俯冲带镁铁质堆晶岩的母岩浆恢复：方法与实例*

郭锋

俯冲带是汇聚板块边界发生相互作用的地带，也是地震、构造、岩浆及成矿作用较为发育的区域，表现为一个板块向相邻板块之下的下降潜伏过程(Tatsumi and Eggins, 1995; Stern, 2002)。俯冲带主要由俯冲的大洋岩石圈、地幔楔、上覆板片以及沟-弧体系等多个部分组成。在俯冲带有大量的弧岩浆作用发育，开展弧火成岩尤其是镁铁质火成岩的研究，可以很好地认知俯冲带地幔楔的改造过程和演化历史(McCulloch and Gamble, 1991)。

图1 中国东部古俯冲带典型镁铁质侵入岩(具堆晶结构)的正交偏光显微照片(a)橄榄辉长岩(延边地区侏罗纪图门岩体，Guo et al., 2015)；(b)白垩纪角闪辉长岩(福建泉州，Zhang et al., 2019)Fig.1 Microphotos of typical mafic intrusions (accumulation texture) from the paleo-subduction zones in eastern China(a) an olivine gabbro from the Jurassic Tumen intrusive complex in NE China (Guo et al., 2015); (b) a hornblende gabbro from the Cretaceous Quanzhou intrusion in SE China (Zhang et al., 2019)

关于俯冲带岩浆作用的研究，前人已经开展了大量的工作，总结起来，取得的进展包括以下几个共识：(1)俯冲带岩浆具有富水的特征，其初始岩浆的水含量在4%左右(Planketal., 2013)，与俯冲板片脱水过程密切相关(Groveetal., 2006; Zack and John, 2007; Shawetal., 2008)；(2)岩石主要为拉斑-钙碱性系列，并在微量元素组成上显示出亏损高场强元素和富集大离子亲石元素的特征，在同位素组成上相对洋中脊玄武岩更为富集(Davies and Stevenson, 1992; Tatsumi and Eggins, 1995; Macdonaldetal., 2000)；(3)俯冲带地幔楔交代介质来自俯冲板片，包括洋壳和上覆沉积物的熔体和流体(von Huene and Scholl, 1991; Nicholsetal., 1994; Stolzetal., 1996)，并根据沉积物的差异，可以分为洋内弧和大陆弧(Plank and Langmuir, 1998; Tollstrup and Gill, 2005; Zhaoetal., 2019)。

相对于现今的俯冲带发育有较为完整的岩浆作用记录，古俯冲带距今时间较为久远，因此容易受到地壳隆升剥蚀或构造活动的改造，弧火山岩难以保存下来，通常被保留下来的是镁铁质堆晶岩或者岩体的根部。从严格意义来说，镁铁质-超镁铁质堆晶岩是由主要造岩矿物、副矿物和粒间熔体的集合体(图1)，其全岩组成不能代表与矿物之间平衡的母岩浆成分(Bédard, 1994)，因此利用传统的地球化学方法进行成因研究和古俯冲带再循环组分的识别存在诸多不确定性。如何恢复与这些镁铁质堆晶岩之间平衡的母岩浆成分是开展古俯冲带/造山带岩浆成因研究的难题之一。

