近日，Nature Index期刊Geochimica et Cosmochimica Acta在线刊发海洋所深海中心孙卫东课题组关于菲律宾岛弧早白垩世岛弧火山岩—埃达克岩组合的Pb-Sr-Nd-Hf同位素研究成果，揭示了西南太平洋地区早白垩世太平洋板块俯冲向新特提斯板块俯冲的构造转换事件。
早白垩时期西向俯冲的太平洋板块与北向俯冲的新特提斯板块东部在西南太平洋地区发生交汇，然而这两个板块之间的俯冲极性却没有得到很好的限制。在晚侏罗—早白垩时期起源于太平洋板块—新特提斯洋板块的交汇处的菲律宾岛弧，可以为这个两个板块之间的相互作用提供关键信息。本研究选取了菲律宾岛弧目前已知的最老的（早白垩）岛弧火山岩和埃达克岩作为研究对象，开展了Pb、Sr、Nd、Hf同位素研究工作。先前的研究认为这些岛弧火山岩和埃达克岩分别来至流体交代的地幔楔部分熔融和俯冲板片部分熔融，开展这些岩石的同位素研究可以限定它们的地幔和/或俯冲板片的特征。
菲律宾岛弧区域构造简图
菲律宾岛弧岩浆岩Pb同位素组成及其随时间演化特征
板块俯冲过程中Pb的活动性很强，岛弧岩浆岩的Pb主要来自俯冲板片，其Pb同位素组成则主要反映俯冲板片，而非弧下地幔的特征。与Pb相对应的是，流体不活动的Hf-Nd同位素，更倾向于示踪岛弧地幔的地球化学特征。对于流体交代地幔来源的岛弧岩浆，其Pb同位素和Hf-Nd同位素则分别反映俯冲板片和弧下地幔的同位素组成。对于俯冲板片部分熔融形成的埃达克岩，其Pb和Hf-Nd同位素则均反映俯冲板片的特征。菲律宾中部宿务（Cebu）岛Kansi地区的126-118Ma岛弧火山岩具有太平洋型的Pb同位素特征，指示其源区中的俯冲组分主要来源于太平洋板块。而其Hf-Nd同位素组成却显示其地幔同位素组成为太平洋—印度洋过渡型。因此，该区126-118Ma的Kansi岛弧火山岩的形成指示了早白垩时期古太平洋板块向太平洋—印度洋过渡型地幔的俯冲。Kansi地区随后的110Ma埃达克质闪长斑岩同样具有太平洋型的Pb同位素特征，指示了俯冲的太平洋板块随后发生了部分熔融。与此相区别的是，在邻区（Lutopan地区的Atlas大型斑岩铜矿）随后形成的致矿埃达克质闪长斑岩（109-107Ma）却显示出了印度洋型的Pb同位素（Dupal Pb同位素异常）和Hf-Nd同位素组成，这又指示了具有印度洋型同位素特征的新特提斯板片东部的俯冲和部分熔融。并且110Ma以后整个菲律宾岛弧的岛弧火山岩均显示了具有Dupal异常的印度洋型Pb同位素特征，说明菲律宾岛弧的构造体制由110Ma以前的太平洋板块俯冲主导转变为了110Ma以后的新特提斯板块俯冲。
菲律宾岛弧早白垩时期构造转换示意图
该论文第一作者为邓江洪博士，通讯作者为中国科学技术大学杨晓勇教授和中科院海洋所孙卫东研究员。研究得到了中国科学院先导专项（XDB18020102, XDA22050103）、国家自然科学基金（41673040, 91328204, 41373007,4180300）、国家重点研发计划（2016YFC0600404）、中国博士后科学基金（2015M582003）等联合资助。
论文信息：
Deng, J.H., Yang, X.Y.*, Zartman, R.E., Qi, H.S., Zhang, L.P., Liu, H., Zhang, Z.-F., Mastoi, A.S., Berador, A.E.G., Sun, W.D.*, 2020. Early Cretaceous transformation from Pacific to Neo-Tethys subduction in the SW Pacific Ocean: Constraints from Pb-Sr-Nd-Hf isotopes of the Philippine arc. Geochimica et Cosmochimica Acta 285, 21-40.
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