壳源物质随着俯冲板片进入地球深部会改变深部地幔的物质成分、熔融行为和氧逸度等属性。这些属性的改变又会进一步影响地幔中碳和硫等挥发分以及受控于硫化物的金属元素的释放和迁移，从而对大气环境和金属矿藏等宜居要素具有显著影响。理解这些挥发分物质的循环过程，需要厘清俯冲蚀变洋壳如何改造地幔并通过幔源岩浆循环至地表环境。其中，板内玄武岩因其成分变化范围大（从碱性至拉斑），且具有循环洋壳和碳酸盐的印记而备受关注，如中国东部新生代玄武岩。不同的研究提出俯冲板片以不同的形式参与了板内玄武岩的形成（图1）：含蚀变洋壳既可以为地幔提供交代介质，也可以自身作为源区，间接或者直接地将蚀变洋壳的成分传递给板内玄武岩。然而，目前识别出具有碳酸盐化榴辉岩特征（如高Dy/Yb）的初始天然玄武岩样品通常具有高MgO含量（12 wt.%），而低MgO含量的天然玄武岩样品则通常被认为是岩浆演化的产物。这与实验岩石学预测的碳酸岩化蚀变洋壳熔体具有低MgO特征(~4–10 wt.%)不相符，因此，识别出相应的初始天然样品对理解与蚀变洋壳相关的深部碳循环过程至关重要。

华北汉诺坝玄武岩以碱性和拉斑玄武岩在同一个剖面互层产出而闻名全球。其中，碱性玄武岩中可见巨量的地幔包体（形成橄榄岩包体岩墙）：将如此大量的包体携带至表层需要碱性玄武岩快速喷发，因而碱性玄武岩可能经历较弱的分离结晶作用，从而保留有较为初始的成分信息。而碱性和拉斑玄武岩在同一个剖面互层产出更是为研究板内玄武岩巨大的成分变化提供了便利。

中国地质大学（武汉）壳幔交换动力学科研团队博士生邹宗琪在导师汪在聪教授的指导下，与麦考瑞大学Stephen Foley教授和团队成员合作，通对汉诺坝玄武岩进行地球化学数据分析，表明汉诺坝新生代碱性玄武岩具有显著的碳酸盐化榴辉岩源区的地球化学特征，其低MgO含量(< 5.25 wt.%)的端元是碳酸盐化榴辉岩部分熔融的初始熔体（图2），而非岩浆高度分异演化的产物。由于低MgO初始熔体与地幔橄榄岩成分不平衡，来自软流圈的碱性玄武岩在迁移至地表的过程中必然需要穿越岩石圈，根据高MgO碱性玄武岩与交代岩石圈地幔相似的特征（如Ba/Th和Sr-Nd同位素），汉诺坝碱性玄武岩成分的多样性反映了初始熔体与岩石圈的相互作用。而与碱性玄武岩在同一个剖面呈互层状产出的拉斑玄武岩则具有完全不同的主微量和Sr-Nd同位素特征（图2-4），表明汉诺坝碱性玄武岩和拉斑玄武岩是来自两个完全不同的地幔源区部分熔融的产物。论文研究结果为碱性玄武岩形成于再循环蚀变洋壳熔融的成因模型提供了天然样品证据。

图1 俯冲的蚀变洋壳以不同方式参与板内碱性玄武岩的形成的模型示意图。(a)蚀变洋壳生成的熔体既可以通过熔体-橄榄岩反应自身演化成碱性玄武岩(1–3)也可以交代地幔形成交代地幔源区(4–5)，交代地幔再熔融形成碱性玄武岩。(b)熔体-橄榄岩造成汉诺坝碱性玄武岩的成分变化。汉诺坝碱性玄武岩成因模型（1）：含碳榴辉岩由对流地幔携带至软流圈顶部后发生部分熔融，或者软流圈顶部的榴辉岩受到来自深部的碳酸盐熔体交代而发生熔融形成初始的碱性玄武岩，因而能够保留初始的碳酸盐化榴辉岩特征。此外，虽然俯冲板片经历一定程度的脱流体作用，但是碳酸盐化榴辉岩的低程度部分熔融(Stracke et al., 2003)以及富集不相容元素交代榴辉岩的深部地幔熔体，均可以造成碱性玄武岩富集的不相容元素特征。

图2 汉诺坝玄武岩与不同实验熔体成分的对比。碱性和拉斑玄武岩具有不同的演化趋势，并且根据演化趋势两者之间并没有指向相同的母岩浆。

图3 放射性同位素与不相容元素比值之间的协变关系表明其成分多样性不是分离结晶和部分熔融导致的成分变化，而是不同比例的低MgO和高MgO端元相互作用的结果。低MgO碱性玄武岩的高Dy/Yb和低CaO/Al₂O₃比值等特征反映了在其地幔源区残留大量石榴子石和单斜辉石（榴辉岩）。碱性玄武岩的低Ti/Eu则反映了源区存在碳酸盐。我们认为碳酸盐化榴辉岩低程度部分熔融生成了初始的低MgO碱性玄武岩。由于含挥发分的低MgO初始熔体与地幔橄榄岩成分不平衡，在迁移过程中其地球化学成分会受到改造。来自软流圈的碱性玄武岩在迁移至地表的过程中必然需要穿越岩石圈，根据高MgO碱性玄武岩与交代岩石圈地幔相似的府及特征（如Ba/Th和Sr-Nd同位素），我们认为这些成分关系是低MgO的初始熔体与岩石圈相互作用的结果。

图4 汉诺坝玄武岩的Sr-Nd同位素组成和汉诺坝玄武岩微量元素蛛网图。两类玄武岩具有显著不同的放射性同位素组成和微量元素配分模式图。

文章信息：Zou, Z., Wang, Z.*, Foley, S., Xu, R., Geng, X., Liu, Y.-N., Liu, Y. and Hu, Z. (2022) Origin of low-MgO primitive intraplate alkaline basalts from partial melting of carbonate-bearing eclogite sources. Geochim.Cosmochim. Acta 324, 240-261.https://doi.org/10.1016/j.gca.2022.02.022.

参考文献：

Stracke, A., Bizimis, M. and Salters, V.J.M. (2003) Recycling oceanic crust: Quantitative constraints.Geochem. Geophys. Geosyst.4, 8003.