），通讯作者是郝露露和中国科大南晓云特任副研究员。其他合作者有英国卡迪夫大学的Andrew Kerr、中国地质大学（武汉）的吴元保教授、中国科学院地质与地球物理研究所的王浩副研究员以及中国科大的黄方教授和李思奇（现为佛罗里达州立大学博士生）。

越来越多的研究表明，海底沉积物、蚀变洋壳、地幔橄榄岩以及地幔楔蛇纹岩等组分会在俯冲隧道中发生物理混合形成壳幔混杂岩(mélange)。这种混杂岩在浮力作用下会以底辟的形式从俯冲板片与地幔楔之间的界面上升进入热的软流圈地幔中，部分熔融后可以形成弧型岩浆岩。然而，混杂岩模型并不能有效推广到古俯冲带，因为我们无法确定古俯冲带中的沉积物组成，而且固相蚀变玄武质洋壳和蚀变橄榄岩等组分的贡献也很难在弧岩浆岩中识别出来。这些都制约了人们对混杂岩模型的理解和应用。

该论文以中国秦岭造山带富水镇早古生代杂岩体为研究对象，开展了详细的Mg-Ba-Sr-Nd同位素联合示踪。取得以下几点认识：（1）富水镁铁质岩石具有富集的Sr-Nd同位素组成，指示有俯冲沉积物组分的参与。（2）这些岩石具有低的Rb/Ba比值(< 0.1)，而且大部分样品显示出与俯冲沉积物相似但低于MORB的Ba同位素组成 (δ^138/134Ba = -0.38 to +0.10‰)（图1），说明这些轻Ba同位素来源于俯冲沉积物的贡献。有一个样品具有重Ba同位素的特征 (δ^138/134Ba = +0.31‰)，类似于蚀变玄武质洋壳 (δ^138/134Ba达+0.4‰)，而且和流体信号 (如Ba/Th) 没有相关性，说明了其可能源于固相蚀变玄武质洋壳（图1）。（3）富水岩体具有相对MORB略微重的Mg同位素组成 (δ²⁶Mg = -0.23 to -0.11‰)，可能源于固相蚀变橄榄岩的贡献。

图1 秦岭富水镁铁质岩浆岩的Ba同位素组成 vs. Rb/Ba (A) 和 Ba/Th (B)。

综上，本研究不仅在弧岩浆岩识别出多种俯冲组分的贡献（沉积物、蚀变玄武质洋壳和蚀变橄榄岩），而且指示这些组分是以混杂岩的形式参与到地幔源区中。本文为古俯冲带中弧岩浆岩的混杂岩成因模型提供了一个很好的证据，确认了混杂岩模型在俯冲带物质迁移中的重要作用。该项研究得到了中科院先导B项目（XDB18000000）和国家自然科学基金（42073007）等的支持。

论文信息：Hao, L-L.*, Nan, X-Y.*, Kerr, A.C., Li, S-Q., Wu, Y-B., Wang, H., and Huang, F., 2022. Mg-Ba-Sr-Nd isotopic evidence for a mélange origin of early Paleozoic arc magmatism. Earth and Planetary Science Letters, 577, 117263.

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X21005197.