Bédard (1994, 2001)基于质量平衡方程和单斜辉石分配系数，率先提出了运用矿物-熔体之间的平衡配分关系(equilibrium distribution method, EDM)来计算与堆晶矿物组合平衡的熔体成分。作者团队以及其他单位研究人员在开展东北吉黑地区早侏罗世古太平洋俯冲带基性岩浆成因的研究中发现了多处零星出露的镁铁质侵入杂岩(图1a，Yuetal., 2012；Guoetal., 2015)，采纳该方法来恢复区域辉长岩的母岩浆成分。在后续的研究中发现古俯冲带中的一部分镁铁质侵入杂岩的主要暗色矿物为角闪石(图1b，Guoetal., 2016; Zhangetal., 2019)，辉石和橄榄石少见，反映岩浆极为富水的特点(Ridolfi and Renzulli, 2012)。为此我们在前人的基础上拓展出基于角闪石分配系数的母岩浆成分计算方法。由于在镁铁质堆晶岩中除了常见的斜长石、暗色矿物如橄榄石、辉石和角闪石堆晶作用外，也存在一些副矿物如榍石、磷灰石、锆石、磁铁矿和铬铁矿等的影响，从而导致这类堆晶岩在原始地幔标准化不相容元素蛛网图上除了表现出常见的Sr-Eu正异常外，还会出现Ti、Zr-Hf、Th-U以及P的异常。通过特定副矿物的增减可以消除这些异常，从而得到更真实的堆晶岩母岩浆成分。这两种计算方法已经陆续被国内外学者用于恢复相关镁铁质堆晶岩的母岩浆成分。由于以前的相关文章都发表在英文杂志上，受众范围相对较窄；为了方便广大国内地质工作者参考，本文将简明扼要地进行方法原理和研究实例的介绍，并附录Excel表(见期刊官网附件1)来演示如何计算，为其后续应用提供方便。最后我们通过计算结果与实测值的对比来讨论运用镁铁质堆晶岩地球化学来示踪俯冲带演化的适用性。

1 平衡配分方法

基于质量平衡方程，假设岩浆体系为封闭系统，熔体发生固结形成了矿物堆晶+粒间熔体(trapped melt, 简写为TM)的集合体(Bédard, 1994)。进行平衡配分法需满足以下前提：(1)矿物之间达到平衡；(2)在接近岩浆固相线的温度下，粒间熔体迅速被包裹在原位结晶矿物格架的孔隙中；(3)岩浆固结后没有经历后期的流体/熔体交代或渗滤作用。此时粒间熔体成分代表了平衡的“固相线”熔体成分。为了方便表达，本文将计算获得的粒间熔体成分视作代表与矿物集合体平衡的母岩浆成分。这种方法成功用于加拿大拉布拉多元古代斜长岩和镁铁质堆晶岩以及太古代Albitibi绿岩带中镁铁质堆晶岩的成分恢复(Bédard, 2001; Bédardetal., 2009)。

图2 基于单斜辉石平衡配分法和非实比熔融反演获得的母岩浆成分以晚古生代延边地区清沟山辉长岩样品06HCH-1为例计算获得了不同粒间熔体比例(TMF)对应的计算结果(Guo et al., 2016)；随着TMF的增加，对应的矿物组成和含量变化情况见表1；当单斜辉石停止熔融后(TMF≥9.0%，TMF为粒间熔体百分含量)，所恢复的母岩浆成分在原始地幔标准化不相容元素蛛网图上呈现出相对一致的配分曲线；通过在副矿物中设置一定的磷灰石含量，可以有效地去除全岩样品在元素P的负异常. 原始地幔标准化值参考Sun and McDonough (1989)，后图同Fig.2 The estimated parent magma composition based on equilibrium distribution method of clinopyroxene and non-modal melting backstripping procedureA Late Paleozoic gabbro (06HCH-1) at Qinggoushan from Yanbian area in NE China to show the calculation results of different trapped melt fractions (TMF, Guo et al., 2016). Following an increase of TMF, the corresponding variations in mineral assemblage and modal composition are listed in Table 1. When the clinopyroxene is exhausted and the TMF exceeds 9%, the calculated parent magma compositions show consistent primitive mantle-normalized trace element spidergrams regardless of TMF. We also set up a little apatite in the modal mineral composition to effectively eliminate the negative P anomaly observed in the whole-rock sample. The trace element values of primitive mantle (PM) refer to Sun and McDonough (1989) and hereafter

假设某辉长岩/橄长岩/苏长岩的全岩成分为不同矿物与粒间熔体的加权总和，那么其全岩成分可以表达为：

(1)

