北小安的列斯岛弧岩浆演化解密：海底火山灰主微量元素与Pb同位素分析的启示

本研究通过IODP 340航次U1396A钻孔的海底火山灰记录，结合陆地火山数据，重建了北小安的列斯岛弧（LAA）4.5 Ma以来的岩浆演化史。研究人员利用颗粒形态分析、Pb同位素及主微量元素组成，揭示了蒙特塞拉特与瓜德罗普岛的Pb同位素差异主要受控于岩浆源区而非地壳混染，并量化了俯冲沉积物（Th/Nd=0.36）与流体的贡献差异。该研究填补了陆地火山记录的时间空白，为岛弧岩浆动力学提供了新见解。

　　

研究背景
小安的列斯岛弧（Lesser Antilles Arc, LAA）作为大西洋板块俯冲至加勒比板块之下的产物，其北部蒙特塞拉特与瓜德罗普岛的火山活动展现出显著的化学与同位素分异。然而，陆地火山记录受侵蚀作用限制，难以追溯早于2 Ma的岩浆活动历史。IODP 340航次U1396A钻孔的火山灰层序为破解这一难题提供了关键材料——这些海底沉积物保存了长达4.5 Ma的连续喷发记录，比现存陆地最老岩石（3 Ma）更早揭示了岛弧形成的初始阶段。

技术方法
研究团队通过颗粒形态学筛选原生火山灰，结合全岩与熔体包裹体的主量元素（如SiO₂
）、微量元素（如Th/Nd）及Pb同位素（²⁰⁶
Pb/²⁰⁴
Pb）分析，建立混合模型量化地幔端元与俯冲组分的贡献。样本来自IODP U1396A钻孔的27个火山层，年龄通过古地磁记录插值确定。

研究结果

1. 颗粒形态学：25/27样品符合原生火山灰的棱角度与长宽比特征，排除了再搬运干扰。
2. Pb同位素源区示踪：蒙特塞拉特与瓜德罗普样品在SiO₂
   -²⁰⁶
   Pb/²⁰⁴
   Pb图解中呈水平分布，证实Pb同位素差异反映源区特征而非地壳混染。
3. 沉积物与流体贡献：瓜德罗普的Th/Nd（0.36）显著高于蒙特塞拉特，指示其岩浆系统接收更多沉积物熔体加入，但流体输入无显著差异。
4. 斜长石累积效应：Eu与Sr异常差异归因于斜长石堆晶作用，而非岩浆分异过程本质区别。

结论与意义
该研究首次将北LAA火山活动历史前推至4.5 Ma，揭示俯冲沉积物熔体添加是控制瓜德罗普高Th/Nd的关键机制。这一发现不仅完善了岛弧岩浆成因模型，更凸显海底火山灰在重建长期火山历史中的不可替代性。成果发表于《Applied Geochemistry》，为理解俯冲带物质循环与岛弧岩浆多样性提供了新的时间维度约束。