廣州地化所發現東亞大地幔楔深部地幔熔融新機制

　　地震層析成像顯示俯沖的西太平洋板塊平躺、滯留在地幔過渡帶中，形成了寬達1000–1500公里的東亞大地幔楔構造。地球物理和地球化學研究都揭示出東亞大地幔楔具有特殊的物質組成，理論預測滯留板塊會釋放流體助熔大地幔楔深部地幔，但是從未被證實。Mo是一種特殊的流體活動性元素，在板塊俯沖、變質過程中，Mo會被金紅石捕獲，相當程度上躲過板塊在俯沖帶的脫水“劫難”，因此可以被輸送進入深部地幔。金紅石在高壓條件下（>10 GPa）變得不穩定，Mo會被重新釋放到俯沖物質中。因此，如果在地幔過渡帶滯留的太平洋板塊向上地幔釋放了流體，Mo此時會變成流體活動的信號。中國科學院廣州地球化學研究所李洪顏、李杰、徐義剛等人對山東新生代玄武巖開展了Mo-B同位素研究，發現滯留板塊向上地幔釋放了碳酸質流體并導致了它的熔融。

　　主量元素和放射成因同位素揭示山東新生代玄武巖由高硅和低硅兩個端元的熔體混合而成，高硅玄武巖的源區含有石榴石輝石巖，低硅玄武巖的源區含有碳酸鹽化的榴輝巖+橄欖巖 (圖1)，Hf-Nd同位素揭示低硅玄武巖源區可能含有滯留板塊的物質貢獻 (圖2a)。

　　山東新生代玄武巖相對MORB明顯更加富集Mo，兼有高于和低于MORB的d98/95Mo，類似于島弧火山巖 (圖3a)。Mo-B同位素與元素和放射成因同位素的協變關系揭示他們由三個端元組分組成 (圖2和3)：霞石巖、碧玄巖和堿性玄武巖端元。其中碧玄巖和霞石巖端元具有相似的Sr-Nd-Hf同位素組成，但是前者具有較高的SiO2、較低的微量元素含量和較弱的稀土分異程度，更低的Ce/Mo，更高的d98/95Mo和更低的d11B，這些數據揭示碧玄巖和霞石巖端元形成于流體助熔導致的不同程度地幔熔融，較多的流體導致高程度的部分熔融形成碧玄巖，反之形成霞石巖。霞石巖和碧玄巖端元熔體分別與淺部輝石巖熔體混合構成了山東霞石巖至堿性玄武巖序列。

　　經典板塊構造理論闡明，島弧背景下俯沖板片釋放流體交代地幔楔形成島弧巖漿，板內巖漿形成一般與上涌地幔的減壓熔融有關。而Mo-B同位素研究顯示，東亞大地幔楔的熔融與地幔過渡帶板片的脫碳有關，金紅石在滯留板塊中的分解為山東新生代玄武巖提供了過剩Mo，因此該研究發現了板內玄武巖成因的新機制，建立了大地幔楔物質組成與地幔過渡帶滯留板塊之間的聯系，對于研究地球圈層相互作用和深部碳循環具有重要啟示。

　　該研究受到中科院先導專項 (B類)“地球內部運行機制與表層響應 (XDB18000000)”、國家海洋局專項“全球變化與海氣相互作用 (GASI-GEOGE-02)”和國家自然科學基金 (41472210和41688103) 聯合資助，研究成果發表于Earth and Planetary Science Letters。

　　論文信息：Li H.Y., Li J., Ryan J.G., Li X., Zhao R.P., Ma L. and Xu Y.G. 2019. Molybdenum and boron isotope evidence for fluid-fluxed melting of intraplate upper mantle beneath the eastern North China Craton. Earth and Planetary Science Letters 520, 105–114.