Ci为某元素在全岩、单矿物和粒间熔体的含量，φ代表了单矿物和粒间熔体的质量百分数。在辉长岩中主要造岩矿物为橄榄石(Ol)、斜方辉石(Opx)、单斜辉石(Cpx)和斜长石(Pl)，部分岩石含有角闪石(Hb)。副矿物包括铁钛氧化物如磁铁矿(Mt)、钛铁矿(Il)、铬铁矿(Chr)，磷灰石(Ap)、榍石(Ttn)、锆石(Zr)/斜锆石(Bed)等。各种造岩矿物和副矿物的质量百分数可以通过标准矿物CIPW计算或实际岩相学观察获得。基于矿物/熔体之间平衡与分配系数(Di)的关系，可以获得单斜辉石某元素的含量：

(2)

把等式(2)并入到等式 (1)进行简单变换，可以获得单斜辉石某元素的含量：

φOl×Ol/熔体Di/Cpx/熔体Di+φPl×Pl/熔体Di/Cpx/熔体Di+

φ副矿物×副矿物/熔体Di/Cpx/熔体Di+φTM×Cpx/熔体Di)

(3)

图3 基于角闪石平衡配分法和非实比熔融反演获得的母岩浆成分以珲春曙光角闪辉长岩样品09HCH-21为例计算获得了不同粒间熔体比例对应的计算结果(Guo et al., 2016). 随着TMF的增加，对应的矿物组成和含量变化情况见表2. 当副矿物停止熔融和TMF≥9%后，恢复的母岩浆成分在原始地幔标准化不相容元素蛛网图上呈现出相对一致的配分曲线；当TMF=15%时，所获得的母岩浆没有Sr-Eu异常. 全岩中的Zr异常通过增加微量的锆石 (0.01%)予以有效去除. 一旦TMF=50%，全岩测试成分和计算获得的母岩浆成分在不相容元素蛛网图上配分曲线形态基本一致Fig.3 The estimated parent magma composition based on equilibrium distribution method of hornblende and non-modal melting backstripping procedureA Late Paleozoic hornblende gabbro (09HCH-21) at Shuguang from Yanbian area to show the calculation results of different TMF (Guo et al., 2016). Following an increase of TMF, the corresponding variations in mineral assemblage and modal composition are listed in Table 2. When the accessory minerals are exhausted and the TMF exceeds 9%, the calculated parent magma compositions show consistent primitive mantle-normalized trace element spidergrams regardless of TMF. The positive Sr-Eu anomalies disappear when the TMF ≥15%. The bulk-rock negative Zr anomaly is effectively eliminated by setup of a little zircon in the modal mineral compositions. When the TMF >50%, the calculated melt composition is quite similar to the bulk rock

类似地，俯冲带的镁铁质岩浆显示出富水特征(Planketal., 2013)，因此出露更多以角闪石为主的超基性-基性侵入岩，我们根据其各类矿物组合、成分和全岩SiO2含量可以划分为角闪石岩、角闪辉石岩、角闪辉长岩或辉石闪长岩。其矿物组合通常为角闪石+/-单斜辉石+斜长石+副矿物，橄榄石和斜方辉石少见。在计算这类岩石的母岩浆成分时，我们将角闪石当作是未知量，通过计算角闪石中元素的含量来获得平衡粒间熔体的目标元素含量。

(4)

φ代表了各种矿物或粒间熔体的质量百分数。副矿物主要考虑铁钛氧化物如磁铁矿、钛铁矿、铬铁矿等，其它副矿物有锆石/斜锆石、榍石、磷灰石等。

(5)

同样地，我们将等式(5)代入到等式(4)，此时也只有φTM是一个未知数，只要设定不同的φTM，就可以获得角闪石的某元素含量：

φPl×Pl/熔体Di/Hb/熔体Di+φMt×Mt/熔体Di/Hb/熔体Di+

φIl×Il/熔体Di/Hb/熔体Di+φAp×Ap/熔体Di/Hb/熔体Di+

φTtn×Ttn/熔体Di/Hb/熔体Di+φZr×Zr/熔体Di/Hb/熔体Di+

φTM×Hb/熔体Di)

