揭示喀麦隆火山线北端Kapsiki高原新生代碱性玄武岩的结晶过程与地幔不均一性及HIMU特征

本研究针对喀麦隆火山线(CVL)北端Kapsiki高原新生代碱性玄武岩的岩石成因机制不明问题，通过岩石学与地球化学分析，揭示了其结晶分异过程（橄榄石+单斜辉石+Fe-Ti氧化物）及地幔源区特征（含<4%石榴石，部分熔融<2%），证实其具有HIMU-OIB型富集特征，为理解CVL北段地幔异质性与板块动力学提供了新证据。

　　

在非洲大陆西部，喀麦隆火山线(Cameroon Volcanic Line, CVL)作为唯一横跨海陆的板内碱性火山链，其形成机制长期存在争议。这条长达1700公里的火山链从几内亚湾的岛屿延伸至喀麦隆北部，但最北端的Kapsiki高原区域因政治动荡和偏远位置，相关研究严重匮乏。值得注意的是，该区域与其他CVL火山不同，呈现出更多长英质和中性岩而非玄武岩的独特分布，这种异常现象背后的地幔过程亟待揭示。

针对这一科学空白，由国际团队开展的研究首次对Kapsiki高原Moukoulvi地区的新生代碱性玄武岩进行了系统分析。通过详尽的岩石学和地球化学研究，发现这些玄武岩与CVL全段的基性岩具有相似性，其主微量元素特征与洋岛玄武岩(OIB)高度吻合。研究揭示了岩浆演化过程中橄榄石、单斜辉石和Fe-Ti氧化物的结晶分异序列，并发现地壳混染的证据。更重要的是，通过元素比值分析（如Ce/Pb>30）首次确认该区域存在HIMU（高μ值）地幔端元特征，为理解非洲板块深部动力学提供了关键线索。相关成果发表在《Solid Earth Sciences》上。

研究团队采用X射线荧光光谱(XRF)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对15件样品进行主微量元素分析，结合PRIMELT软件计算地幔潜在温度。薄片鉴定显示样品具微晶斑状结构，含橄榄石、单斜辉石斑晶及石英捕虏晶。通过La/Sm-Sm/Yb模型反演源区部分熔融程度，并利用多元素图解对比OIB与MORB特征。

研究结果可分为四个关键发现：

1. 岩相学特征：样品主要为玄武岩和碧玄岩，呈钠质碱性系列，含橄榄石（40%体积）、单斜辉石（15%）及少量斜长石微晶。绿色核心的单斜辉石和石英捕虏晶反应边暗示岩浆快速上升。
2. 地球化学指标：高Sr(812-1065 ppm)、Ba(394-467 ppm)含量及Sr/Zr(3.97-4.94)比值远超典型OIB，而Zr/Sm(26.93-29.88)与OIB均值(28)相当。稀土配分显示LREE富集((La/Yb)_N
   =19.55-22.86)和HREE亏损，指示石榴石稳定场熔融。
3. 地幔源区特征：Nb/Ta(19-20)和Zr/Hf(44-47)比值波动反映地幔交代作用，Th/Yb-Ta/Yb图解确认HIMU特征，表明古老俯冲物质再循环对源区的改造。
4. 动力学模型：计算显示源区温度T_p
   =1545.7°C，低于地幔柱预期值，结合区域地球物理数据支持岩石圈破坏引发边缘对流的上涌机制，而非热点活动。

结论部分强调，Moukoulvi玄武岩代表CVL最古老的火山活动之一（35-27 Ma），其HIMU特征揭示岩石圈地幔经历碳酸盐熔体交代作用。这一发现不仅完善了CVL北段岩石成因模型，更对理解板内火山作用与古老俯冲遗迹的关联具有范式意义。研究提出的"边缘对流+岩石圈不稳定性"机制，为全球类似板内火山链的形成提供了新的解释框架。