洛斯图斯特拉斯火山群中的弧相关亚碱性岩浆及其与墨西哥南部构造演化的关系

火山复合体位于墨西哥湾沿岸，由三个火山阶段（晚中新世至现代）构成，包括西北部的单韵律火山和东南部的圣马塔火山脊。地球化学分析显示，富集的OIB型地幔与俯冲带成分及大陆 crust 吸收有关，矿物分异和拉张盆地构造控制了熔岩类型及分布。

　　
Los Tuxtlas火山复合体（LTVC）位于墨西哥加勒比海沿岸的韦拉克鲁斯州，是墨西哥trans-Mexican火山带（TMVB）的重要组成部分。该区域火山活动复杂，兼具碱性岩与亚碱性岩共存的特征，其成因与构造演化密切相关。研究团队通过整合火山地质、地球化学及构造背景分析，提出了LTVC的三阶段 magmatic演化模型，并揭示了其与TMVB及Cocos海板块俯冲过程的关联。

### 1. 区域地质背景与火山分布
LTVC位于韦拉克鲁斯盆地内，该盆地由晚白垩世至古近纪的海相沉积物构成，最大厚度超过8千米。盆地基底包括两部分：早前寒武纪的海洋性基岩与晚三叠世-侏罗纪的陆壳基岩。TMVB作为Cocos和Rivera板块向北美板块俯冲形成的火山弧，从太平洋延伸至墨西哥湾，而LTVC位于其东侧，地理上呈现孤立特征。

火山分布呈现显著分异：西北部为单阶段喷发形成的火山口群和熔岩锥，火山活动集中于7百万年前至1.5百万年前的蒙特皮奥-埃尔维加阶段；东南部的圣马丁山脉由四个呈西北-东南排列的层状火山构成，火山活动时间为1百万至0.5百万年前的圣马丁阶段；现代活火山圣马丁图斯特拉火山则对应晚更新世至现在的第三阶段（San Martín Tuxtla，50千年至今）。火山构造受韦拉克鲁斯断层系统控制，呈NW-SE走向排列。

### 2. 地球化学特征与源岩分析
研究对137个岩样进行X射线荧光光谱和电感耦合等离子体质谱分析，发现岩石化学组成存在显著分异：

- **蒙特皮奥-埃尔维加阶段（MPV）**：以高铝指数（13-17）的粗面玄武岩为主，SiO?含量介于42.3%-56.7%。稀土元素配分显示轻稀土富集（La/Sm=1.74-4.7），部分样品呈现亏损的Nb、Ta等高场强元素特征，指示源自石榴石-单斜脊柱岩的地幔源区。源岩经低度部分熔融（熔融度约5%-10%），形成富集的OIB型熔体，并在地幔柱中累积，最终通过拉张盆地的断裂带喷发。

- **圣马丁阶段（SM）**：亚碱性岩石占比达68%，SiO?含量（46.36%-56.7%）与MPV阶段无显著差异，但稀土元素配分显示更强的Eu负异常（δEu=0.2-0.5）。源岩为单斜脊柱岩，部分熔融程度达15%-20%。结合Th/Nb与Ba/Nb比率分析，证实存在俯冲沉积物混染（贡献比例约5%-15%），其地球化学特征与TMVB东段的弧岩浆活动一致。

- **圣马丁图斯特拉阶段（SMT）**：碱性岩石占比达92%，Mg#值（47.1-82.3）显著高于SM阶段，表明源自更深层次的地幔（可能超过80公里）。通过Dy/Yb与La/Yb比率分析，确认其源自石榴石-单斜脊柱岩的深度部分熔融（熔融度约5%-8%），并经历了 prolonged fractionation（结晶分异持续约5百万年）。

### 3. 构造控岩机制
研究提出"俯冲滑脱-拉张盆地"耦合模型：

1. **俯冲滑脱过程（晚 Miocene）**：
- Cocos板块以约45°的俯冲角度向北美板块下方俯冲，引发地幔对流增强，导致上地幔异化区形成。
- 滑脱作用产生应力场变化，促使深部熔体上涌。研究显示，MPV阶段熔体在上升过程中与地壳（特别是下地壳）发生相互作用，导致钾钠等不相容元素富集（K?O/Na?O=0.4-0.6）。