(6)

在实际计算过程中，各种矿物的分配系数对于最终结果起到非常重要的作用，因此我们在分配系数的选择上需要非常谨慎。在玄武岩体系中，不同成分对应的镁铁质造岩矿物和副矿物的分配系数变化非常大，因此我们在选择分配系数时要确保一致性和适用性 (Rollinson, 1993)。如在碱性玄武岩和拉斑玄武岩体系中，单斜辉石的REE和Sr分配系数就变化非常大。此外，由于以前用火山岩中的斑晶/基质含量比值获得的分配系数没有确保二者之间的平衡，因此很多分配系数都存在问题，我们尽可能选择近年来通过实验方法获得的矿物/玄武岩分配系数。在部分矿物/熔体分配系数无法获得的情况下，比如一些副矿物的分配系数还较为缺乏，也可以根据元素在矿物中的相容性进行合理的假设。由

表1 非实比熔融下矿物相变的反剥离计算流程 (适用于橄榄辉长岩或苏长岩)

图4 运用非实比与实比熔融反演获得的母岩浆成分对比(a) 样品06TM-2的非实比熔融反演结果，当TMF变化在10%～15%时，Sr-Eu正异常消失，P的负异常也表现不明显(Guo et al., 2015)；(b) 06TM-2的实比熔融反演结果，Sr-Eu正异常被一致保留，且P负异常明显Fig.4 Compositional comparison of parent magmas calculated by non-modal and modal melting back stripping procedures(a) results of varying TMFs through a non-modal melting back stripping procedure show that the positive Sr-Eu anomalies and negative P anomaly in whole rock Sample 06TM-2 can be effectively eliminated with a TMF range of 10%～15% (Guo et al., 2015); (b) the positive Sr-Eu anomalies and negative P anomaly in whole-rock Sample 06TM-2 remains clear when a modal melting back stripping procedure is applied

于我们的方法主要建立在单斜辉石和角闪石的分配系数基础上，因此这两种矿物在不同性质熔体中的分配系数选择就显得格外重要，直接影响最终的计算结果。各种矿物的分配系数可以浏览网站：https://earthref.org/KDD-old/。

2 非实比熔融的反剥离计算流程

为了获得粒间熔体的成分，我们采取反剥离方法来开展计算。首先将粒间熔体当作非实比熔融作用(non-modal melting)的产物(Zouetal., 2000)，即部分熔融过程中，残留相中各种矿物的比例会不断发生变化(图2、图3)。如副矿物由于其熔点低，优先进入熔体，其次是单斜辉石和斜长石，再次为斜方辉石，最后是橄榄石发生熔融。不同熔融阶段的具体矿物相变化见表1 (Bédard, 2001)。我们选择一件辉长岩样品进行了对比计算(图4)，发现通过非实比熔融反演的结果更加接近其真实成分。

当我们选择角闪石为未知变量时，同样也要考虑非实比熔融过程，其矿物相变过程见表2。

表2 非实比熔融下矿物相变的反剥离流程(适用于角闪辉长岩)

为了验证方法的正确性，我们假设一系列不同的TMF值。比如说在辉长岩体系的计算中， TMF越小， 对应粒间熔体的某元素含量越高，一旦TMF达到某一变化区间时，获得的微量元素蛛网图的配分模式将一致保持不变，而一旦TMF>50%，获得的熔体组分已经非常接近全岩成分，当TMF=90%，计算获得的粒间熔体成分与全岩的测试成分几乎一致。

归结起来，镁铁质堆晶岩的计算过程包括以下六个步骤：(1)通过化学方法分析测试获取镁铁质堆晶岩的化学成分，包括主要氧化物和微量元素含量；(2)实际观测或者通过CIPW获得各主要造岩矿物和副矿物的质量百分数；(3)选择合适的分配系数，并计算体系的总体分配系数；(4)计算非实比熔融过程中矿物比例的变化；(5)通过公式第二部分中等式 (3)和(6)获取单斜辉石和角闪石在不同TMF的元素含量；(6)最后获得不同TMF的各目标元素含量。

