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罗翠华,Dec. 24, 2025
小安地列斯火山弧是研究慢速俯冲体系中挥发分循环的天然实验室。该弧全长约750公里，沿弧方向表现出显著的地球化学与构造分异。传统解释多关注俯冲板块速度、年龄及沉积物输入差异，但近年研究揭示了更本质的控制机制——来自俯冲板片的蛇纹岩脱水流体输入的空间不均匀性。
图1：小安地列斯火山弧地理位置与构造背景
研究的关键证据来自硼同位素（δ¹¹B）分析。δ¹¹B作为灵敏的流体“指纹”，其沿弧分布模式揭示了流体来源的根本差异。如图2所示，弧中段（瓜德罗普和多米尼克岛）岩浆具有异常高的δ¹¹B值（普遍＞+5‰），而南北两段数值显著偏低。通过端元混合模型计算，这些高值明确指示该区域岩浆源区受到了超过60%的蛇纹岩脱水流体贡献。这表明控制弧中段高岩浆产率的并非传统认为的沉积物，而是来自蛇纹岩的“优质流体”——其特殊化学组成更高效地促进了地幔熔融。
图2 小安地列斯火山弧B同位素组成
那么，这种富水流体如何被输运并释放？研究结合地球物理观测，指出大洋断裂带是关键载体。这些形成于慢速扩张环境的断裂带富含蛇纹岩，构成板片中的“含水异常体”。如图3所示，断裂带在俯冲过程中经历两阶段脱水：浅部脱水（~40-60 km） 释放的流体在前弧聚集，对应观测到的高b值地震异常与低剪切波速带；弧下深度脱水（~100-120 km） 的流体则直接注入地幔楔，驱动部分熔融并引发板片内部高频地震。断裂带沿弧的不均匀分布直接决定了流体输入的空间格局。
图3：基于断裂带俯冲的板片脱水与多圈层响应模型
这一流体驱动的过程体现了跨圈层耦合：浅部脱水改造前弧物理状态，弧下脱水同步驱动岩浆作用与板片地震。从地质时间尺度看，由断裂带输入的长期水通量差异，最终导致了该弧南北段地壳厚度的显著分异。本研究建立了从深部流体循环到地表地质响应的完整链条。火山弧演化的根本驱动力是蛇纹岩流体的输入，其空间分布受断裂带控制，并通过多深度脱水过程耦合不同圈层的地质响应。这一认识为理解慢速俯冲带的复杂行为提供了以“水”为核心的新范式。
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