解密意大利西西里东南部Hyblean白垩纪火山活动的岩浆演化：新地球化学、同位素及稀有气体分析揭示地幔源区异质性

本研究通过整合流体包裹体氦同位素(3He/4He)与传统地球化学数据，揭示了意大利西西里Hyblean地区晚白垩世两期火山活动的成因机制。研究发现岩浆源自含石榴石与尖晶石二辉橄榄岩的异质地幔低程度部分熔融，橄榄石流体包裹体7.75-9.31 Rc/Ra的比值指示MORB型地幔源区特征，而辉石中3.48-6.48 Rc/Ra比值则反映岩浆上升过程中的分馏作用。该成果对理解非洲板块北缘深部地幔动力学具有重要意义。

　　

【研究背景】
地中海地区的构造演化史如同一部复杂的地质史诗，其中西西里岛Hyblean高原的白垩纪火山活动长期吸引着学者目光。这片位于非洲板块北缘的"地质实验室"，记录了从晚三叠世到第四纪的多次岩浆事件，但关于其深部动力机制仍存在激烈争论：究竟是深部地幔柱的作用，还是与俯冲相关的熔融过程？更关键的是，传统观点认为Hyblean晚白垩世与上新世-更新世火山属同一岩浆序列，这一假说缺乏直接的稀有气体证据支持。

【研究设计与方法】
意大利国家地球物理与火山研究所(INGV)等机构的研究团队选取Capo Passero、Augusta和Siracusa地区的25个白垩纪火山岩样本（16个来自Capo Passero，9个来自Augusta-Siracusa），采用多学科交叉方法：

1. X射线荧光光谱(XRF)和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)分析主微量元素；
2. 热电离质谱(TIMS)测定Sr-Nd-Pb同位素组成；
3. 通过真空破碎技术提取橄榄石和辉石中的流体包裹体，使用Helix SFT质谱仪测定He-Ne-Ar同位素比值，并采用⁴He/²⁰Ne比值校正大气污染。

【研究结果】
4.1 岩石分类与矿物学
TAS图解显示样品主要为弱碱性玄武岩-夏威夷岩-苦橄岩系列，可划分为四类结构：无斑隐晶质（图3a）、少斑状（图3b）、斜长石斑晶（图3c）和巨斑状（图3d）。橄榄石普遍蚀变为伊丁石，单斜辉石从普通辉石到富铁透辉石，显示成分环带。

4.2 全岩地球化学
样品呈现两种不相容元素配分模式：一组呈OIB型"钟形"曲线（Nb峰值），另一组显示Nb、K、Pb、Sr、Zr、Ti的正异常（图7）。REE配分显示(La/Yb)_N=5-20，部分样品具正Eu异常，反映斜长石堆晶作用。

4.3 Sr-Nd-Pb同位素
初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.703033-0.703361，¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd=0.512575-0.512648，²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb=19.64-20.42，对应FOZO地幔端元（图8）。Pb同位素与非洲-亚得里亚前陆其他火山岩相似，均显示异常高的Pb峰值。

4.4 稀有气体
橄榄石流体包裹体³He/⁴He=7.75-9.31 R_a（典型MORB值），而辉石为3.48-6.48 R_a（图9c）。⁴He/⁴⁰Ar*比值0.5-8.34偏离地幔生产比(1-5)，反映后期He丢失或脱气作用。

【结论与意义】
该研究首次将稀有气体同位素与常规地球化学数据结合，取得三项突破性认识：

1. 橄榄石高³He/⁴He比值(7.75-9.31 R_a)揭示岩浆源自亏损MORB型地幔，而辉石较低比值反映岩浆房停留期间地壳⁴He混染或扩散分馏；
2. 两种不同的不相容元素模式指示晚白垩世存在两期独立火山活动，分别对应2-2.5%石榴石-尖晶石二辉橄榄岩低程度熔融；
3. 与Plio-Pleistocene火山岩(³He/⁴He=6.1-6.7 R_a)的显著差异，否定了二者同源的经典假说。

这项发表于《Geochemistry》的研究为理解非洲板块北缘深部地幔演化提供了关键约束：FOZO型同位素特征可能代表再循环的洋壳物质与亏损地幔的混合，而高Pb异常暗示古老俯冲组分的存在。技术层面，建立"橄榄石-辉石"双矿物稀有气体分析法，为识别岩浆过程对同位素信号的改造提供了新范式。未来研究需结合Re-Os同位素与地震层析成像，进一步厘清Hyblean地区地幔柱与俯冲遗迹的相互作用机制。