解读文章：Koornneef,J.M.,Nikogosian,I.,vanBergen,M.J.,Vroon,P.Z.,Davies,G.R.()AncientrecycledlowercrustinthemantlesourceofrecentItalianmagmatism.NatureCommunications10,.
1.研究背景板片汇聚带通常经历复杂演化历史，叠加洋壳俯冲和陆壳俯冲，使得不同时期和不同性质的地壳物质再循环进入地幔(ZhengandChen,)。因此，有效识别地质样品中记录的古老地壳再循环是一项重要研究课题。采用新兴分析技术方法寻找更多地球化学证据，对认识这一科学问题有极大推动作用。熔体包裹体是矿物生长时捕获的岩浆熔体，普遍存在于岩浆矿物中。幔源岩浆从地幔上升到地表的过程中难免会受到后期作用影响。相比而言，早期结晶矿物如橄榄石中捕获的熔体包裹体由于在主矿物内部保持独立演化很少受外部系统影响，通常保留了相对原始的岩浆成分和地幔源区信息。近年来随着分析技术的快速进步，熔体包裹体的元素和同位素分析在地球化学示踪过程中的应用越来越普遍(Frezzotti,;Renetal.,,;Kent,)。意大利半岛位于欧洲大陆南部(图1)，自始新世以来受到亚德里亚板块北向俯冲的影响，伴随俯冲板片的持续后撤，产生了不同成分的俯冲带岩浆岩。前人对意大利半岛第四纪喷发的Ernici和Roccamonfina富钾基性火山岩进行过研究，发现这些样品橄榄石中熔体包裹体成分相较全岩变化更大(图2)。高镁橄榄石中有相当比例的包裹体存在与全岩不同的高Ca低K特征，指示可能存在再循环碳酸盐物质，证明包裹体可以记录全岩未保存的源区信息(NikogosianandVanBergen,)。Koornneefetal.()在此基础上对这些富Ca包裹体进行高精度TIMS法Sr-Nd-Pb同位素分析，以期寻找更多地幔源区及再循环地壳物质地球化学信息。图1.研究区域简图。Ernici和Roccamonfina火山岩位于意大利半岛，北部为欧洲大陆，南部为持续后撤的俯冲亚德里亚板块。图2.Emici和Roccamonfina全岩、橄榄石中熔体包裹体K2O-CaO/Na2O相关图。部分包裹体呈现与全岩不同的高Ca低K特征。2.研究结果Koornneefetal.()的研究得到，橄榄石中熔体包裹体与全岩Sr-Nd同位素组成基本一致，都有相对富集的Sr-Nd同位素特征(图3d)。结合全岩富集大离子亲石元素(LILE)和Th、亏损高场强元素(HFSE)的特征，以及亚得里亚洋壳俯冲的构造背景，之前的研究认为其来自沉积物交代的地幔源区(PeccerilloandLustrino,;Conticellietal.,)。然而，包裹体Pb同位素相对全岩变化范围更大，普遍具有相对于全岩较低的Pb/Pb和Pb/Pb比值(图3a-c)。这一特征无法再由地幔-沉积物两端元混合解释，指示了一个低放射成因Pb同位素端元的存在。橄榄石中熔体包裹体微量元素和同位素组成的相关性指示了源区的不均一(图4)。Pb/Pb与CaO/Al2O3、Sr/Nd、La/Yb和U/Ce比值之间呈负相关关系，指示早期形成的熔体包裹体有高熔体活动性微量元素含量(相对富集)和低Pb/Pb特征。随后，晚期形成的熔体包裹体和全岩微量元素含量逐渐降低，Pb/Pb逐渐升高(图4)。因此，火山岩的地幔源区中应当存在一个低Pb/Pb比值但是富集的地幔区域。只是由于该地幔区域占比较低且相对富化易于熔融，被后期的地幔熔融叠加掩盖，才导致低放射成因铅特征很难捕捉，只保存在少量早期形成的熔体包裹体中。质量平衡计算指示，低放射成因Pb端元的源区贡献非常小(5%)，导致全岩未保存低Pb同位素信息。由于地幔相对地壳在LILE和Pb等流体活动性不相容微量元素含量上极低，地幔源区的Pb同位素组成受控于再循环地壳物质的成分(Zheng,)。如果古老地壳物质在俯冲时U相对于Pb发生丢失，随时间积累可以导致低放射成因Pb组成。一些古老的远洋沉积物被用于解释低放射成因Pb的EM1型洋岛玄武岩(WoodheadandMalcolm,;Eiseleetal.,;Delavaultetal.,)，但意大利第四纪玄武岩的型形成背景与洋岛玄武岩明显不同。同样，古老陆缘沉积物在意大利附近也没有发现，研究区域最近的太古宙地壳距离超过km。因此，Koornneefetal.()认为俯冲沉积物并不是低放射成因铅的来源。另外一种可能来自古老大陆下地壳。下地壳麻粒岩有低U、高Th/U的特征，随时间累积可形成低放射成因Pb同位素组成(WillboldandStracke,;Xuetal.,)。图3显示，橄榄石中熔体包裹体的Sr-Nd-Pb同位素组成与欧洲大陆中央地块下地壳麻粒岩包体高度重合。因此Koornneefetal.()认为，古老下地壳物质循环导致了岩浆源区的低放射成因Pb同位素组成。图3.橄榄石中熔体包裹体的Sr-Nd-Pb同位素组成。包裹体Pb/Pb和Pb/Pb比值显著低于全岩，与欧洲大陆中央地块下地壳麻粒岩(粉色区域)高度重合。图4.橄榄石中熔体包裹体Pb/Pb比值与不相容元素含量呈现负相关。3.