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火山活动能够将地球深部的物质和能量带到地表，是研究地球形成演化、物质组成以及相关动力学过程的天然实验室。全球大多数火山分布于板块边界上（如洋中脊、俯冲带），而一些远离板块边界的板内火山，其岩浆源区性质颇有争议，对于研究地球深部物质再循环过程十分重要。中国东北地区广泛发育新生代板内火山，包括长白山火山、五大连池火山群、镜泊湖火山等，是研究板内火山活动及深部动力学过程的极好对象。其中，长白山天池火山位于中国-朝鲜边境（图1），是我国境内规模最大、保存最完整的新生代多成因板内活火山。自晚更新世以来，天池火山曾发生过多次猛烈的爆炸式喷发活动，于公元946年发生的爆炸式喷发被认为是过去近2000年来全球规模最大的火山喷发之一，史称“千年大喷发”（Millennium Eruption），其火山喷发指数（VEI）达到6或7，产生的火山灰贯穿整个中国东北、俄罗斯远东地区、朝鲜半岛和日本海，甚至在格陵兰岛的冰芯中均有发现，对当时的气候和环境造成了重大影响。地球物理学证据表明太平洋板块的俯冲作用是触发长白山天池火山千年大喷发的关键。再循环物质对于长白山火山岩浆源区的贡献仍然缺少限定。图1 (a) 中国东北亚地质简图；(b) 研究区域位置及火山分布；(c) 长白山火山岩分布图及采样位置
西北大学地质学系博士研究生刘钰婕、导师张超以及合作者徐航、陈立辉、潘波（地震局地质所）等人，选取长白山天池火山锥体及附近地区不同喷发阶段的火山岩（玄武岩-粗面岩-碱流岩）作为研究对象，在岩相学、地球化学研究的基础上，结合全岩Sr-Nd-Pb同位素和锆石原位Hf-O同位素研究，对长白山天池火山的岩浆来源和相关地球动力学提供了新的认识。取得以下结果和认识：（1）长白山天池火山岩为高分异演化的火山岩，从玄武岩到粗面岩和碱流岩的演化过程中，经历了辉石、橄榄石、长石、Fe-Ti氧化物等矿物的分离结晶（图2）。图2 长白山天池火山岩主量元素哈克图解
（2）岩浆在上升过程中可能会受到地壳混染作用的影响，因此在排除该地区受到地壳混染作用的基础上，通过全岩微量元素和Sr-Nd-Pb同位素研究表明，长白山天池火山岩来源一个亏损地幔（DM）与I型富集地幔（EM1）端元混合的地幔源区（图3）。图3 长白山天池火山岩Sr-Nd-Pb同位素图解
图4 长白山天池火山岩锆石氧同位素
（3）锆石Hf-O同位素为我们进一步限制古老俯冲沉积物对长白山火山岩浆源区的贡献提供了重要依据。我们对长白山天池火山岩进行了锆石Hf-O同位素研究，研究结果表明该火山不同阶段喷发的粗面岩和碱流岩的Hf-O同位素较为均一，锆石氧同位素为3.58‰ ~5.97‰（图4），εHf(t) 的范围在-5 和+5之间变化（图5）。由于锆石-硅酸盐熔体氧同位素分馏作用的影响，长英质岩石的δ18O值在4‰~ 6.3‰变化是合理的，因此，锆石Hf-O同位素进一步证实长白山天池不同阶段喷发的火山岩均来源于一个共同的地幔源区。另外，锆石Hf-O同位素混合模拟曲线识别出了高温蚀变洋壳的贡献（图5），俯冲洋壳可能来源于古老滞留板片，被后来的太平洋板块俯冲作用重新扰动，从而引发了长白山天池火山千年大喷发。图5 天池火山岩锆石Hf-O同位素模拟曲线
相关研究成果近期发表于国际期刊Geochemistry, Geophysics,
Geosystems上，该研究成果获得了国家自然科学基金（项目号 42130310和41972055）的联合资助。论文信息：Liu, Y., Zhang, C., Xu, H., Chen, L.‐H., & Pan, B. (2024). Recycled oceanic crust in the source of the intraplate Changbaishan‐Tianchi
volcano, China/North Korea.Geochemistry,
Geophysics, Geosystems,25,
e2024GC011764.
https://doi.org/10.1029/2024GC011764欢迎投稿,投稿到地学之家的稿件不影响在其他任何平台的再次发布,已经在网上或其他公众号发布的也可投稿。投稿请点击"投稿指南"
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