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张喆,Aug. 26, 2025
传统观点认为俯冲带岩浆源于俯冲洋壳和沉积物释放的富水流体交代地幔楔，但俯冲板片（洋壳 + 沉积物）是否发生硅酸盐熔融存在争议：部分研究认为仅在特殊高温条件（如年轻洋壳俯冲、板片撕裂）下发生，另一部分则认为普遍存在。
图1墨西哥跨火山带（Trans-Mexican Volcanic Belt）的地质图
CMVB 位于可可斯板块（Cocos Plate）俯冲带，具有特殊俯冲背景：俯冲洋壳年轻（14-18 Ma）、温度高，俯冲速率约 6cm /年；俯冲几何特殊，可可斯板块向北扁平化，在弧前下方以 75°角俯冲，增加板片与上覆板块的耦合面，进一步提升板片温度；火山岩类型多样，同时存在钙碱性熔岩（CA lavas，具典型弧岩浆地球化学特征，如流体活动元素富集、高场强元素亏损）和 “高铌碱性熔岩”（high-Nb lavas，类似洋岛玄武岩地球化学特征），二者时空分布紧密，为研究板片贡献提供理想对象。
本研究通过对CMVB 的钙碱性熔岩、高铌碱性熔岩以及通过 DSDP 487 钻井获取俯冲洋壳玄武岩及沉积物，使用 MC-ICP-MS 测定 Hf 同位素、TIMS 测定 Nd 同位素，通过 X 射线荧光光谱（XRF）测主量元素，电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测微量元素，得到了CMVB 火山岩的地球化学与同位素特征。
图2 墨西哥中部火山带（CMVB）熔岩地球化学数据的统计图
从图2可知钙碱性熔岩（CA）相同 Mg#下SiO₂含量更高（52-63 wt.%，Mg#>45，属高镁安山岩）εHf=4.6-11.4‰，εNd=4.4-6.3‰，整体高于高铌熔岩，向洋中脊玄武岩端元过度则呈现出高 Th/Nd（指示沉积物贡献）、低 Lu/Hf（指示石榴石残留，即洋壳榴辉岩化熔融）、低 Nb/Ta 和 Zr/Hf（指示榴辉岩熔融）的地球化学特征。
高铌碱性熔岩在相同 Mg#下SiO₂含量更低εHf=3.4-9.1‰，εNd 低于钙碱性熔岩 低 Th/Nd、高 Lu/Hf，类似地幔楔部分熔融产物。
图3 Nd-Hf同位素结果
图3是墨西哥火山带（MVB）熔岩、俯冲带沉积物（如 DSDP 487 站点样品 ）等的钕（Nd）、铪（Hf）同位素数据，图3a证明了岩浆未被浅部地壳显著混染，而是记录了板片熔融信号，图3bMVB 熔岩落在 MCA 附近，远离海水数组和下地壳捕虏体，说明其同位素组成主要反映地幔源区受俯冲板片改造，而非海水或地壳混入。
图4 εHf和Th/Nd结果
图5 墨西哥火山带（MVB）熔岩以及模拟的复合板片熔体的 Zr/Hf 与 εHf 关系图
图4和图5结合，随着CMBA钙碱性（CA）熔岩Th/Nd比值升高， ε Hf以及ε Nd值升高，并且呈现出低Lu/Hf比值特征，DSDP487沉积物与之相反，表明俯冲的榴辉岩化洋壳和沉积物的硅酸盐溶体对于弧地幔楔的共同贡献。
Zn同位素和Fe同位素可以运用于示踪板片流体中的硫循环，但是对于流体中硫的类型、含量以及硫同位素值仍有争议，Ag同位素对俯冲带中的硫循环可能能够有所应用。
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