研究启示意大利Ernici和Roccamonfina火山岩属于第四纪喷发的火山作用，地理位置上处于南部亚德里亚板块现代俯冲的背景下，远离北部古老的欧洲大陆和阿尔卑斯造山带。这些特点使得之前的研究普遍以南部洋壳俯冲来解释岩浆成因。Conticellietal.()基于全岩表现出弧型微量元素分布特点和相对富集的Sr-Nd-Pb同位素组成，认为Ernici和Roccamonfina火山岩来自陆源沉积物交代的HIMU地幔。NikogosianandVanBergen()通过橄榄石中熔体包裹体主量和微量元素分析，发现存在低Ca高K和高Ca低K两类熔体包裹体，在沉积物交代基础上区分出硅酸盐和碳酸盐两类交代作用。Koornneefetal.()通过分析橄榄石中熔体包裹体Sr-Nd-Pb同位素，识别岩浆源区中存在低放射成因铅组成，认为其记录了古老下地壳再循环。因此，意大利第四纪火山岩的地幔源区经历了不同时期、不同性质的地壳交代作用。陆壳拆沉、陆壳俯冲、洋壳沉积物俯冲、俯冲板片后撤加热以及板片断离窗口加热，都是古老大陆下地壳参与地壳交代的可能方式。可以看到，橄榄石中熔体包裹体的主微量元素、同位素组成可以保存全岩未记录的地球化学信息，拓展了对地壳物质再循环和地幔成分变化在时空尺度上的认识。近年来，熔体包裹体应用实例在不断增加。例如，俯冲带地幔楔橄榄岩及衍生的俯冲带岩浆岩中的熔/流体包裹体可以提供板片流体化学组成的信息(e.g.KelleyandCottrell,;Walowskietal.,;Lietal.,;Zhengetal.,)。Sobolevetal.()在夏威夷洋岛玄武岩的橄榄石中发现富Sr的熔体包裹体，识别出再循环的下部洋壳辉长岩参与地幔源区的贡献(ghostplagioclase)。Qianetal.,()通过华北早白垩基性岩橄榄石中熔体包裹体Pb同位素的原位分析，发现低放射成因Pb同位素指示源区下地壳贡献，等等。可以预见，随着分析技术的发展，熔体包裹体研究在地球化学示踪上的应用前景越来越大。4.存在问题（1）Koornneefetal.()的研究是基于一些已有的认识。首先是认为意大利第四纪火山的地幔源区主体形成于大洋沉积物交代。这个认识主要是基于全岩的岛弧型微量元素分布型式和富集的Sr-Nd-Pb同位素组成(Conticellietal.,)。然而，大洋沉积物与陆缘沉积物之间在地球化学成分上既有差别也有相似性(Plank,)，如何通过元素和同位素组成来区分？（2）欧洲大陆在新生代早期(55-45Ma)俯冲于亚德里亚板块之下形成阿尔卑斯造山带，造山带内部出露有40-25Ma碰撞后岩浆岩(vonBlanckenburgandDavies,)。意大利半岛位于阿尔卑斯造山带南部，对应大陆俯冲带的上盘。碰撞造山带超高压变质岩中柯石英、金刚石的发现指示，陆壳俯冲深度超过km(Chopin,)。深俯冲陆壳可能包含不同层位地壳物质，由此衍生的流体交代地幔楔也可以作为意大利第四纪火山岩的地幔源区。如何区分陆源沉积物与俯冲大陆地壳提供的交代剂？（3）Koornneefetal.()的主要观察是熔体包裹体具有低的放射成因Pb同位素组成，认为这指示了再循环的大陆下地壳。但是，包裹体表现的高CaO/Al2O3、低K、高Sr和高U并不是大陆下地壳的典型特征(图2和图4)。Koornneefetal.()的解释是源区存在下地壳交代和沉积物交代的叠加。实际上，古老沉积物在俯冲时经历U的丢失，也有可能形成低的放射成因铅同位素组成。因此，低放射成因Pb同位素是否有可能直接来自于俯冲的陆源沉积物？（4）熔体包裹体的另一个特征是高度均一的Sr同位素组成(图3)。如果火山岩地幔源区存在多种地壳物质交代，很难解释为什么熔体包裹体和全岩有完全一致的Sr同位素组成。其次，Koornneefetal.()认为熔体包裹体的高Ca低K特征来自俯冲碳酸盐。但是，不同种型沉积碳酸盐(方解石、白云石、菱镁矿)之间Sr同位素差别较大(Lietal.,)，都有相较洋壳更富集的特征(FantleandDePaolo,)。如果火山岩源区存在碳酸盐和硅酸盐两类交代作用，熔体包裹体和全岩Sr同位素也很难保持高度均一。识别碳酸盐还需要更多证据，例如是否存在低Mg、高C同位素特征。总体来说，板块俯冲带地球化学循环的关键是地壳物质的种类和交代剂的种类，它们在地球化学成分上存在一系列相似性和差异性。区分这些再循环地壳物质本身及其衍生流体的物理化学性质，已经成为进入二十一世纪以来俯冲带化学地球动力学研究的热点和前沿。此外，现今地球物理学观察到的构造格局不能代表地质历史时期的构造格局，岩石和矿物地球化学数据的多解性也要通过地质学与地球物理学相结合的方法予以约束。准确识别再循环地壳性质还需要结合多种地球化学证据进行综合验证，例如洋壳/陆壳特征氧同位素、碳酸盐特征Mg同位素、矿物微区元素和同位素变化等。无论如何，寻找更原始的幔源物质，特别是早期形成的矿物及其包裹体，结合分析技术的不断进步，可以不断细化发展对造山带地幔演化的认识。5.参考文献vonBlanckenburg,F.andDavies,J.H.()Slabbreakoff:AmodelforsyncollisionalmagmatismandtectonicsintheAlps.Tectonics14,-.
