高镁安山岩是指一类具有高MgO (>5 wt.%)或Mg# (>50)特征的中性(SiO2 >54 wt.%)岩浆。其中有些高镁安山岩的Mg#可以达到65以上，指示其曾与地幔岩石达到平衡，难以被玄武质岩浆的结晶分异或地壳岩石的部分熔融解释。此外，高镁安山岩由于具有与整体大陆地壳具有相似的化学组成而被认为在地球早期对大陆地壳的形成具有重要贡献。它们通常与埃达克质岩一起出露在有板片俯冲的岛弧地区(如Aleutian、Setouchi、Baja California、Philippines和Kadavu)。因此，它们的形成通常被认为与年轻的、热的俯冲洋壳部分熔融及其与上覆地幔的相互反应，或经俯冲熔流体交代的岛弧地幔部分熔融有关。相反，高镁安山岩在内陆环境下却很罕见，这可能主要与克拉通岩石圈地幔的贫水性质有关。水对高镁安山岩熔体的形成起到了关键的作用。然而，华北克拉通东部却是个例外，因为其广泛发育早白垩世高镁安山岩，甚至有些地区(如辽西乌拉哈达、辽东桂云花)有一些与地幔相平衡的原始高镁安山岩(MgO >8 wt.%或Mg# >65)出露。华北克拉通东部这些高镁安山岩的存在可能指示了一些特殊的地球动力学或地质过程，比如拆沉大陆下地壳的部分熔融及其与地幔的相互反应、基性-酸性岩浆的混合、地幔超基性岩在酸性岩浆中的混染再吸收。近年来，有些学者（如Ma et al., 2016）认为这些高镁安山岩的原始岩浆来自于富水的古老岩石圈地幔。此外，前人（Xia et al., 2013）对同时代的胶西费县原始玄武岩进行了单斜辉石斑晶的水含量测试，也表明早白垩世时华北克拉通东部岩石圈地幔具有高的水含量。但是，仍然有很多问题不太清晰。例如，这些水的来源以及它们是何时进入华北克拉通东部岩石圈地幔的？滞留在中国东部地幔过渡带的俯冲（古）太平洋板片(图1)与这些高镁安山岩的形成有无关系？

图1. (a)华北克拉通及周边地区的简要地形图; (b)东亚地区沿北纬42º的P波垂直层析成像图。

为了解答上述问题，中国地质大学（武汉）壳幔物质交换与动力学团队的耿显雷博士后和刘勇胜教授与澳洲Curtin大学的王选策副教授展开合作，对华北克拉通东部辽西地区早白垩世义县组中酸性火山岩和乌拉哈达组原始高镁安山岩进行了详细的岩相学、矿物成分以及全岩化学组成和Sr-Nd-Pb同位素研究，并得到了一下结果和认识:

(1)义县组高镁安山岩以及华北其他大部分早白垩世高镁安山岩均形成于幔源高镁岩浆与下地壳酸性岩浆的混合，而其中幔源原始岩浆来源于华北克拉通东部的古老岩石圈地幔。

(2).橄榄石斑晶中富流体熔体包裹体的存在、斜长石斑晶的缺失、亲流体微量元素(Rb、Ba、K、Pb、Sr)的富集、单斜辉石斑晶高的水含量以及橄榄石斑晶异常低的Ca含量，均表明这些高镁安山岩为富水岩浆。基于岩浆水含量对橄榄石-熔体Ca分配系数的影响，估算的原始岩浆水含量为~2.2-0.7 +0.4 wt.% (95%置信度)，指示其岩石圈地幔源区具有异常高的水含量(图2)。

图2.左：义县和乌拉哈达早白垩世高镁安山岩计算的岩浆水含量(基于橄榄石-熔体Ca分配系数)；右：单斜辉石斑晶非偏振FTIR光谱。C、M和R分别代表单斜辉石斑晶的核、幔、边部。

(3)结合华北克拉通的构造演化历史和这些高镁安山岩EM1型的Sr-Nd以及非放射性的Pb同位素特征，他们提出华北克拉通东部早白垩世岩石圈地幔中的水来源于上涌的地幔过渡带物质（其中包含古老(~2.5-2.7 Ga)的俯冲沉积物），而此时期的地幔过渡带物质上涌可能与古太平洋的深俯冲（~200-125 Ma）有关(图3)。

图3. (a) 200-125 Ma时期古太平洋深俯冲进入地幔过渡带并导致地幔过渡带物质上涌，释放的富水物质交代上覆的岩石圈地幔；(b) 125 Ma减薄的、富水的、热的古老岩石圈地幔部分熔融形成原始高镁岩浆，并与下地壳部分熔融产生的酸性岩浆混合形成华北克拉通东部早白垩世高镁安山岩。

该项研究揭示了与洋壳深俯冲有关的地球深部挥发分再循环并进入古老克拉通岩石圈地幔这一过程，及其对内陆高镁安山岩的形成和克拉通岩石圈地幔减薄的关键作用。