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科研进展

2022年11月06日
中国科大在俯冲带地球化学研究取得重要进展

板块俯冲是实现地球圈层间物质循环和能量交换的最主要方式,对于火山喷发、地震活动和成矿作用等地质事件都会产生重要影响。在俯冲带不同深度下,关于板片-地幔相互作用的过程、机制和控制因素等,一直是固体地球科学界关注的焦点。俯冲板片在不同深度析出不同成分和性质的熔/流体,当与地幔楔岩石接触时,由于两者之间在物理条件和化学成分上的巨大差异,会在界面附近发生化学交代作用,由此改造地幔楔的岩石地球化学组成,最终产生不同类型的俯冲带岩浆作用。因此,通过岩浆产物识别俯冲带不同深度的壳幔相互作用,对认识俯冲带结构和过程具有重要意义。

中国科学技术大学地球和空间科学学院、中国科学院壳幔物质与环境重点实验室郑永飞院士研究团队戴立群教授研究组在长期研究俯冲带壳幔相互作用的基础上,选择中国华北陆块东南部出露的中生代和新生代镁铁质岩浆岩作为研究对象,进行了系统的Mo同位素对比研究。结果表明,这两个时代的镁铁质岩浆岩在Mo同位素组成上存在系统差异(图1),指示俯冲的大洋板片在弧下深度和后弧深度析出的熔/流体具有不同的Mo同位素组成。

图1.中国东部中生代和新生代镁铁质岩浆岩的Mo同位素组成

研究发现,中生代镁铁质岩具有岛弧型地球化学特征和相对正常地幔偏重的Mo同位素组成,反映其来自俯冲洋壳在弧下深度衍生流体(包括玄武质洋壳来源富水溶液和陆源沉积物来源含水熔体)交代的小地幔楔(图2A和B)。与此相比,新生代镁铁质岩具有洋岛型地球化学特征和相对正常地幔偏轻的Mo同位素组成,反映其来自残留俯冲板片在后弧深度衍生熔体交代的大地幔楔(图2C和D)。Mo同位素与Sr-Nd同位素联合图解也进一步证实,中生代和新生代镁铁质岩浆岩的地幔源区受到了不同深度和不同类型的化学交代作用。俯冲板片中的Mo主要赋存在副矿物金红石中。金红石在弧下深度可以稳定存在,但是在后弧深度发生分解,这一差别是导致不同深度下的板片来源熔/流体在微量元素和Mo同位素组成上出现显著差异的直接原因。

图2.镁铁质岩浆岩Mo同位素示踪俯冲带不同深度壳幔相互作用示意图

相关研究成果以“Molybdenum isotopes in mafic igneous rocks record slab-mantle interactions from subarc to postarc depths”为题,近日发表在Nature Index收录的国际地质学著名期刊《Geology》上。方伟博士为论文的第一作者,戴立群教授为通讯作者。

文章链接:https://doi.org/10.1130/G50456.1

(地空学院、科研部)

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