玄武岩是地幔部分熔融的产物。玄武岩主要分布在大洋中脊、岛弧
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大陆弧、大洋板内，其深部背景争议小，都是板块构造或者地幔柱构造作用的副产品。大陆内部的玄武岩一般规模小，零散分布，其深部背景尚存在广泛的争议。近日，我院和西北大学地质学系的合作科研团队，在大陆玄武岩的成因研究上取得了重要进展。该团队采用地球化学与地球物理相结合的方式，分析了东亚大陆火山岩地幔源区的物质组成以及地幔变形特征。研究结果显示俯冲并滞留在地幔过渡带的太平洋板片发生了撕裂，导致地幔发生上涌，板片物质随着地幔上涌返回至上地幔浅部发生减压熔融，产生大陆玄武岩。相关成果以
The return of stagnant slab recorded by intraplate volcanism
为题发表在国际一流综合性学术期刊
PNAS
（美国科学院院刊）今年第一期。
图1东亚新生代火山分布与俯冲太平洋板片的空间关系
大洋板片通过俯冲作用进入地幔后，经常会在地幔过渡带的深度（约
410~660 km
）发生滞留形成滞留板片（
stagnant slab
）。大陆玄武岩常常与地幔过渡带中的滞留大洋板片在空间上相对应，以东亚地区最为典型（图
1
），因此普遍认为这些大陆玄武岩与其下的滞留板片有关。但是，深埋在地幔中的滞留大洋板片如何诱发地幔熔融产生大陆玄武岩呢？
为此，该团队选择黑龙江省东部的双鸭山地区作为主要研究对象（图
1
），并结合整个东亚地区新生代玄武岩，开展地球化学与地球物理学科交叉研究。地震记录显示双鸭山地区缺少深源（深度大于
400 km
）大地震，且层析成像的结果显示该地区之下的滞留板片存在缺失（图
1
），这些证据说明双鸭山之下的滞留太平洋板片发生了撕裂，产生板片窗。基于此，团队对板片窗之上的双鸭山新生代玄武岩开展了基于多种地球化学手段的联合示踪研究，并对板片窗之上上地幔的变形特征进行了分析，来识别并刻画出俯冲太平洋板片物质从地幔过渡带上升到上地幔浅部的路径，从而厘清了大陆玄武岩的地球动力学起源机制。
图2同位素联合示踪表明双鸭山地区玄武岩的地幔源区含有俯冲太平洋洋壳
研究结果显示双鸭山玄武岩在稳定同位素组成上具有显著偏高的
δ
57
Fe
和偏低的
δ
26
Mg
值以及独特的放射成因
Pb-Nd
同位素组成（图
2
），在元素组成上则具有偏高的
Gd/Yb
比值和偏低的
Ti/Eu
，
CaO/Al
2
O
3
比值。这些地球化学指标表明双鸭山玄武岩的上地幔源区存在再循环的俯冲太平洋洋壳组分——榴辉岩。与此同时，近震
S
波分裂分析结果揭示出一个与板片窗相关的上地幔环状流，表明含有板片碎片的地幔上涌流在上地幔中转变为向周围地区的环状流动，从而引发周围地区广泛的板内岩浆作用。初步的地球化学和地球物理检验表明，东亚地区的大多数新生代玄武岩可能与滞留板片在地幔过渡带中的撕裂过程有关。这项研究为大陆玄武岩的起源机制提出了一个“
滞留板片撕裂诱发地幔上涌
”的地球动力学模型，即俯冲过程引起滞留板片发生撕裂，诱发地幔上涌。该过程导致俯冲到地幔过渡带的洋壳（榴辉岩）随地幔上涌流返回上地幔并减压熔融，从而在大陆内部引发火山作用（图
3
）。
