近日，国际地学期刊《Journal of Petrology》在线发表了我室海洋岩石圈演化团队成员俞恂副教授在大陆边缘小规模溢流玄武岩成因研究方面的最新成果，论文题为“Formation of continental intraplate basalts with coexistence of alkaline and tholeiitic suites and their geochemical transition from upwelling of fractured oceanic slabs”。该研究揭示了呈现碱性和拉斑玄武岩互层分布产出的新生代大陆边缘板内溢流玄武岩源自于俯冲滞留板片在深部的撕裂和上涌。
新生代时期，规模可观的板内小规模溢流玄武岩在欧亚大陆东侧大陆边缘喷出，其喷出时间、产出空间、岩性组成都具有一定规律性，往往表现出碱性和拉斑玄武岩互层喷发的特征。在地球化学组成上，这些玄武岩记录了地幔源区存在的俯冲沉积物和洋壳的信号；在地球物理观测上，这些玄武岩产出区域的深部往往存在滞留于地幔过渡带的俯冲板片。前人研究逐步建立板内碱性玄武岩成因与滞留板片物质再循环之间的联系，但是小规模溢流玄武岩表现出的碱性与拉斑共存、地球化学规律性转变的成因仍存在争议，大陆边缘板内溢流玄武岩地球化学组成多样性与深部俯冲板片之间的联系有待进一步厘定。这些认识，可为揭示俯冲带和边缘海的形成演化提供重要参考依据。
该研究，利用越南南部两个喷出年代相近（小于8 Ma）的溢流玄武岩台地的碱性和拉斑玄武岩样品，开展全岩主微量元素和Sr-Nd-Mg-Fe同位素分析，试图建立碱性和拉斑玄武岩互层喷发成因，及其与地幔源区岩性和化学不均一性来源的联系。
图1. 样品采集背景简图
玄武岩地球化学研究表明其放射成因同位素（Sr和Nd）组成呈现空间分布差异，北侧台地玄武岩具有更为富集的Sr和Nd同位素组成，该特征与碱性或者拉斑玄武岩的岩性产出特点无关；玄武岩的金属稳定同位素（Mg和Fe）组成则受控于玄武岩岩性变化，碱性玄武岩，无论来自于北侧或者南侧台地，均具有相较于拉斑玄武岩更轻的Mg同位素组成和更重的Fe同位素组成。
北侧玄武岩较低的Ce/Pb和Nb/Th比值和较高的Sr同位素组成，指示其地幔源区存在俯冲沉积物；南侧台地玄武岩较高的Sr/Sr*比值以及升高的Ce/Pb和Nb/Th比值，指示其源区存在俯冲下洋壳物质（图2）。玄武岩的Mg和Fe同位素组成联合主量元素含量，进一步揭示碱性玄武岩的地幔源区存在碳酸盐化榴辉岩，而拉斑玄武岩的地幔源区主要为橄榄岩。
以上玄武岩地幔源区在化学组成和岩性组成上的不均一性可以通过微量元素比值、放射成因同位素和金属稳定同位素的多指标多端元混合模拟计算重现（图2），揭示了地幔过渡带滞留的俯冲洋壳和沉积物为大陆边缘溢流玄武岩的形成提供关键物质贡献。
图2. 代表性地球化学证据简图
碱性玄武岩较重的Fe同位素和轻的Mg同位素组成，以及特征元素比值（低Ba/Th和K/U）和岩浆来源压力估算结果，共同指出碱性玄武岩母岩浆来源于上部地幔的深部；拉斑玄武岩的地球化学特征以及岩浆来源压力估算结果则指出，其母岩岩浆来源于地幔浅部。结合地质年代学结果、地球物理学的观察，该研究指出：地幔过渡带内滞留板片的撕裂和上涌为小规模溢流玄武岩的形成提供来自深部的动力。
进一步对比南海周边大陆板内玄武岩的地球化学数据可以发现，深部地幔具有滞留板片撕裂信号区域的喷出玄武岩，普遍存在与该研究相类似的地球化学特征，反映了俯冲滞留板片撕裂对于大陆边缘溢流玄武岩成因的控制和影响。该成果为认识俯冲系统物质循环和深部动力学过程提供了新的依据，也为认识边缘海的形成与演化提供了新的思路。
图3. 大陆边缘溢流玄武岩成因的深部机制示意图
该论文第一作者、通讯作者为我室俞恂副教授，合作作者包括我室刘志飞教授和于有强教授等，以及南京大学、西北大学、越南地质科学联合会和美国莱斯大学的多位学者。该项研究得到国家重大专项、国家自然科学基金、第二次青藏高原综合科学考察研究计划、上海市基础特区研究计划以及中央高校基本科研业务费专项资金的资助。
全文链接：https://academic.oup.com/petrology/article/67/6/egag048/8699847