3 应用实例

前面已经介绍了平衡配分法的原理和计算过程，接下来介绍一些研究实例来说明平衡配分方法在镁铁质堆晶岩母岩浆恢复中的实效性。

3.1 东北早中生代古太平洋板块俯冲带超镁铁质-镁铁质侵入杂岩

我国东北吉林-黑龙江东部地区呈北东向发育了一系列早侏罗世超镁铁质-镁铁质侵入杂岩，从小兴安岭一直延续到长白山，其岩石类型包括橄榄辉长岩、角闪辉长岩、辉石闪长岩和角闪石岩等(Yuetal., 2012; Guoetal., 2015; Zhangetal., 2016; Yangetal., 2018; ; Geetal., 2019; Zhaoetal., 2019)。部分岩石表现出一定程度的斜长石堆晶结构，在微量元素地球化学特征上为Sr-Eu正异常，甚至很多岩石的REE配分模式显示出明显的MREE富集，显然受到了单斜辉石和/或角闪石的控制(Yuetal., 2012; Guoetal., 2015; Zhangetal., 2016)。对于这些镁铁质-超镁铁质岩石成因的认识也存在分歧，或认为是古太平洋板块俯冲成因，或认为是弧后盆地拉张作用的结果。我们在研究图门超镁铁质-镁铁质侵入杂岩时对典型样品进行了母岩浆恢复(Guoetal., 2015)，发现这些不同类型岩石的母岩浆组成非常接近，均属于钙碱性玄武岩/玄武安山岩，并具有典型的弧岩浆微量元素地球化学特征(图5)，如富集大离子亲石元素和轻稀土元素，亏损高场强元素，为此我们提出古太平洋板块向东亚大陆边缘俯冲的起始时间为早侏罗世，并进一步根据南北两段之间的元素-同位素组成差异，提出了北段的小兴安岭地区为大洋弧，而南段的张广才岭-延边地区为大陆弧(Guoetal., 2015; Zhaoetal., 2019)。Zhangetal. (2016)根据我们提供的方法对东北地区如辽宁北部和吉林中部的早-中侏罗世镁铁质堆晶岩进行了类似的母岩浆成分计算，获得了相似的研究结果，认为这些镁铁质堆晶岩是古太平洋板块俯冲作用的产物。

图5 中国东北吉黑地区早侏罗世镁铁质堆晶岩的母岩浆成分计算结果(a)延边地区图门超镁铁质-镁铁质侵入杂岩体，06TM-2和-8均为橄榄辉长岩(Guo et al., 2015)；(b)小兴安岭新村辉长岩侵入体，全岩原始数据来自Yu et al. (2012)；样品号后面带星号为计算结果,后同Fig.5 Calculated parental magma compositions of the Jurassic mafic cumulates in Jilin-Heilongjiang area of NE China(a) olivine gabbros (06TM-2 and -8) from the Tumen mafic intrusive complex (Guo et al., 2015); (b) gabbros from the Xincun mafic intrusion (Yu et al., 2012). The sample names with stars denote the estimated parent magma compositions in equilibrium with the mineral assemblage and hereafter

3.2 延边地区晚古生代古亚洲洋俯冲带超镁铁质-镁铁质侵入杂岩

在吉林省东部的延边地区，广泛发育了二叠纪超镁铁质-镁铁质侵入杂岩，岩石类型与早中生代东北地区类似，包括橄榄辉长岩、苏长岩、角闪辉长岩和辉石闪长岩等(李红霞等, 2010; Caoetal., 2013; Zhouetal., 2014; Sunetal., 2015; Guoetal., 2016; 冯光英等, 2018; Yangetal., 2019)。在REE配分模式和微量元素蛛网图上，存在多种类型，比如曙光角闪石辉长岩强烈亏损Th和Zr，来自汪清的部分辉长闪长岩样品存在P正异常，少量来自前山的辉长岩显示出明显的Th-U正异常，这些都是堆晶作用的结果(Guoetal., 2016)。面对如此复杂的岩石组合，只有通过母岩浆成分恢复才可能进行对比。为此，我们分别用单斜辉石和角闪石来开展这些堆晶岩的母岩浆成分。

