蛇紋巖富含水、鹵素、稀有氣體及多種微量元素，是俯沖帶流體的重要來源，在全球地球化學循環(huán)中扮演著極為重要的角色。因此，厘清俯沖蛇紋巖對弧巖漿的物質(zhì)貢獻，對于理解俯沖帶物質(zhì)遷移與循環(huán)具有重要的意義。
硼（B）同位素是俯沖蛇紋巖的一種有效示蹤劑，中科院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點實驗室曾志剛研究團隊與美國伍茲霍爾海洋研究所Glenn Gaetani研究團隊合作，采用離子探針分析了沖繩海槽（琉球俯沖帶）南部八重山地塹、與那國地塹（弧后擴張中心）及伊良部海丘（現(xiàn)代島弧前緣）（位置見圖1）玄武安山巖的B同位素組成和鹵素（F和Cl）含量，同時獲得了樣品的微量元素和Sr-Nd-Pb同位素組成。
結(jié)果顯示，從弧后擴張中心到島弧前緣，B同位素逐漸變重，87Sr/86Sr逐漸富集，Cl/K、F/Nd及流體活動性元素與不活動元素比值逐漸升高，指示俯沖流體輸入的增多。其中，伊良部海丘火山巖具有最重的B同位素組成（ 11B= +6.6 1.5‰），只能由板片蛇紋巖流體加入來解釋，說明蛇紋巖是該俯沖帶流體的重要供給源。此外，本研究樣品的Cl/K、F/Nd均與 11B呈現(xiàn)良好的正相關(guān)關(guān)系，全球島弧火山巖也呈現(xiàn)一致的趨勢（圖2），說明俯沖蛇紋巖對弧巖漿的鹵素通量具有重要的貢獻。
圖1 沖繩海槽南部地形圖（YaG：八重山地塹；YoG：與那國地塹；IrK：伊良部海丘；SRVF：琉球南部火山前緣）
圖2 Cl/K、F/Nd與 11B相關(guān)圖解
此外，伊良部海丘火山巖的Sr同位素相比于其Nd同位素更加富集，在Sr-Nd同位素相關(guān)圖解上表現(xiàn)為數(shù)據(jù)點落在地幔與沉積物混合線的右側(cè)（圖3）。這種Sr-Nd同位素解耦的特征在現(xiàn)代島弧火山巖中很常見，比如馬里亞納島弧、湯加島弧、南桑威奇島弧等（圖4）。研究人員發(fā)現(xiàn)具有Sr-Nd同位素解耦特征的弧火山巖通常具有較重的B同位素組成，而它們所對應的弧后盆地樣品，Sr-Nd同位素無異常，B同位素也較輕。然而混合模擬計算顯示，俯沖蛇紋巖的加入無法造成弧火山巖Sr同位素的異常富集，但蝕變洋殼可以。這暗示俯沖蛇紋巖和蝕變洋殼流體可能通常一起對弧巖漿的形成產(chǎn)生影響。該研究支持地幔楔流體通道理論，即俯沖蛇紋巖流體并沒有廣泛交代地幔楔，而是經(jīng)流體通道穿過地幔，到達弧巖漿源區(qū)。
圖3 沖繩海槽南部火山巖Sr-Nd同位素相關(guān)圖解
圖4 洋內(nèi)弧-弧后盆地火山巖Sr-Nd同位素相關(guān)圖解
上述研究成果發(fā)表在國際地學期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth（Nature Index刊物）上，論文第一作者為中國科學院海洋研究所張玉祥博士。本研究得到了國家自然科學基金、中國科學院先導專項、博士后基金、山東省自然科學基金、中國科學院國際合作項目、國家留學基金委等基金項目聯(lián)合支持。
論文信息：
Zhang, Y., Gaetani, G., Zeng, Z., Monteleone, B., Yin, X., Wang, X., & Chen, S. (2021). Halogen (F, Cl) concentrations and Sr-Nd-Pb-B isotopes of the basaltic andesites from the southern Okinawa Trough: Implications for the recycling of subducted serpentinites. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 126, e2021JB021709. https://doi.org/10.1029/2021JB021709
