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东马努斯弧后盆地中酸性火山岩锂-钕同位素：岩浆源区组成的关键指示

一、引言

1.1研究背景与意义

东马努斯弧后盆地作为地球动力学研究的关键区域，其独特的地质构造和活跃的火山活动为探讨地球内部物质循环与演化提供了天然实验室。该盆地位于板块汇聚边缘，经历了复杂的地质历史，受到太平洋-卡洛琳板块和所罗门海板块俯冲作用的影响，是世界上扩张速率最快的弧后盆地之一。频繁的火山活动形成了从玄武岩到流纹岩的完整岩石序列，记录了岩浆起源、演化及与地壳相互作用的重要信息，对研究地球深部过程和区域地质演化具有不可替代的作用。

岩浆源区组成是理解岩浆形成与演化的核心问题。不同的岩浆源区，如地幔、地壳或它们的混合，会赋予岩浆独特的化学和同位素特征。准确确定岩浆源区组成，不仅有助于揭示地球内部不同圈层的物质交换和能量传递，还能为解释板块构造运动、大陆地壳生长等重大地质过程提供关键依据。

锂-钕同位素作为示踪岩浆源区组成的有效工具，具有独特的地球化学性质。锂是一种轻元素，其同位素在各种地质过程中表现出显著的分馏效应。在俯冲带环境中，锂同位素可灵敏地记录流体-岩石相互作用、地壳物质再循环等过程。由于锂在不同岩石类型（如地幔岩、地壳岩）中的同位素组成存在明显差异，通过分析火山岩中的锂同位素组成，能够推断岩浆源区中地幔和地壳物质的混合比例，以及岩浆形成过程中经历的流体交代作用。

钕同位素则是研究岩石成因和岩浆源区性质的重要指标。钕同位素的组成主要取决于源区物质的初始同位素组成以及源区经历的地质演化历史。例如，地幔源区的钕同位素组成相对均一，而地壳物质由于经历了长期复杂的演化，具有与地幔不同的钕同位素特征。通过对比火山岩的钕同位素组成与已知端元（如亏损地幔、富集地幔、地壳物质）的钕同位素特征，可以判断岩浆源区的性质，如地幔的富集程度、地壳物质的贡献大小等，进而为深入理解岩浆的起源和演化提供关键线索。

因此，研究东马努斯弧后盆地中、酸性火山岩的锂-钕同位素特征，对于准确揭示该地区岩浆源区组成、深入理解弧后盆地的形成与演化机制具有重要的科学意义。这一研究不仅能填补该地区在岩浆源区示踪领域的部分空白，还可能为全球弧后盆地的地质研究提供新的视角和对比依据，推动地球科学在板块构造、岩浆演化等基础领域的发展。

1.2研究现状与问题提出

前人对东马努斯弧后盆地火山岩的研究已取得了一定成果。在岩石学方面，详细描述了火山岩的岩相学特征，识别出多种岩石类型，包括玄武岩、安山岩、英安岩和流纹岩等，并对其矿物组成和结构构造进行了系统分析，为后续的地球化学研究奠定了基础。地球化学研究则聚焦于主量、微量元素分析，揭示了火山岩的化学组成特征，探讨了其与板块构造环境的关系，指出该地区火山岩的形成与俯冲带相关的地幔楔部分熔融有关。

在同位素研究领域，已开展了锶-钕-铅-铪等同位素体系的分析工作，这些研究在示踪岩浆源区地幔组成和俯冲组分的贡献方面发挥了重要作用。例如，通过Sr-Nd-Pb同位素分析表明，马努斯海盆的火山岩源自印度洋型MORB地幔，而东马努斯海盆岩浆源区由于受到俯冲板片熔体和板片衍生流体的影响，其火山岩表现出与MORB地幔不同的同位素特征。然而，目前关于东马努斯弧后盆地中、酸性火山岩锂-钕同位素的研究仍相对匮乏。锂同位素作为对流体活动和地壳-地幔相互作用极为敏感的示踪剂，尚未在该地区得到充分的应用和研究。虽然钕同位素已有部分研究，但结合锂同位素进行综合分析，以全面、准确地揭示岩浆源区组成的工作还较为欠缺。

此外，现有研究对于岩浆源区中地壳物质的具体来源和贡献方式，以及地幔源区的精细结构和演化过程，仍存在诸多争议和不确定性。例如，对于俯冲板片熔体和板片衍生流体在岩浆源区中的相对比例，以及它们对岩浆化学组成和同位素特征的具体影响机制，尚未形成统一的认识。

鉴于此，本文拟通过系统分析东马努斯弧后盆地中、酸性火山岩的锂-钕同位素特征，结合主量、微量元素数据，旨在解决以下关键问题：（1）精确确定该地区中、酸性火山岩岩浆源区的锂-钕同位素组成特征，明确地幔和地壳物质在岩浆源区中的混合比例；（2）深入探讨锂-钕同位素体系在揭示岩浆源区性质和演化过程中的指示意义，厘清俯冲作用对岩浆源区的改造机制；（3）综合多同位素体系和地球化学数据，构建东马努斯弧后盆地中、酸性火山岩岩浆源区组成的精细模型，为全面理解该地区的地质演化提供新的科学依据。

二、地质背景

2.1区域构造位置

东马努斯弧后盆地位于西南太平洋俾斯麦海东部，处于板块汇聚的关键地带，其特殊的地理位置使其成为研究板块构造运动和岩浆活动的重要区域。该盆地北侧为相对不活动的马努斯海沟，南侧则是活动频繁的新不列颠海沟，这种独特的海沟分布格局深刻影响着盆地的地质演化。

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