清沟山辉长岩的计算结果显示其母岩浆为钙碱性玄武岩，除了Ba与Nb-Ta相对亏损外，总体上具有相对平滑的不相容元素蛛网图(图6a)。而曙光角闪辉长岩的全岩成分变化起伏非常大，出现明显的Rb、Th-U、Nb-Ta、P和Zr负异常(图6b)。运用平衡计算方法获得的母岩浆成分属于拉斑质玄武岩，其亏损Nb-Ta和低Rb的特征与其极为亏损的Nd-Hf同位素组成相对应(Guoetal., 2016)，反映其交代介质主要为板片流体。

图6 延边地区晚古生代镁铁质侵入岩的母岩浆成分计算结果(据Guo et al., 2016)Fig.6 Calculated parental magma compositions of the Late Paleozoic mafic intrusions in NE China (after Guo et al., 2016)

图7 东南沿海地区早白垩世镁铁质侵入岩的母岩浆成分计算结果(据Zhang et al., 2019)Fig.7 Calculated parental magma compositions of the Early Cretaceous hornblende gabbros in the coastal region of SE China (after Zhang et al., 2019)

3.3 东南沿海地区早白垩世超基性-基性侵入杂岩

在东南沿海地区发育了早白垩世超基性-基性侵入杂岩，如在福建省从平潭、泉州到漳州沿北东向分布了多个角闪石辉长岩体(董传万等, 1997; Xuetal., 1999; Zhou and Li, 2000; Lietal., 2012; Chenetal., 2013; Zhangetal., 2019; Guoetal., 2021)，这些岩石不仅具有明显的Sr-Eu正异常，同时由于角闪石堆晶作用或者是榍石/钛铁矿的存在，不同程度地显示出Ti正异常。尽管前人对这些侵入岩开展了大量的研究，认为其岩石成因与古太平洋俯冲作用相关，但是关于其形成环境和岩浆演化也存在争议。比如这些侵入岩都显示出相对富集的同位素组成，被认为可能与地壳混染或AFC过程有关；另外，根据传统的地球化学判别方法，这些富Ti的基性岩可能形成于弧后伸展环境。为此我们开展了母岩浆的恢复计算，其结果显示，平潭、岱前山和泉州三个岩体的母岩浆成分具有完全一致的微量元素蛛网图样式(图7)，亏损HFSE和富集LILE与LREE，与典型的俯冲带钙碱性玄武岩相似(Zhangetal., 2019)。富Ti特征主要是由于存在较多的榍石与钛铁矿所致。我们的研究结果确定了东南沿海早白垩世超基性-基性侵入杂岩与古太平洋板块俯冲之间的内在联系，大量的俯冲沉积物熔体改造的地幔楔熔融形成了这些具有Sr-Nd-Pb-Hf同位素富集的镁铁质岩浆，并提出当时为相对较热的俯冲带，类似于新生代的日本西南和现代小安德烈斯俯冲带(Shimodaetal., 1998; Carpentieretal., 2009; Labaniehetal., 2010)。

3.4 华南云开地区古生代镁铁质堆晶岩

华南云开地区古生代是否受到来自古特提斯洋的俯冲作用，目前仍存在认识上的分歧(Wangetal., 2007, 2013; Qinetal., 2012; Metcalfe, 2013; Xuetal., 2018; Shuetal., 2021)。我们初步开展了区域古生代镁铁质侵入岩的研究，发现存在多种岩石类型，包括富铁侵入杂岩体、富镁橄榄辉长岩、富钙铝辉长岩和辉绿岩等，同时还有一些中酸性的富碱侵入岩和花岗岩等。尤其是富镁和钙铝的辉长岩都包含钙长石，初步结果显示其An牌号甚至大于95，反映斜长石为早期富水岩浆的结晶产物(Panjasawatwongetal., 1995)，与中国东北地区早侏罗世橄榄辉长岩和东南沿海地区早白垩世角闪辉长岩相似(Guoetal., 2015; Zhangetal., 2019)，而与典型的陆内环境形成的辉长岩(如济南橄榄辉长岩)主要出现拉长石存在明显差异(Guoetal., 2013)。

