Geology：俯冲期大洋板片熔融：埃达克岩成因

Geology：俯冲期⼤洋板⽚熔融：埃达克岩成因
俯冲过程中，弧⽕⼭作⽤和⽰踪元素再循环受洋壳的迁移控制。

俯冲过程中释放的流体类型，
⽆论是含⽔流体还是含⽔熔体，都受俯冲带热结构的控制。

最近的热⼒学模型和实验岩⽯学的
结果表明，⼏乎所有的俯冲带都有板块熔化现象，但岩⽯记录并不完全⽀持这⼀观点。

这⾥作
者通过相平衡模型显⽰，在俯冲过程中，即使在饱和⽔的条件下，新鲜或热液改变的⽞武岩的
融化也很少发⽣。

熔融只发⽣在最热的板顶地热沿线，⽔流体在弧前区域被释放，深熔性局限
于弧次深度，导致⾼Si、埃达克质岩浆作⽤。

作者认为，在“热”俯冲带，含⽔流体和含⽔熔体优
先促进化学循环。

本⽂的模型显⽰，俯冲的热液蚀变⽞武岩⽐原始⽞武岩壳更富集元素，在俯
冲过程中增加了流体和熔体的产量，导致更⼤程度的化学循环。

在这篇⽂章中，作者提出了⼀
个岩⽯学模型来解释海洋地壳俯冲过程中熔融的缺失，并提出许多地球表⾯和内部质量传递的
⼤尺度模型可能需要修正。

早期流体包裹体研究表明, 俯冲板⽚进变质早期脱出流体较稀, 溶质以NaCl等盐分为主, 其含量通
常低于8wt%(Gao和Klemd, 2001), 流体迁移的微量元素也⼗分有限. 随着俯冲深度增⼤, 板⽚流
体中的溶质增多, 成分也转变为以富碱的铝硅酸盐为主(Frezzotti和Ferrando, 2015). 部分多相固
体包裹体形成于峰期变质条件(T>600℃ , P>3GPa), 其原始⽔含量估计在
40~60wt%, 可能代表超临界流体(⽬前尚仅见于⼤陆俯冲带)(Ferrando等, 2005; Zhang等, 2008; Frezzotti和Ferrando, 2015). ⼀些多相固体包裹体中含有⼦矿物⾦红⽯, 暗⽰超临界流体能够迁
移Ti等⾼场强元素(Frezzotti和Ferrando, 2015). 另⼀些多相固体包裹体含有⾦
刚⽯, 反映在4GPa或更⾼压⼒下存在富含C的超临界流体(Stöckhert等, 2001; Carswell和van Roermund,2005; Frezzotti等, 2011). 许多多相固体包裹体具有与弧岩浆类似的微量元素特征, 即
⼤离⼦亲⽯元素和轻稀⼟元素富集, ⾼场强元素亏损(Malaspina等, 2006;Frezzotti和Ferrando, 2015). 深部包裹体的微量元素组成表现出较强的不均⼀性, 这可能与特征矿物在变质或熔融反应
中对不同类型元素的差异性调控有关: 如多硅⽩云母控制⼤离⼦亲⽯元素和Be(Schmidt和
Poli,1998; Hermann等, 2006; Hermann和Spandler, 2008), 绿帘⽯和硬柱⽯控制稀⼟元素和Sr-
Th-Pb-U(Schmidt和Soli, 1998; Hermann, 2002; Hermann等, 2006; Martin等,2011), 褐帘⽯/独居
⽯控制La-Ce-Th(Hermann, 2002),锆⽯和⾦红⽯分别控制Zr-Hf和Nb-Ta(Hermann和Rubatto, 2009) 。

⽬前的⽰踪元素循环模型更青睐含⽔熔体⽽不是含⽔流体，因为它们可以将更多的微量元素转
移到地幔楔体(Hermann等。

2006;Spandler and Pirard, 2013)。

然⽽，本⽂的数据表明，⼤部
分俯冲带都没有发⽣部分熔融(图1);
因此，作者认为，在⼤多数俯冲带中，⽔相流体在微量元素循环⽅⾯发挥了更⼤的作⽤，⽽不
考虑它们对地幔楔块的混然能⼒有限，从⽽进⼀步激发更⼤的⽔相流体通量，促进俯冲板块的
⼤量亏损(Zack和John, 2007)。

寒冷和平均地热增强了H,O向地幔深度的转移(Poli和Schmidt, 1995: Hernandez-Uribe和Palin, 2019)，因此在俯冲过程中，与⾼温俯冲带相⽐，释放出更多的
H,O。

另⼀⽅⾯,地幔楔热俯冲带内微量元素富集的两⽔流体(即变质脱⽔在较浅的深度)和含⽔融
化(图4)。

这些俯冲带的弧前地区⽔液体被释放,⽽预计将出现在subarc融化深度(图4)。

这些结果
表明，热俯冲带的再循环过程分为两个阶段，其中某些元素在较浅的深度被⽔流体传递，另⼀
些元素在较浅的深度被含⽔熔体传递，正如现有模型所⽰(例如Bebout，2007)。

因此，地温和
变化程度——这决定了所产⽣的熔体数量(图3)——控制了俯冲带中元素循环的类型和程度。

尽
管热⼒学模型表明，板顶温度促进了板块的熔化(Syracuse et al.， 2010;看的等⼈，2011)，模
型表明，这种情况只在极少数情况下发⽣沿热地热。

根据Syracuse et al.(2010)的模型，只有现
在卡斯卡迪亚和墨西哥的俯冲温度⾼到⾜以融化，⽽⼤多数俯冲带太冷⽽不能融化(图1)。

即使
在H、O饱和的条件下，⼤多数俯冲带也不应该发⽣融化。

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本⽂作者：锅贴
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