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| 中國海洋大學在大洋俯沖帶安山巖成因研究取得新進展 |
| http://www.gsbuluoit.com 2025年11月15日 來源：華禹教育網 |
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近日，中國海洋大學海底科學與探測技術教育部重點實驗室陳龍副教授和李三忠教授指導本科生蔡仁駿，在國際頂尖地學期刊Earth
and Planetary Science Letters（《地球與行星科學學報》）發表題為“Andesite
formation dominated by inefficient fractional
crystallization of andesitic melt: Insights from melt
inclusions”（安山巖形成于安山質熔體低效分離結晶：來自弧火山巖熔體包裹體的證據）的論文，闡述了在大洋俯沖帶安山巖成因研究取得的新進展。
安山巖是俯沖帶火山弧中的代表性巖石，其化學組成與大陸地殼相似，一直被視為理解大陸地殼形成的關鍵。然而，安山巖的形成機制長期存在爭議。傳統觀點認為其源于玄武質熔體的分離結晶或由鎂鐵質與長英質巖漿混合形成，但這些模型難以同時解釋安山巖復雜的礦物結構、地球化學特征以及弧地殼剖面結構。
熔體包裹體是礦物在生長過程中捕獲的熔體，是研究巖漿中熔體成分演化的重要對象。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，其更支持分離結晶主導。為此，研究團隊對熔體包裹體數據進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校正和系統分析。
研究發現，經校正后的熔體包裹體數據SiO2不再顯示“雙峰式”分布，而是集中在一個較高SiO2值的長英質峰（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特征高度一致，均較寄主巖石更演化富集。這表明多數熔體包裹體與其寄主礦物同源，二者分別代表結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分布圖及與前人數據比較
研究團隊據此提出了全新的大洋俯沖帶安山巖成因模型：富含再循環地殼物質的地幔楔交代巖（如輝石巖）部分熔融產生原始安山質熔體，在安山質熔體演化過程中，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，導致分離結晶效率低下，晶體與殘留熔體在體系中發生再混合，從而形成安山巖。該模型揭示了在“低效分離結晶”及斑晶–熔體自混合機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構特征，也揭示了安山巖相對演化的巖石化學特征的根本來源。
圖2 大洋弧和大陸弧從源區到過程的巖漿系統對比圖
此外，研究還解決了傳統玄武巖分異模型長期存在的三大悖論：（1）弧下地殼缺乏理論預測的大量超鎂鐵質堆積巖；（2）眾多安山巖樣品表現出異常高的 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，實驗巖石學揭示高壓分離結晶產生過鋁質熔體，而多數天然安山巖為準鋁質。
該成果是大洋俯沖帶安山巖成因方面的重要突破。自從Bowen在上世紀二十年代基于實驗巖石學提出分離結晶理論之后，傳統模型普遍認為安山巖源于玄武質母巖漿，經分離結晶或巖漿混合演化形成。但人們忽視了實驗巖石學只能證明結晶，分離只是理想化的假設。而本研究提出的“低效分離結晶”模型，不僅整合了“分離結晶—巖漿混合”兩大經典模式，更從源區過程與巖漿演化兩方面統一了安山巖形成框架。這一創新認識對俯沖帶巖漿過程與地球動力學研究具有深遠意義，也對俯沖帶大陸地殼生長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項目和山東省優秀青年基金項目等多個基金的資助。論文第一作者為中國海洋大學崇本學院2025屆本科畢業生蔡仁駿，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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