华南陆弧深部地幔多样性与俯冲动力学新发现

　　

中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室（OMG）博士孙李恒、研究员张运迎和研究员孙珍等在陆弧深部地幔多样性的研究中取得了重要进展。研究人员在华南中生代陆弧深部识别出起源于富集软流圈的石榴石辉石岩组分，这对理解陆弧深部地幔多样性与俯冲动力学机制具有重要意义。相关研究成果发表在《Geological Society of America Bulletin》上。

陆弧是板块俯冲体系中大量岩浆产生的场所，也是地球陆壳生长的主要工厂。这些过程通常被认为与起源于俯冲流体或熔体的岛弧拉斑-钙碱性系列岩浆作用有关。近年来随着研究的深入，陆弧区也陆续发现了起源于富集地幔的碱性玄武岩。然而，由于碱性玄武岩在陆弧区分布稀少，尚未对其进行系统的研究。作为俯冲带特有的熔融产物，碱性玄武岩携带着不同于岛弧拉斑-钙碱性系列岩浆的信息，在揭示陆弧深部地幔多样性和俯冲动力学方面具有独特的潜力。基于此，研究团队以华南陆弧为研究靶区，对陆弧中的碱性玄武岩（IODP U1504站位）开展了主微量元素、Sr-Nd-Hf同位素和40Ar/39Ar定年研究。

研究发现，华南中生代陆弧的碱性玄武岩形成于121Ma，具有典型的大洋岛弧玄武岩地球化学特征。这些岩石的高Nd同位素值（3.5-3.7）、低Sr同位素值（0.7034-0.7040）和低La/Nb比值（0.5-1.0）表明它们主要起源于软流圈地幔。与华南内陆碱性玄武岩相比，U1504碱性玄武岩具有较低的K₂O/Na₂O、Zr/Sm、Zr/Y、Nd同位素值和Hf同位素值，这指示了少量大陆岩石圈地幔的加入。富集的Nb、Ta、轻稀土元素，轻度亏损的Zr、Hf、Ti以及高Fe/Mn、Sm/Yb和低CaO的特征表明U1504碱性玄武岩的地幔源区主要为石榴石辉石岩。

研究人员提出，地幔源区中的石榴石辉石岩可能是在古太平洋板块断裂的背景下，上涌的软流圈地幔与俯冲板片边缘相互反应形成，这种相互作用促使陆弧地幔组分多样化。结合已有的碱性玄武岩资料，研究人员认为华南陆块之下富集的软流圈地幔自晚中生代以来由内陆向沿海依次形成，这可能与俯冲板块断裂控制下的软流圈深部侧向和垂向流动有关。

参与本项工作的还有中国科学院南海海洋研究所的苗秀全博士和李瑞隆博士研究生、中国科学院广州地球化学研究所的张万峰高级工程师。研究得到了国家自然科学基金，国家重点研发计划，西太平洋地球系统多圈层相互作用重大研究计划、广东省人才团队项目和中国博士后科学基金的联合资助。

论文信息：Sun,L.,Zhang,Y*.,Sun,Z*.,Miao,X.,Li,R.,Zhang,W.,2024. Origin of the Site U1504 alkaline basalts in the South China Sea continental margin: Insights on deep mantle diversity and subduction dynamics under continental arcs. Geological Society of America Bulletin. 

文章链接：https://doi.org/10.1130/B37471.1

图1 研究区地质概况和样品位置

图2 U1504碱性玄武岩地球化学特征

图3 华南陆弧区晚中生代碱性玄武岩成因模式图