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| 中國海洋大學(xué)在大洋俯沖帶安山巖成因研究取得新進(jìn)展 |
| http://www.szphoebest.com 2025年11月15日 來源：華禹教育網(wǎng) |
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近日，中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳龍副教授和李三忠教授指導(dǎo)本科生蔡仁駿，在國際頂尖地學(xué)期刊Earth
and Planetary Science Letters（《地球與行星科學(xué)學(xué)報(bào)》）發(fā)表題為“Andesite
formation dominated by inefficient fractional
crystallization of andesitic melt: Insights from melt
inclusions”（安山巖形成于安山質(zhì)熔體低效分離結(jié)晶：來自弧火山巖熔體包裹體的證據(jù)）的論文，闡述了在大洋俯沖帶安山巖成因研究取得的新進(jìn)展。
安山巖是俯沖帶火山弧中的代表性巖石，其化學(xué)組成與大陸地殼相似，一直被視為理解大陸地殼形成的關(guān)鍵。然而，安山巖的形成機(jī)制長(zhǎng)期存在爭(zhēng)議。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為其源于玄武質(zhì)熔體的分離結(jié)晶或由鎂鐵質(zhì)與長(zhǎng)英質(zhì)巖漿混合形成，但這些模型難以同時(shí)解釋安山巖復(fù)雜的礦物結(jié)構(gòu)、地球化學(xué)特征以及弧地殼剖面結(jié)構(gòu)。
熔體包裹體是礦物在生長(zhǎng)過程中捕獲的熔體，是研究巖漿中熔體成分演化的重要對(duì)象。以往研究表明，弧火山巖熔體包裹體SiO2含量顯示“雙峰式”分布，支持混合模型；但也有學(xué)者指出，這一雙峰式分布可能源自取樣偏差，其更支持分離結(jié)晶主導(dǎo)。為此，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)熔體包裹體數(shù)據(jù)進(jìn)行了基于天然弧火山巖巖性比例和不同巖性火山巖中斑晶礦物比例的科學(xué)校正和系統(tǒng)分析。
研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)校正后的熔體包裹體數(shù)據(jù)SiO2不再顯示“雙峰式”分布，而是集中在一個(gè)較高SiO2值的長(zhǎng)英質(zhì)峰（圖1）。玄武巖與流紋巖中的熔體包裹體 SiO2含量與寄主巖石接近，而安山巖和英安巖中的包裹體則明顯更富硅。角閃石與單斜輝石的平衡熔體成分與包裹體的地球化學(xué)特征高度一致，均較寄主巖石更演化富集。這表明多數(shù)熔體包裹體與其寄主礦物同源，二者分別代表結(jié)晶殘留的熔體和晶體，而非源于異源混合。
圖1 校正后弧火山巖熔體包裹體SiO2分布圖及與前人數(shù)據(jù)比較
研究團(tuán)隊(duì)據(jù)此提出了全新的大洋俯沖帶安山巖成因模型：富含再循環(huán)地殼物質(zhì)的地幔楔交代巖（如輝石巖）部分熔融產(chǎn)生原始安山質(zhì)熔體，在安山質(zhì)熔體演化過程中，由于熔體黏度高、晶體與熔體密度差小，晶體難以有效沉降分離，導(dǎo)致分離結(jié)晶效率低下，晶體與殘留熔體在體系中發(fā)生再混合，從而形成安山巖。該模型揭示了在“低效分離結(jié)晶”及斑晶–熔體自混合機(jī)制控制下的弧安山巖完整演化路徑（圖2）。這一過程既可解釋安山巖中豐富的斑晶與非平衡結(jié)構(gòu)特征，也揭示了安山巖相對(duì)演化的巖石化學(xué)特征的根本來源。
圖2 大洋弧和大陸弧從源區(qū)到過程的巖漿系統(tǒng)對(duì)比圖
此外，研究還解決了傳統(tǒng)玄武巖分異模型長(zhǎng)期存在的三大悖論：（1）弧下地殼缺乏理論預(yù)測(cè)的大量超鎂鐵質(zhì)堆積巖；（2）眾多安山巖樣品表現(xiàn)出異常高的 MgO 含量（高鎂安山巖）；（3）天然觀察要求安山巖成分特征來自高壓分異作用，實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)揭示高壓分離結(jié)晶產(chǎn)生過鋁質(zhì)熔體，而多數(shù)天然安山巖為準(zhǔn)鋁質(zhì)。
該成果是大洋俯沖帶安山巖成因方面的重要突破。自從Bowen在上世紀(jì)二十年代基于實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)提出分離結(jié)晶理論之后，傳統(tǒng)模型普遍認(rèn)為安山巖源于玄武質(zhì)母巖漿，經(jīng)分離結(jié)晶或巖漿混合演化形成。但人們忽視了實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)只能證明結(jié)晶，分離只是理想化的假設(shè)。而本研究提出的“低效分離結(jié)晶”模型，不僅整合了“分離結(jié)晶—巖漿混合”兩大經(jīng)典模式，更從源區(qū)過程與巖漿演化兩方面統(tǒng)一了安山巖形成框架。這一創(chuàng)新認(rèn)識(shí)對(duì)俯沖帶巖漿過程與地球動(dòng)力學(xué)研究具有深遠(yuǎn)意義，也對(duì)俯沖帶大陸地殼生長(zhǎng)和破壞速率提供了新的制約。
該研究得到了深地國家重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目和山東省優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目等多個(gè)基金的資助。論文第一作者為中國海洋大學(xué)崇本學(xué)院2025屆本科畢業(yè)生蔡仁駿，陳龍副教授和李三忠教授為共同通訊作者，中國海洋大學(xué)為第一完成單位。
文：陳龍
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119702
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