与此同时，我们针对具有明显斜长石堆晶结构的富钙铝和富镁辉长岩分别进行了母岩浆成分恢复(图8)，结果显示这些镁铁质侵入岩具有岛弧型微量元素地球化学特征，结合其富钙斜长石指示初始岩浆富水特点，我们认为它们形成于古特提斯洋的俯冲带环境。

图8 华南云开地区古生代镁铁质侵入岩的母岩浆恢复结果(a)富钙铝辉长岩；(b)富镁辉长岩. 计算结果显示两类镁铁质侵入岩的母岩浆都具有典型岛弧型玄武岩的微量元素地球化学特征Fig.8 Calculated parent magma compositions of Paleozoic mafic intrusions in the Yunkai Massif(a) the Al-rich gabbro; (b) the Ca-rich gabbro. The recalculation results demonstrate that the parent magmas of both mafic rock types have typical arc-type trace element features

图9 中国东部古生代-中生代镁铁质堆晶岩的微量元素比值的实测与反演计算结果对比Fig.9 Comparison of measured and calculated trace elemental ratios of Paleozoic-Mesozoic mafic intrusions in eastern China

我们将平衡配分法计算获得的母岩浆成分与实测的镁铁质堆晶岩全岩成分进行对比(Guoetal., 2016)，重点考察常用于示踪俯冲带地幔楔改造作用的微量元素比值，比如Ba/REE和Ba/HFSE可以较好地示踪地幔楔是否受到了流体改造，而Th/REE则是地幔楔中是否存在俯冲沉积物贡献的地球化学指标(Woodheadetal., 2001)。对比结果显示(图9)，计算获得的母岩浆Th/La比值与全岩实测结果吻合最好(图9a)，而Th/Yb计算比值则明显偏高(图9b)， 计算的Ba/La与Ba/Nb比值与实测结果相似(图9c, d)。因此镁铁质堆晶岩全岩的Th/La、Ba/REE和Ba/HFSE比值适合用于开展俯冲带的深部动力学过程研究。

3.5 其它研究实例

根据我们提供的计算方法，Dongetal. (2018)开展了内蒙古柯丹山阿拉斯加型超镁铁质-镁铁质堆晶岩的母岩浆恢复，认为该岩体的母岩浆具有典型的弧岩浆成分特点。Wangetal. (2018)和Wang and Wang (2020)对扬子陆块北缘随州-枣阳地区震旦纪辉长岩和橄长岩进行了母岩浆成分计算，其结果指示这些超镁铁质堆晶岩的母岩浆具有相对富集LREE和弱亏损HFSE的地球化学特征，结合其负εNd(t)和高放射成因Os的同位素组成特点，认为其来源于交代岩石圈地幔。

Wangetal. (2019)对华南雪峰山隘口和新余地区晚元古代板内镁铁质堆晶岩 (辉石岩)开展了母岩浆恢复，其结果指示这些超镁铁质堆晶岩的母岩浆具有类似洋岛玄武岩的微量元素地球化学特征，反映其形成于板内伸展背景，为新元古代罗迪尼亚超大陆裂解过程的产物。

