本站訊 近日，中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點實驗室李三忠教授團隊聯(lián)合國內(nèi)外學(xué)者在俯沖帶裂谷初始演化階段地幔源區(qū)組成研究方面取得重要進展，研究成果以“A HIMU-like component in Mariana Convergent Margin magma sources during initial arc rifting revealed by melt inclusions”（熔體包裹體揭示馬里亞納匯聚板塊邊緣初始裂谷階段HIMU型組分的存在）為題，在國際知名學(xué)術(shù)期刊Nature Communications（《自然·通訊》）上發(fā)表。
俯沖帶是地球上重要的物質(zhì)循環(huán)場所，成熟島弧和新生弧后盆地的火山巖通常用來研究俯沖物質(zhì)對地幔源區(qū)組成的貢獻，但是俯沖帶島弧裂谷初始階段的地幔源區(qū)受俯沖物質(zhì)的影響程度還不明確。馬里亞納島弧最北端目前正處于島弧裂谷向弧后擴張的演化階段，是研究島弧裂谷初期地幔源區(qū)組成的理想?yún)^(qū)域（圖1）。幔源巖漿從地幔上升到地表的過程中難免會受到后期作用（如分離結(jié)晶、巖漿混合、晚期蝕變等）的影響，難以精確刻畫地幔源區(qū)巖漿組成信息。相比而言，熔體包裹體是礦物生長時被捕獲的熔體，由于寄主礦物的保護而較少受到外部因素的影響，通常早期結(jié)晶礦物（如橄欖石）內(nèi)的熔體包裹體保留了相對原始的巖漿成分和地幔源區(qū)信息，是研究地幔源區(qū)組成的重要載體。
圖1 馬里亞納俯沖帶地質(zhì)圖
本研究對馬里亞納島弧最北端初始裂谷期（24°N）玄武巖橄欖石內(nèi)熔體包裹體進行了主微量元素及Pb同位素分析，并與馬里亞納海槽和島弧玄武巖內(nèi)熔體包裹體進行了對比。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，馬里亞納海槽玄武巖內(nèi)熔體包裹體具有與E-MORB相似的微量元素和Pb同位素組成。相比于海槽和島弧玄武巖內(nèi)熔體包裹體，初始裂谷期熔體包裹體具有較高的K含量和放射性Pb同位素組成，接近HIMU地幔端員（圖2），這表明初始裂谷期地幔源區(qū)具有HIMU物質(zhì)的存在。HIMU（high-μ，高U/Pb比值，206Pb/204Pb>20.5）地幔與虧損地幔（DM）、富集地幔1（EM 1）和富集地幔2（EM 2）為地球深部地幔的四種主要類型。HIMU地幔通常與地幔柱活動及深部物質(zhì)循環(huán)有關(guān)，然而地球物理資料顯示研究區(qū)并沒有典型地幔柱的存在，因此這種組分最可能來自于HIMU型俯沖物質(zhì)的深部循環(huán)。
圖2 馬里亞納俯沖帶火山巖熔體包裹體Pb同位素及微量元素模擬圖
馬里亞納海溝外側(cè)太平洋板塊之上存在大量海山，部分海山具有HIMU型的地球化學(xué)組成特征（如Wake海山鏈、Magellan海山鏈）（圖1）。這些HIMU型海山隨太平洋板塊俯沖至深部地幔，與蝕變洋殼、俯沖沉積物等以混雜巖的形式循環(huán)并儲存在上覆板片內(nèi)，之后，隨著裂谷的打開HIMU組分被活化，進而進入裂谷地幔源區(qū)（圖3）。由于太平洋板片上大量HIMU型海山的俯沖（圖1），HIMU組分可能存在于馬里亞納俯沖帶的大部分區(qū)域，但是顯著的HIMU組分信號只出現(xiàn)在裂谷演化的初始階段，這可能是由于裂谷期地幔部分熔融程度低，保留了HIMU組分信號，而這種組分在弧后區(qū)域被消耗或被弧后MORB型地幔流掩蓋（圖3）。熔體包裹體的研究可以為我們了解俯沖帶物質(zhì)循環(huán)提供更為全面的信息，是還原地幔源區(qū)物質(zhì)組成的有力工具。
圖3 馬里亞納俯沖帶裂谷初始階段及成熟弧后階段物質(zhì)循環(huán)模式圖
一排左起：李三忠、李曉輝，二排左起：來志慶、索艷慧、陳龍
本項研究工作由中國海洋大學(xué)、日本地質(zhì)調(diào)查局、德克薩斯大學(xué)達拉斯分校、都柏林大學(xué)、桂林理工大學(xué)等單位合作完成。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、嶗山實驗室科技創(chuàng)新項目、中央高校基礎(chǔ)研究經(jīng)費等項目資助。中國海洋大學(xué)李三忠教授為論文通訊作者，李曉輝副教授為論文第一作者，索艷慧教授、陳龍副教授、來志慶高級工程師等共同參與，中國海洋大學(xué)為第一完成單位和通訊作者單位。
通訊員：李曉輝
編輯：趙奚赟
責(zé)任編輯：劉蒞
