廣州地化所揭示島弧巖漿Sr-Nd同位素解耦缺失機制
俯沖帶是地球最重要的地球化學分異場所之一。由于在流體與熔體中的活動性不同，元素在俯沖過程中常發生分異，進而造成島弧玄武巖（IAB）不同同位素體系之間解耦。IAB常顯示出Nd-Hf同位素的解耦，歸因于俯沖板片釋放熔體并交代地幔楔的過程中Nd比Hf具有更高的活動性。Sr與Nd在流體、熔體體系中均具有明顯不同的元素活動性，按照Nd-Hf同位素解耦的機理，島弧玄武巖中也應該容易出現Sr-Nd同位素的解耦，但實際情況是在島弧玄武巖中較難以觀察到Sr-Nd同位素解耦的現象。
針對上述問題，中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室地幔地球化學學科組博士后于洋、黃小龍研究員及其合作者對阿爾泰南緣哈巴河地區的一套與準噶爾洋北向俯沖過程有關的晚泥盆世-早石炭世基性巖墻（361±4 ~ 359±5 Ma；圖1）進行了系統的地球化學研究。
圖1. 中國阿爾泰地質簡圖及樣品分布圖
研究結果表明，哈巴河地區的基性巖墻可以根據地球化學成分特征及時空展布關系分為四類（圖1）。第一類與第四類巖墻具有Nd-Hf同位素解耦的特征，來源于受俯沖沉積物熔體交代的虧損地幔源區的部分熔融（圖2）；第二類與第三類巖墻具有相對虧損的Sr-Nd-Hf-Pb同位素特征，其微量元素組成顯示其源區分別受到來自俯沖沉積物的流體及俯沖洋殼的熔體交代。
圖2. 哈巴河鎂鐵質巖墻Sr-Nd-Hf-Pb同位素特征
第一類基性巖墻位于第四類基性巖墻南部，二者具有與相似的Nd-Hf-Pb同位素組成，但第一類基性巖墻又顯示出較高的87Sr/86Sr初始值，反映俯沖沉積物在淺部因斜長石的分解釋放出高Sr/Nd熔體，導致其具有Sr-Nd同位素解耦的特征（圖2b）。該現象同樣發生在現代俯沖的馬里亞納弧和西爪哇地區，其前弧玄武巖和玻安巖均顯示出比典型島弧玄武巖更高的87Sr/86Sr初始比值（圖3），表明俯沖沉積物在前弧位置普遍經歷了大規模Sr丟失。而殘留沉積物在弧下深度脫水及熔融將產生低Sr/Nd比值的流體和熔體。因此典型島弧玄武巖并不會顯示出Sr-Nd同位素解耦現象。本研究為解釋島弧巖漿缺失Sr-Nd同位素解耦提出了新的成因機制，為理解俯沖帶地球化學分異過程提供新的思路。
圖3. 馬里亞納島弧及西爪哇前弧玄武巖、玻安巖及島弧玄武巖Sr-Nd同位素特征
該研究受國家自然科學基金、香港研究資助項目及博士后基金資助，發表于國際地學專業期刊《Lithos》上。
論文信息：Yu Y., Huang X.L.*, Sun M., Yuan C. (2020) Missing Sr-Nd isotopic decoupling in subduction zone: Decoding the multi-stage dehydration and melting of subducted slab in the Chinese Altai. Lithos, 362–363, 105465.
