作为现代板块理论的重要议题之一，阐明俯冲背景下（主要包括大陆弧和洋内弧）弧岩浆的形成机制，对于追踪地幔和地壳端元之间的物质和能量交换具有重要意义。相较于洋中脊玄武岩（MORBs）和洋岛玄武岩（OIBs）,不同的弧岩浆岩显示不同程度富集的大离子亲石元素（LILEs）和亏损的高场强元素（HFSEs）。这些相近于平均大陆地壳组分的微量元素特征主要受控于俯冲背景下板片流体、沉积物熔体和蚀变洋壳组分的交代作用。因此，系统研究不同类型弧岩浆的源区特征，对于揭示地幔交代作用、地壳形成与分异和地球动力学背景等具有重要意义。锆石氧同位素（δ18O）能够长期保留不同地幔和地壳端元以及壳幔相互作用的信息。因此，阐明不同火成岩，特别是弧岩浆岩中锆石δ18O的多样性，可以有效反演其岩浆源区、成岩过程和深部动力学背景的综合信息。
我国华南扬子周缘分布有大量的新元古代中-酸性侵入岩和附属的基性-超基性岩以及火山岩，它们被认为是Rodinia超大陆汇聚与裂解过程的岩浆产物。近年来，综合的火成岩、变质岩、碎屑锆石、地球物理和古地磁等多学科研究为Rodinia超大陆长期（ca. 970-750 Ma）的边缘俯冲背景下水平造山作用提供了更全面的证据。因此，进一步约束俯冲背景下弧岩浆地球化学多样性与交代介质不均一性的内在联系至关重要。
基于前期研究基础，我院朱毓特任教授及其合作者选取扬子西缘泸定-汉源地区新元古代火山岩（玄武安山岩、安山岩、英安岩、流纹岩和花岗岩）进行系统研究（图1），通过全岩地球化学及锆石U-Pb-Hf-O同位素约束不同类型岩浆岩的源区属性及交代介质类型之间的相关性。
图1 华南扬子西缘及研究区泸定-汉源地区地质简图 |
Ca. 807-802 Ma玄武安山岩-英安岩显示高的MgO (2.01–9.06 wt.%), K2O (2.43–4.70 wt.%), Rb/Y (2.99–8.98), Th/Ce (0.15–0.31), Th/Sm (1.51–3.21), Th/La (0.30–0.64)和Th/Yb (3.20–10.1)比值（图2），结合负的全岩εNd(t) (-4.22 ~ -0.86)值、变化的锆石εHf(t) (+1.80~+8.86)和高的δ18O值（高达7.09‰）（图3），这些高δ18O的玄武安山岩-英安山岩起源于俯冲流体和沉积物熔体交代的地幔源区。
Ca. 820-760 Ma流纹岩和花岗岩具有高的全岩SiO2 (73.05–78.49 wt.%)、正的全岩εNd(t) (-0.69 to +1.99)值、正的锆石εHf (t) (+6.16~+11.9)值以及亲地幔-低于地幔的锆石δ18O（3.82‰–5.58‰）值（图3），这些低δ18O的流纹岩和花岗岩来自于新生镁铁质弧下地壳的部分熔融，而这些新生镁铁质下地壳来源于俯冲板片组分交代地幔源区岩浆的补给。
图2 华南扬子西缘高δ18O玄武安山岩-英安岩的微量元素特征比值 指示俯冲流体与沉积物熔体交代地幔源区 |
图3 华南扬子西缘高δ18O玄武安山岩-英安岩和低δ18O流纹岩和花岗岩的锆石Hf-O同位素指示不均一的俯冲板片组分 |
结合华南新元古代古地磁重建（图4A-B），研究团队提出扬子周缘在新元古代长期处于高纬度的边缘俯冲背景下。Rodinia超大陆长期持续的外周俯冲作用将不同的交代介质（俯冲流体、沉积物熔体和板片熔体）引入弧下地幔楔中（图4C），导致了Rodinia超大陆西北部边缘俯冲体系下扬子西缘新元古代地幔楔的非均质性和弧岩浆的锆石δ18O多样性。
本项研究强调俯冲板片组分的多样性（即俯冲流体、沉积物熔体和AOC熔体）对非均质弧下交代地幔楔源区的贡献，并最终导致弧岩浆氧同位素的多样性。
图4 华南古地理位置重建以及扬子西缘新元古代不均一的俯冲板片组分交代地幔源区 |
我院朱毓特任教授为论文第一作者兼通讯作者，夏小平教授为锆石O同位素的解释提出重要指导，朱鑫特任副教授为古地磁重建做出系统总结。合作者包括西北大学赖绍聪教授、朱韧之副教授、郭壮副教授、刘敏博士和杨航博士以及中国科学院海洋研究所张方毅副研究员。该研究受到国家自然科学基金项目（42202048）、大陆演化与早期生命全国重点实验室开放基金（24LCD03）和陕西省科协青年拔尖人才托举计划（20230706）联合资助。（审核 夏小平）
论文信息：Zhu Yu*, Xia Xiaoping, Zhu Xin, Yin Changxin, Guo Zhuang, Zhu Renzhi, Liu Min, Zhang Fangyi, Yang Hang, Lai Shaocong, 2025. Heterogeneous slab components impart diverse oxygen isotope of arc magmas in northwestern circum-Rodinia subduction system. Geochimica et Cosmochimica Acta, DOI: 10.1016/j.gca.2025.09.003.
