俯沖大洋板片混雜巖由地幔橄欖巖、蝕變洋殼和大洋沉積物組成，其在匯聚板塊邊緣與弧下地幔如何相互作用及形成弧巖漿巖的過(guò)程，是當(dāng)今大地構(gòu)造學(xué)的關(guān)鍵熱點(diǎn)科學(xué)問(wèn)題。傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為俯沖板片流體和熔體交代的地幔楔部分熔融形成弧巖漿巖。近年學(xué)者提出板片混雜巖底辟體與弧下地幔物理混合后再部分熔融也可形成弧巖漿巖。但板片混雜巖底辟體與地幔如何相互作用、相互作用形成何種產(chǎn)物、如何有效識(shí)別這些產(chǎn)物，是大地構(gòu)造學(xué)亟待解決的科學(xué)問(wèn)題。
俯沖板片與弧下地幔相互作用形成弧巖漿巖的兩種模型
我院劉匯川老師圍繞俯沖洋殼混雜巖如何底辟及如何識(shí)別弧巖漿源區(qū)是否有洋殼混雜巖底辟體參與的科學(xué)問(wèn)題，首先開(kāi)展了二維數(shù)值模擬，模擬發(fā)現(xiàn)板片混雜巖底辟體細(xì)分為大洋沉積物底辟、混雜巖底辟和蝕變洋殼底辟等三個(gè)過(guò)程。其次，針對(duì)國(guó)內(nèi)典型蛇綠巖混雜巖、堿性和亞堿性鈮鉭虧損弧巖漿巖、鈮鉭富集弧巖漿巖等開(kāi)展了詳細(xì)的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、巖石學(xué)、多同位素對(duì)聯(lián)合示蹤的詳細(xì)解剖。研究發(fā)現(xiàn)板片混雜巖與未被交代的弧下地幔混合可形成鈮鉭虧損亞堿性弧巖漿巖，與低比例OIB(洋島玄武巖)型地幔混合可形成鈮鉭虧損堿性弧巖漿巖，與高比例OIB型地?；旌峡尚纬赦夈g富集弧巖漿巖。最后建立了一套多同位素聯(lián)合示蹤弧巖漿源區(qū)是否與板片混雜巖底辟體參與的指標(biāo)體系。
上述系列成果為我們認(rèn)識(shí)俯沖洋殼與弧下地幔相互作用過(guò)程提供了全新的思路和詳實(shí)的證據(jù)，也為我們解釋古老和現(xiàn)今俯沖帶弧巖漿巖形成過(guò)程提供了新方案。近年上述成果先后在《Geology》、《科學(xué)通報(bào)》、《GSA Bulletin》、《Lithos》等期刊發(fā)表，其中發(fā)表《科學(xué)通報(bào)》的文章是國(guó)內(nèi)外關(guān)于混雜巖底辟的首篇綜述性論文，為從事俯沖大洋板片與地幔如何相互作用研究的學(xué)者們提供參考。
該研究國(guó)家自然科學(xué)基金(42472181)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2021YFA071900)、中石油創(chuàng)新基金(2021DQ02-0103)的聯(lián)合資助。成果相關(guān)論文如下：
劉匯川, 王岳軍, 皇甫鵬鵬 (2025), 俯沖帶板片混雜巖底辟作用, 科學(xué)通報(bào), 70(14), 1-13, doi:10.1360/TB-2025-0017.
Liu, H. C., Hastie, A. R., Petrone, C. M. (2024), High-field-strength-element enriched arc rocks witness subducted mélange recycling in upwelling asthenosphere, Lithos, 464-465, doi:10.1016/j.lithos.2023.107411.
Liu, H. C., Huangfu, P. P., Zhu, G. Y. (2023a), High-temperature altered oceanic crust recycling into oceanic-island basalt?like mantle produces alkaline continental crust driven by mélange diapirs: Insights from isotopic tracing and numerical modeling, Geological Society of America Bulletin, 136(3-4), 1651–1660, doi:10.1130/b36961.1.
Liu, H. C., Neilsen, S. G., Zhu, G. Y. (2023b), Sponge-rich sediment recycling in a Paleozoic continental arc driven by mélange melting, Geology, 51, 75-79, doi:10.1130/G50395.1.
