揭示板块内霓霞岩的起源：来自地震层析成像和地球化学的见解

《Journal of Asian Earth Sciences》：Unraveling origin of intraplate nephelinites: insights from seismic tomography and geochemistry

板内霓霞岩形成机制研究：综合地震 tomography 与地球化学证据表明，华北克拉通过渡带（MTZ）内拆离的 crust 与停滞太平洋板块相互作用，碳酸盐 eclogite 部分熔融产生的熔体可能构成霓霞岩 parental material，低 δ2?Mg 和高 δ??Zn 值佐证了该过程。

　　

洪克春|马金成|王峰|王一妮|徐文良

吉林大学地球科学学院，长春130061，中国

摘要

本文通过对华北克拉通东部山东省新生代板内霓辉岩进行综合地震层析成像和地球化学研究，以探讨其成因。地震层析成像结果显示，剥离的地壳进入了地幔过渡带（MTZ），并与停滞的太平洋板块发生了相互作用。这些霓辉岩的地球化学成分与碳酸盐榴辉岩的实验熔体、EMI玄武岩以及金伯利岩的微量元素模式相似，表明深部碳酸盐熔体在形成过程中起到了关键作用。结合其较低的δ²⁶Mg值和较高的δ⁶⁶Zn值，可以推测由碳酸盐榴辉岩部分熔融产生的碳酸盐硅酸盐熔体可能参与了这些霓辉岩的生成。我们的新发现表明，剥离地壳与停滞的太平洋板块在MTZ中的相互作用导致了板内霓辉岩火山活动的发生。

引言

全球范围内，霓辉岩主要出露在海洋和大陆板内环境中（Le Bas, 1987; Holm et al., 2006, Cheng et al., 2015, Xu et al., 2018, Shi et al., 2024）。然而，其成因仍存在争议。例如，人们普遍认为霓辉岩是由富含挥发物的、经过交代作用的次大陆岩石圈地幔（SCLM）经过低度部分熔融形成的（Fitton and Upton, 1987, Foley, 1992, Pilet, 2015）。此外，上升的地幔柱（Richards et al., 1989）、岩石圈控制作用（Foulger et al., 2003）、小尺度对流（Ballmer et al., 2007）以及软流圈剪切（Conrad et al., 2010）也被认为在板内霓辉岩的形成中起着重要作用。华北克拉通（NCC）中的新生代霓辉岩（图1）是板内碱性岩浆作用的典型例子，但其Sr–Nd–Hf同位素组成与来自岩石圈的岩浆不同。因此，有人认为这些霓辉岩是由地幔过渡带（MTZ）中的含碳酸盐沉积物熔融形成的（Zeng et al., 2021）。然而，这一观点缺乏地球物理观测的支持。

地震层析成像技术已被广泛用于识别俯冲和/或停滞的板块（例如，Huang and Zhao, 2006, Goes et al., 2017, Ma et al., 2019）以及剥离的岩石圈（Zandt and Reiners, 2011）。由于剥离物质的物理性质独特，这类图像能够将其与俯冲板块区分开来（Hacker et al., 2011）。此外，霓辉岩的地球化学数据有助于确定碱性火成岩的原始岩浆性质（Zhu et al., 2017）。鉴于华北克拉通中新世霓辉岩与剥离地壳在空间上的分布一致性，结合地震层析成像和地球化学数据可以有效地揭示板内霓辉岩的成因。

地质背景

华北克拉通形成于古元古代晚期（Zhao et al., 2001）。自显生代以来，该地区经历了构造-热重活化过程，表现为古亚洲洋壳向南俯冲至华北克拉通下方，并最终在二叠纪晚期至三叠纪中期闭合（Xiao et al., 2003, Wang et al., 2019）。此外，扬子地壳向北俯冲以及华北克拉通与扬子克拉通（YC）的聚合发生在二叠纪晚期至三叠纪晚期（Okay and

通过全波形反演揭示的深部地幔结构

全波形反演是一种通过将记录的地震图与全波场模型结果进行最佳拟合来绘制地球内部三维结构的技术。该方法特别适用于研究活跃构造环境中地壳和上地幔的短波长结构异质性，尤其是在东北亚大陆边缘，那里经常发生冷沉降和热上升现象。我们对

讨论

新生代霓辉岩火山活动仅发生在老黑山（8.0 Ma）、马山（7.4 Ma）、房山（6.6 Ma）和大山（0.75 Ma）地区（图2）。其空间分布与地震层析成像所揭示的剥离地壳分布一致（图3）。那么，研究区域内是否存在剥离地壳呢？这可以通过该地区自中生代早期的构造演化来评估。首先，华北克拉通与扬子克拉通发生了俯冲和碰撞

结论

我们的地震层析成像结果显示，剥离地壳与停滞的太平洋板块在MTZ内发生了相互作用，这一结论也得到了剥离地壳与新生代霓辉岩分布的空间关系以及这些板内霓辉岩地球化学数据的支持。我们提出了一个新的地质动力学模型，认为MTZ内剥离地壳与停滞的太平洋板块之间的相互作用导致了新生代板内霓辉岩岩浆活动

未引用参考文献

Afanasiev et al., 2019, Foulger and Natland, 2003, Le, 1987, Ma et al., 2023, Sossi et al., 2018, Teng, 2017, Wang et al., 2017, Xu et al., 2025, Xu et al., 2024, Xu et al., 2022, Zheng et al., 2010.

CRediT作者贡献声明

洪克春：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，方法论。马金成：撰写 – 初稿，可视化，资金筹集。王峰：撰写 – 审稿与编辑，方法论，资金筹集。王一妮：可视化。徐文良：撰写 – 审稿与编辑，资金筹集，概念构建。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号42130302和42372065）、吉林大学科技创新研究团队计划（项目编号2021-TD-05）以及中国博士后科学基金（项目编号GZC20240021）的支持。我们感谢曾刚博士提供的岩石学照片。编辑周美福、徐荣以及其他两位匿名审稿人的评价和宝贵意见。