大陆地壳占地表面积约三分之一，是人类赖以生存的重要场所。在汇聚板块边缘，大陆地壳通过弧岩浆作用生长，俯冲侵蚀则通过俯冲板片刮削将上覆地壳带入地幔楔，部分抵消了弧岩浆作用，因而对于维持现代大陆地壳的动态生长起到关键作用。前人通过沉积学和地球物理研究已证实俯冲侵蚀广泛存在于环太平洋俯冲带，但对于如何运用弧岩浆来示踪俯冲侵蚀一直是学术界的难题。针对上述问题，中国科学院广州地球化学研究所地幔地球化学学科组刘海泉副研究员、徐义刚院士、黄小龙研究员，与李杰研究员、张乐高级工程师，菲律宾大学和德国亚琛工业大学学者合作，选择吕宋弧Bataan段第四纪Cuyapo和Balungao埃达克岩作为研究对象(图1)，运用Mo-Sr-Nd-Hf同位素体系及微量元素地球化学手段，揭示了马尼拉俯冲体系的俯冲侵蚀过程。
图1 吕宋弧中段Bataan地区简图及采样位置；WVC-西火山链，EVC-东火山链。
钼(Mo)同位素在俯冲板块脱水或熔融过程中表现出强烈分馏的特性，重的Mo通过流体/熔体进入弧岩浆中，轻的Mo则滞留于俯冲板块的残留相。相对于大洋中脊玄武岩(MORB, δ98/95Mo=-0.21‰)，Cuyapo埃达克岩的δ98/95Mo值较低(-0.36 - -0.26‰)，结合其富集的Sr-Nd-Hf同位素组成和低的Ba/Nb比值(212-228) (图2)，表明其轻Mo同位素与残留板片的贡献有关。Balungao埃达克岩则具有高的δ98/95Mo值(-0.18 ~ 0.00‰)、εNd值(+5.0 - +5.6)和Ba/Nb比值(259-286)，且其Mo-Sr-Nd-Hf同位素组成与吕宋弧中生代弧前基底岩石(Zambales Ophiolites, 三描礼士蛇绿岩, SSZ-型)和下地壳包体相近(图2)，暗示该埃达克岩和弧前地壳的亲缘性。另外，Balungao埃达克岩具有高的Sr/Y比值(175-763)和偏高的Nb/Ta比值(16-18)(图3)，表明其岩浆源区存在金红石和石榴石±角闪石组合(>~1.5 GPa=~45 km)。由于吕宋岛地壳厚度较薄(地壳厚度~33 km)，无法达到下地壳拆沉所需的形成榴辉岩的压力条件，最大的可能性是弧前地壳通过俯冲侵蚀进入到地幔楔中。因此，Balungao埃达克岩可能由俯冲侵蚀的地壳在地幔楔中熔融形成，其形成再现了吕宋岛中生代蛇绿岩记录的古俯冲信息。本项研究不仅从稳定同位素的角度为俯冲侵蚀提供了新的制约，同时为俯冲带广泛存在的高δ98/95Mo、εNd和Ba/Nb岩浆的成因提供了新的解释，揭示了俯冲侵蚀的弧前地壳对弧岩浆的贡献。
图2 A: 埃达克岩δ98/95Mo随着Ce/Mo比值降低而升高。Balungao埃达克岩Mo同位素组成与吕宋弧下地壳包体相当(粉红色区域)；B: 埃达克岩δ98/95Mo随着Ba/Nb比值的升高而升高；C和D: Sr-Nd和Nd-Hf同位素图解。Cuyapo埃达克岩与模拟的残留板片熔体(南海玄武质洋壳:沉积物=85:15)的Sr-Nd-Hf同位素相当；Balungao埃达克岩的Sr-Nd-Hf同位素指向吕宋弧弧前基底岩石(包含吕宋弧下地壳包体和三描礼士蛇绿岩)。
图3 A: 埃达克岩判别图解。Cuyapo和Balungao埃达克岩具有高的Sr/Y比值和低的Y含量，指示源区存在角闪石±石榴石残留；B: Nb/Ta和(Dy/Yb)N投图。Cuyapo和Balungao埃达克岩Nb/Ta比值高于大洋中脊玄武岩，指示源区存在金红石残留。灰色箭头指示了高镁角闪石残留导致的弧岩浆的演化趋势。
该成果发表于国际学术期刊《Geology》。本研究受到国家自然科学基金委重大项目(41890812)、面上项目(41973011)和杰出青年科学基金项目(41625007)以及南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) (GML2019ZD0202)项目的联合资助。论文的Mo-Sr-Nd-Hf同位素数据在同位素地球化学国家重点实验室完成。
论文信息：
Hai-Quan Liu(刘海泉)*, Jie Li(李杰), Yi-Gang Xu(徐义刚), Graciano P. Yumul Jr., Ulrich Knittel, Carla B. Dimalanta, Betchaida D. Payot, Karlo Quea？o, Xiao-Long Huang(黄小龙), Le Zhang(张乐). 2022. Heavy Mo isotope composition of northern Bataan adakites: evidence for fore-arc subduction erosion? Geology,
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