俯沖過程中，俯沖板片釋放不同俯沖組分交代地幔楔，造成地幔楔熔融，形成島弧巖漿作用，是地球殼幔物質循環過程最重要的方式之一。不同的俯沖體系，俯沖洋殼的年齡及熱狀態、俯沖沉積物的類型與厚度等因素的變化巨大，造成俯沖組分類型與來源的多樣性及殼幔物質循環過程的差異性。近年研究表明島弧巖漿的Mo同位素組成可以有效地指示其地幔源區不同來源的俯沖組分。然而，島弧巖漿Mo同位素組成差別巨大(δ98/95Mo = -0.88‰ ~ 0.97‰)，對其成因機制仍存在大量爭議。針對上述問題，中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室地幔地球化學學科組于洋副研究員與黃小龍研究員及其合作者對東南亞爪哇島弧玄武巖與弧后玄武巖(圖1)進行了系統的Mo-Sr-Nd-Hf-Pb同位素分析，研究其地幔源區中俯沖組分的類型與來源及其與俯沖板片結構的相關性。

圖1.東南亞巽他島弧火山與樣品分布圖

研究結果表明爪哇島弧玄武巖(CAB)以鈣堿性系列為主，而弧后玄武巖(BAB)則具有更高的K2O含量，為鉀玄質。島弧玄武巖與弧后玄武巖具有相似的Mo同位素組成(圖2)，表明其Mo同位素變化不是由俯沖過程中的同位素分餾造成的，而反映了其地幔源區受到了不同類型俯沖組分的交代。島弧玄武巖與弧后玄武巖均具有低Ba/La與Mo/Ce比的特征(圖2)，表明其地幔源區較少受流體交代，而主要受來自俯沖板片的熔體交代。

圖2. 爪哇島弧玄武巖與弧后玄武巖Mo同位素及Ba/La與Mo/Ce比特征

島弧玄武巖與弧后玄武巖δ98/95Mo值與Pb同位素比值呈正相關關系(圖3)，反映加入到其地幔源區的俯沖組分包含不同比例的由俯沖沉積物(重Mo同位素)與蝕變上洋殼(輕Mo同位素)熔融產生的熔體。爪哇島弧火山巖Mo同位素比馬里亞納島弧玄武巖更輕，指示來自蝕變上洋殼的熔體比來自下洋殼的組分具有更輕的Mo同位素組成。因此，Mo同位素可以作為區分來自上、下洋殼俯沖組分的有效地球化學指標。

圖3. 爪哇島弧玄武巖與弧后玄武巖Mo-Pb同位素相關性

爪哇島弧玄武巖Mo-Sr-Nd-Hf-Pb同位素組成在沿弧方向上的變化(圖4)，反映了其地幔源區俯沖組分的差異性。地球物理資料顯示爪哇島弧下的俯沖板片發生了板片撕裂，并導致了軟流圈地幔沿板片窗的上涌(圖5)。軟流圈地幔上涌加劇了板片窗附近俯沖沉積物的熔融(圖5)。本次研究表明俯沖板片的結構對島弧巖漿地球化學成分具有重要的控制作用。

圖4. 爪哇島弧玄武巖與弧后玄武巖Mo-Pb同位素相關性

圖5. 巽他島弧俯沖板片結構與俯沖組分沿弧變化趨勢模型圖

該研究主要受國家自然科學基金(41890812, 41625007, 41902056, 42021002)與南方海洋科學與工程廣東省實驗室(廣州)人才團隊引進重大專項(GML2019ZD0202)資助，已發表于國際期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》。