综述：弧岩浆的氧化作用：一项批判性评论

本综述系统评述了弧岩浆氧化机制，通过全球56,450个火山岩及1,242个锆石数据，揭示大陆弧与大洋弧在氧逸度（fO2）演化中的差异，强调地壳厚度、部分熔融程度及矿物分离结晶（如石榴石、角闪石）对岩浆氧化（Fe3+/ΣFe）的关键控制，为理解弧岩浆氧化及成矿作用提供新框架。

　　

弧岩浆的氧化作用：机制与争议

弧岩浆相较于洋中脊、弧后和地幔柱来源的岩浆表现出更高的氧化性，但其主导控制因素——究竟是源区特征还是岩浆分异过程——仍存在广泛争论。本文通过整合全球29个新生代弧的56,450个火山岩地球化学数据及6个中生代-新生代弧的1,242个锆石分析，系统评估了源区与分异过程对弧岩浆氧化状态的塑造作用，重点关注大陆弧与大洋弧环境的差异。

氧逸度的地质意义与争议背景

氧逸度（fO₂）作为表征体系氧分压的关键强度变量，控制着岩浆的物理化学性质及多价元素的行为。它不仅影响大陆地壳与弧的演化、地幔与大气 redox 状态，更与斑岩矿床的形成密切相关。弧玄武岩的ΔFMQ值（相对于铁橄榄石-磁铁矿-石英缓冲剂的氧逸度偏差）显著高于洋中脊玄武岩（MORB）、弧后盆地玄武岩（BABB）及洋岛玄武岩（OIB），但其氧化机制仍存两大假说：其一强调俯冲板块释放氧化剂（如SO₄^2?、Fe³⁺、H₂O）对地幔楔的改造；其二则认为岩浆分异过程中富Fe²⁺矿物（如橄榄石、石榴石、角闪石）的结晶导致残余熔体富集Fe³⁺，从而提升氧逸度。

数据与方法

研究采用火山岩的Fe³⁺/ΣFe比值（按MgO含量分级）及锆石的Ti、Ce、初始U含量计算氧逸度，结合MELTS部分熔融模拟与蒙特卡洛质量平衡计算，量化地壳厚度、部分熔融与矿物分异对氧化的影响。高MgO含量（> 8 wt%）的火山岩代表源区 redox 状态，低MgO岩石（< 8 wt%）及锆石则揭示分异效应。

原始岩浆的氧化特征

原始岩浆（MgO > 8 wt%）的Fe³⁺/ΣFe比值显示，大陆弧平均值为0.33 ± 0.01，略高于大洋弧的0.30 ± 0.01。这一差异可能与大陆弧更高的板片衍生通量、更低的部分熔融程度及更厚地壳导致的矿物分异（如石榴石、角闪石）有关。尽管原始样品有限，该结果与高镁橄榄石（Fo > 80%）熔包裹体数据一致，证实弧岩浆源区较MORB更氧化。

分异过程中的氧化增强

随岩浆分异，氧化程度显著升高。低MgO含量（< 1 wt%）时，大陆弧Fe³⁺/ΣFe达0.55 ± 0.01，大洋弧为0.49 ± 0.01。锆石数据进一步证实氧逸度随温度下降而上升，且大陆弧趋势更陡。热力学模拟表明，角闪石、石榴石等矿物的分离结晶可有效富集熔体中的Fe³⁺，而地壳厚度通过控制分异路径（如高压下石榴石稳定）加剧该效应。

大陆弧与大洋弧的差异机制

大陆弧更高的氧化性源于多因素协同：热俯冲板片释放更多氧化剂流体；较低的部分熔融程度富集不相容氧化组分；较厚地壳促进高压矿物（如石榴石、角闪石）分异，增强熔体氧化。相反，大洋弧伴随冷板片俯冲，以蛇纹岩衍生流体为主，氧化通量较低且分异程度有限。

结论与展望

本研究强调岩浆分异是弧岩浆氧化的关键放大器，而源区差异奠定了初始氧化基础。大陆弧因板片热结构、熔融程度与地壳厚度差异，呈现更显著的氧化演化。未来研究需整合多尺度模拟与高分辨率地球化学探测，聚焦氧化剂迁移效率、矿物-熔体间元素分配及氧化与成矿的时空耦合机制。

致谢与支持

感谢所有对弧岩浆氧化研究贡献的学者。本研究受国家自然科学基金（42202085、42122013）、中国博士后科学基金（202104910161）及国家重点研发计划资助。