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邓晰,March 7, 2024
根据大洋玄武岩Sr-Nd-Pb同位素，前人识别出亏损地幔(DMM)和3种富集地幔（EM-1、EM-2、HIMU）端元。亏损的MORB 型地幔(DMM)，具有最高的143Nd/144Nd 值和最低的87Sr/86Sr 值；富集地幔-1(EM-1)，它具有最低的143Nd/144Nd 值、206Pb/204Pb值和较高的87Sr/86Sr 值；富集地幔-2(EM-2)，它具有最高的87Sr/86Sr 值；高U/Pb 值地幔(HIMU)，它具有最高的206Pb/204Pb 值。其他大洋玄武岩同位素组成都可以由这4 个端元按不同比例混合形成。而前人研究发现中国华北和华南地区的地幔端元有所不同，华北主要由EM1和DMM组成，而华南则由EM2和DMM组成。
DMM成因比较简单，争议不大，它是地球壳-幔分异的结果；EM-1有两种可能成因：被俯冲洋壳析出流体交待的地幔或者镁铁质大陆下地壳拆沉进入地幔；EM-2以具有最高的87Sr/86Sr 值为特征，因而被认为是随俯冲洋壳再循环进入地幔的陆源沉积物与地幔混合所致；HIMU较早就被认为是再循环进入地幔的俯冲洋壳与地幔混合的结果。地幔端元的形成与地壳物质再循环密切相关，报告人由此进一步揭示地壳物质再循环与大陆碱性玄武岩成因之间的关联。
为此，报告人收集了不同时代的中国东部大陆玄武岩：(1) >120Ma 华北义县玄武岩；(2) <110Ma 华北阜新+太行玄武岩；(3) <110Ma 华南玄武岩。详细分析了这些玄武岩的地球化学特征，如Sr-Nd同位素组成、微量元素比值等，并探讨了它们的源区。例如，华北义县玄武岩显示出EM1型的特征，源区可能涉及拆沉的镁铁质下地壳熔体与软流圈的混合；而华北阜新和太行玄武岩高则表现出高U/Pb和Th/Pb比值以及低δ26Mg和高δ66Zn的特征，考虑大洋板块俯冲过程携带的碳酸盐组分加入的影响；华南玄武岩则表现出火成碳酸岩特征：K-Zr-Hf-Ti 负异常，同时碳来源于沉积碳酸盐岩，具有轻Mg重Zn同位素特征。
为此报告人提出了V-Fe-Mg-Zn同位素耦合的观点，指出碳酸盐特征越明显的玄武岩，其Fe-V同位素越重。这与氧逸度有关，可能反映了地幔中碳酸盐熔体的交代作用。最后得出结论，新生代大陆玄武岩的源区可能包含了碳酸盐洋壳俯冲产生的熔体，这些熔体交代了软流圈地幔，形成了碳酸盐化橄榄岩地幔。而中生代大陆玄武岩的源区则可能涉及拆沉的镁铁质下地壳与软流圈地幔的混合，形成了新生的岩石圈地幔。
本报告通过同位素地球化学的方法，揭示了地壳物质再循环对大陆玄武岩成因的影响。这一研究不仅增进了我们对地幔化学多样性的理解，也为大陆玄武岩的成因提供了新的视角。报告中提到的地幔端元的识别和源区的探讨，对于理解地球内部物质循环和板块构造动力学具有重要意义。此外，V-Fe-Mg-Zn同位素耦合的发现，为研究地幔中碳酸盐熔体的作用提供了新的线索。这些研究成果对于地球科学领域的进一步探索具有指导意义。
图1 中国大陆东部玄武岩V-Fe-Mg-Zn同位素组成
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