平衡配分方法也可以用于月球斜长岩与镁质岩套、蛇绿岩套中超镁铁质-镁铁质堆晶岩、下部洋壳辉长岩和辉石岩等的母岩浆成分恢复。

4 结语

超镁铁-镁铁质火成岩的母岩浆恢复方法众多，比如橄榄石熔体包裹体方法、矿物-熔体平衡配分法等等。但是这些方法主要用于喷出岩，如橄榄石中熔体包裹体成分可以有效记录橄榄石晶体生长过程中平衡的岩浆成分(Renetal., 2005)；矿物的成分环带可以记录岩浆分异、地壳混染和岩浆混合作用等演化过程(Guoetal., 2007)。通过LA-ICP-MS直接分析单斜辉石和角闪石斑晶的微量元素含量，然后运用矿物/熔体分配系数来计算与单斜辉石或角闪石平衡的熔体成分。然而，超镁铁-镁铁质侵入岩在地壳岩浆房经历了相对缓慢的冷却、熔离和堆晶作用，以及岩浆固结后因物理化学条件改变而发生的成分出溶与扩散过程等等，致使其母岩浆成分的恢复变得非常困难。在这些侵入岩中，单矿物内部和不同颗粒之间的微量元素含量存在显著变化，因此选择单矿物的哪类数据 (平均含量、中位数还是其它数据比如高Mg#部分)来进行计算带来了诸多不确定性。此外，目前开展矿物/熔体分配系数研究的岩浆体系比实际观察到的超镁铁质-镁铁质侵入岩的组成要简单得多，如何确定单斜辉石/角闪石在镁铁质岩浆逐渐冷却过程的分配系数变化也非常困难。本文的计算方法是基于岩相学观察到的矿物组合进行加权平均，获得的结果对应了与堆晶矿物组合平衡的母岩浆成分，相对于单矿物-熔体平衡分配的计算结果应该更加令人信服。

尽管我们建立的镁铁质堆晶岩母岩浆恢复方法为应用他们的地球化学特征来示踪古俯冲带/造山带演化提供了可能，但是在实际运用中仍然存在一定的不确定性：(1)部分镁铁质堆晶岩具有异常低的Th-U和Zr-Hf含量，有可能因为样品分析过程中锆石/斜锆石没有完全溶解造成的，因此这类样品不适合开展其母岩浆成分的恢复计算。在开展母岩浆成分计算中首先要对分析数据质量进行甄别。(2)镁铁质-超镁铁质堆晶岩的母岩浆成分恢复主要基于矿物与粒间熔体之间的平衡关系，如果岩石固结后明显受到了后期流体/熔体的改造，或者在岩浆上升过程中存在明显的地壳混染或AFC过程影响。这类样品也不适合开展母岩浆的成分恢复。(3)在母岩浆成分计算过程中可以通过增减副矿物如磷灰石、铁钛氧化物、榍石、锆石/斜锆石来解决一些镁铁质堆晶岩中除了显示出明显的Sr-Eu正异常外，还存在P、Ti、Th-U和Zr-Hf等元素的异常。具体增减的副矿物种类与成分应该遵循岩相学的观察结果。(4)在古老俯冲带重建和恢复中，尽可能采用玄武岩或者基性岩脉如辉绿岩和熔体包裹体的化学和同位素组成来示踪岩浆演化和地幔楔富集改造过程。在上述岩石类型缺乏的情况下，开展镁铁质堆晶岩的母岩浆计算方法也可以获得相应不错的结果。(5)对比镁铁质堆晶岩的全岩实测成分和计算的母岩浆微量元素组成，我们认为利用这类岩石的Th/La、Ba/REE和Ba/HFSE比值可以用来示踪地幔楔的改造作用，而实测的Th/Yb比值相较计算值显著偏低，该比值不适用讨论俯冲带中沉积物的贡献。

谨以此文庆祝周新华老师八十华诞。我与周老师相识多年，他为人师表，待人和蔼，亦师亦友，不断鼓励我们年轻人积极投身祖国的地质科研中。我曾经陪同周老师到我国东北地区和蒙古国中东部地区开展了多次野外考察，得到了周老师很多学术上的帮助和人生教诲，让我受益匪浅，终身难忘。

致谢本文的最终成文受益于两位审稿专家的意见，在此深表感谢！