2. **拉张盆地形成（早 Pleistocene）**：
- 韦拉克鲁斯断层的复活形成拉张盆地，引发裂隙式喷发（MPV阶段熔岩流可见柱状节理）。
- 盆地沉降使地壳厚度由正常地壳（30-40 km）减薄至20-25 km，促进深部熔体上涌。

3. **俯冲组分输入（SM阶段）**：
- 晚 Miocene-Early Pleistocene期间，俯冲带来的沉积物 slab（厚度约50-80 km）发生部分熔融，贡献了玄武岩中25%-35%的成分。
- 通过Th/Nb vs Ba/Nb图解分析，确认沉积物熔融贡献率达12%-18%，与Gloss（全球俯冲沉积物组成）模型吻合度达82%。

4. **地幔柱活动（SMT阶段）**：
- 晚 Pleistocene时期，地幔柱上涌速率达1.2-1.8 cm/年，导致深部熔体（地幔深度>100 km）快速上涌。
- 熔体在 LAB（地幔-地壳边界）处发生部分熔融（熔融度5%-8%），形成高富集的OIB型熔体（TiO?=1.2%-1.8%，P?O?=0.8%-1.2%）。

### 4. 熔体演化动力学
通过PETROMODELER模型模拟发现：

- **MPV阶段**：
- 源岩为石榴石单斜脊柱岩（Grt=3%-5%，Cpx=19%-21%，Ol=54%-58%）
- 熔体经历初始结晶分异（斜长石+橄榄石），残留熔体SiO?含量上升至52%-55%
- 碱性指数（AFM）显示熔体演化过程中Al2?替代程度达23%-35%

- **SM阶段**：
- 源岩为单斜脊柱岩（Grt=2%-4%，Cpx=24%-26%，Ol=66%-70%）
- 沉积物混染导致LILE（K、Rb、Ba）富集度提升至原始值的1.8-2.5倍
- 熔体分异程度更高（Mg#=35.5-70.6），出现斜长石晶格定向排列（X射线衍射分析）

- **SMT阶段**：
- 源岩深度增加（地幔深度>80 km），单斜脊柱岩占比达75%-80%
- 熔体经历三阶段分异：初始橄榄石结晶（分异度15%-20%），随后辉石和角闪石结晶（总分异度达40%）
- 残留熔体CaO含量达3.8%-4.2%，指示钙长石主导的结晶序列

### 5. 与TMVB的对比分析
通过构造-地球化学联合建模发现：

- **空间分布**：LTVC距TMVB主火山链中心120-150 km，符合弧后区火山定位规律
- **岩浆成分**：SMT阶段熔体SiO?含量（41.3%-54.5%）显著低于TMVB典型值（55%-60%），但MgO含量（>10%）与Ceboruco火山相似
- **构造控制**：两者均受控于俯冲带应变，但LTVC存在独特的"双源"特征：地幔柱熔体（占比60%-70%）与俯冲组分（30%-40%）的混合

### 6. 地球物理验证
结合重力异常与地震剖面数据：

- **密度分层**：LTVC下方存在高密度异常区（密度2.85-2.90 g/cm3），对应地幔柱上涌
- **地壳结构**：韦拉克鲁斯盆地地壳厚度约20 km，显著低于相邻大陆地壳（30-40 km），形成天然岩浆通道
- **火山活动周期**：通过氧同位素（δ1?O=6.8%-7.2%）分析，显示熔体形成深度超过150 km，与地幔柱活动一致

### 7. 科学意义与展望
本研究首次在TMVB东段识别出典型的"地幔柱-俯冲带"双驱动型火山系统：
1. **地球动力学**：揭示了俯冲角度变化（从45°增至60°）对熔体成分的改造机制
2. **源区演化**：证实地幔异化作用存在阶段性（晚 Miocene-早 Pleistocene单斜脊柱岩→晚 Pleistocene石榴石单斜脊柱岩）
3. **成矿指示**：SMT阶段熔体富含Cu、Ni（平均含量0.35%-0.48%），为区域金属成矿提供新靶区

未来研究可进一步结合40Ar/39Ar年代学数据验证岩浆房形成时间序列，并通过高分辨率地震成像追踪熔体上升路径。