Chopin,C.()Ultrahigh-pressuremetamorphism:tracingcontinentalcrustintothemantle.EarthandPlanetaryScienceLetters,1-14.
Conticelli,S.,Marchionni,S.,Rosa,D.,Giordano,G.,Boari,E.,Avanzinelli,R.().Shoshoniteandsub-alkalinemagmasfromanultrapotassicvolcano:Sr–Nd–PbisotopedataontheRoccamonfinavolcanicrocks,RomanMagmaticProvince,SouthernItaly.ContributionstoMineralogyandPetrology,(1),41-63.
Delavault,H.,Chauvel,C.,Thomassot,E.,Devey,C.W.,Dazas,B.().SulfurandleadisotopicevidenceofrelicArcheansedimentsinthePitcairnmantleplume.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica,(46),–.
Eisele,J.,Sharma,M.,Galer,S.J.G.,Blichert-Toft,J.,Devey,C.W.,Hofmann,A.W.().TheroleofsedimentrecyclinginEM-1inferredfromOs,Pb,Hf,Nd,SrisotopeandtraceelementsystematicsofthePitcairnhotspot.EarthandPlanetaryScienceLetters,(3),–.
Fantle,M.S.,DePaolo,D.J.().SrisotopesandporefluidchemistryincarbonatesedimentoftheOntongJavaPlateau:CalciterecrystallizationratesandevidenceforarapidriseinseawaterMgoverthelast10millionyears.GeochimicaetCosmochimicaActa,70(15),-.
Frezzotti,M.-L.()Silicate-meltinclusionsinmagmaticrocks:applicationstopetrology.Lithos55,-.
Kent,A.J.R.().MeltInclusionsinBasalticandRelatedVolcanicRocks.ReviewsinMineralogyGeochemistry,69(1),–.
Kelley,K.A.andCottrell,E.()Waterandtheoxidationstateofsubductionzonemagmas.Science,-.
Li,H.Y.,Xu,Y.G.,Ryan,J.G.,Huang,X.L.,Ren,Z.Y.,Guo,H.andNing,Z.G.()OlivineandmeltinclusionchemicalconstraintsonthesourceofintracontinentalbasaltsfromtheeasternNorthChinaCraton:DiscriminationofcontributionsfromthesubductedPacificslab.GeochimicaetCosmochimicaActa,1-19.
Li,S.G.,Yang,W.,Ke,S.,Meng,X.,Tian,H.,Xu,L.,...Sun,W.().Deepcarboncyclesconstrainedbyalarge-scalemantleMgisotopeanomalyineasternChina.NationalScienceReview,4(1),-.
Nikogosian,I.K.,vanBergen,M.J.().Heterogeneousmantlesourcesofpotassium-richmagmasincentral-southernItaly:MeltinclusionevidencefromRoccamonfinaandErnici(MidLatinaValley).JournalofVolcanologyandGeothermalResearch,(1-4),-.
Peccerillo,A.,Lustrino,M.().CompositionalvariationsofPlio-Quaternarymagmatisminthecircum-Tyrrhenianarea:Deepversusshallowmantleprocesses.SpecialPaperoftheGeologicalSocietyofAmerica,,–.
Plank,T.()Thechemical