近日，我所海底巖石與巖石圈動力學(xué)團隊在西太平洋島弧巖漿作用與洋內(nèi)弧演化研究中取得系列進展。

位于太平洋板塊與菲律賓海板塊之間的伊豆-小笠原-馬里亞納（IBM）俯沖帶作為西太平洋新生代巨型溝-弧-盆系統(tǒng)的重要組成，是板塊構(gòu)造理論建立和發(fā)展的重要場所。九州-帕勞脊（KPR）曾是古IBM弧的重要組成部分，起源于太平洋板塊的“俯沖起始”運動，在約30 Ma因四國-帕里西維拉海盆的擴張發(fā)育而逐步與主弧發(fā)生裂離，成為菲律賓海板塊內(nèi)一條重要的殘余弧脊。作為見證俯沖起始、巖漿弧演化及弧后初始擴張全過程的關(guān)鍵地質(zhì)載體，九州-帕勞脊保留了自52——25 Ma IBM早期演化的構(gòu)造-巖漿活動記錄，其巖漿產(chǎn)物對于理解俯沖帶巖漿弧建造及跨圈層物質(zhì)循環(huán)等地質(zhì)過程具有重要意義。然而，以往研究多集中于九州-帕勞脊的中北部，其南部的巖漿活動特征、地幔源區(qū)性質(zhì)及其在弧裂解過程中的巖漿響應(yīng)尚不明確，這制約了我們對該區(qū)域地質(zhì)演化歷史的全面認(rèn)識。

針對上述問題，研究團隊綜合利用國際大洋鉆探計劃、中-德聯(lián)合航次、海洋一所和海洋二所執(zhí)行的西太平洋專項等地質(zhì)地球物理調(diào)查航次中所獲取的九州-帕勞脊南段基底巖石樣品，系統(tǒng)開展了年代學(xué)、巖石學(xué)和地球化學(xué)分析研究，獲得了以下關(guān)鍵認(rèn)識：九州-帕勞脊南段熔巖的地幔源區(qū)具有顯著的不均一性，暗示了九州-帕勞脊弧下地幔經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)過程；與九州-帕勞脊北段相比，九州-帕勞脊南段熔巖中來自俯沖板片輸入物質(zhì)的貢獻信號顯著減弱（圖1），顯示出與嬰兒期IBM弧巖漿相似的地球化學(xué)特征。并且，本研究創(chuàng)新性地提出了九州-帕勞脊演化的概念模型（圖2），指出菲律賓海板塊自身運動學(xué)特征（如板塊旋轉(zhuǎn)）與區(qū)域伸展應(yīng)力共同控制了古IBM弧的裂解過程，伸展背景下弧下軟流圈物質(zhì)的被動上涌可能阻礙了俯沖組分對九州-帕勞脊弧下地幔的持續(xù)改造，進而中斷了九州-帕勞脊向成熟島弧的演化進程。該研究以巖石地球化學(xué)視角，系統(tǒng)揭示了九州-帕勞脊南、北段在島弧初始裂谷向弧后擴張的過渡階段所表現(xiàn)出的差異性巖漿作用，并為“九州-帕勞脊是不成熟的洋內(nèi)弧” 的基底屬性提供了堅實的、直接地球化學(xué)證據(jù)。

本研究成果形成的論文“Petrogenesis of lavas from the southern Kyushu-Palau Ridge, Philippine Sea Plate: Implications for the arc rifting of the proto-Izu-Bonin-Mariana Arc”在線發(fā)表于海洋科學(xué)知名期刊《Deep-Sea Research Part I》上。論文第一作者為我所與河海大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士研究生劉振軒，通訊作者為鄢全樹研究員，合作者包括石學(xué)法研究員、楊剛正高級工程師和劉焱光研究員。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金及山東省泰山學(xué)者特聘專家項目等聯(lián)合資助。

西太平洋匯聚邊緣的構(gòu)造演化一直是我所海底巖石與巖石圈動力學(xué)團隊的重點研究方向之一。同期，研究團隊在菲律賓海板塊另一關(guān)鍵構(gòu)造單元——雅浦海溝-島弧系統(tǒng)的研究也取得了新進展。該研究首次系統(tǒng)分析了雅浦弧南段出露多種巖石類型的巖石化學(xué)數(shù)據(jù)及其成因關(guān)系，揭示了卡羅琳海底高原俯沖阻塞背景下獨特的島弧巖漿過程與地質(zhì)演化。相關(guān)成果以“Petrogenesis of igneous rocks from the Yap Arc, west Pacific: implications for its tectonic evolution”為題發(fā)表在了《Deep-Sea Research Part I》期刊上。

相關(guān)成果鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.dsr.2025.104646

https://doi.org/10.1016/j.dsr.2025.104577

圖1 九州-帕勞脊熔巖與IBM典型弧巖漿的俯沖組分輸入特征

圖2 九州-帕勞脊與古IBM弧的地質(zhì)演化模式圖