俯冲过程中，俯冲板片释放不同俯冲组分交代地幔楔，造成地幔楔熔融，形成岛弧岩浆作用，是地球壳幔物质循环过程最重要的方式之一。不同的俯冲体系，俯冲洋壳的年龄及热状态、俯冲沉积物的类型与厚度等因素的变化巨大，造成俯冲组分类型与来源的多样性及壳幔物质循环过程的差异性。近年研究表明岛弧岩浆的Mo同位素组成可以有效地指示其地幔源区不同来源的俯冲组分。然而，岛弧岩浆Mo同位素组成差别巨大(δ98/95Mo = -0.88‰ ~ 0.97‰)，对其成因机制仍存在大量争议。针对上述问题，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室地幔地球化学学科组于洋副研究员与黄小龙研究员及其合作者对东南亚爪哇岛弧玄武岩与弧后玄武岩(图1)进行了系统的Mo-Sr-Nd-Hf-Pb同位素分析，研究其地幔源区中俯冲组分的类型与来源及其与俯冲板片结构的相关性。
图1.东南亚巽他岛弧火山与样品分布图
研究结果表明爪哇岛弧玄武岩(CAB)以钙碱性系列为主，而弧后玄武岩(BAB)则具有更高的K2O含量，为钾玄质。岛弧玄武岩与弧后玄武岩具有相似的Mo同位素组成(图2)，表明其Mo同位素变化不是由俯冲过程中的同位素分馏造成的，而反映了其地幔源区受到了不同类型俯冲组分的交代。岛弧玄武岩与弧后玄武岩均具有低Ba/La与Mo/Ce比的特征(图2)，表明其地幔源区较少受流体交代，而主要受来自俯冲板片的熔体交代。
图2. 爪哇岛弧玄武岩与弧后玄武岩Mo同位素及Ba/La与Mo/Ce比特征
岛弧玄武岩与弧后玄武岩δ98/95Mo值与Pb同位素比值呈正相关关系(图3)，反映加入到其地幔源区的俯冲组分包含不同比例的由俯冲沉积物(重Mo同位素)与蚀变上洋壳(轻Mo同位素)熔融产生的熔体。爪哇岛弧火山岩Mo同位素比马里亚纳岛弧玄武岩更轻，指示来自蚀变上洋壳的熔体比来自下洋壳的组分具有更轻的Mo同位素组成。因此，Mo同位素可以作为区分来自上、下洋壳俯冲组分的有效地球化学指标。
图3. 爪哇岛弧玄武岩与弧后玄武岩Mo-Pb同位素相关性
爪哇岛弧玄武岩Mo-Sr-Nd-Hf-Pb同位素组成在沿弧方向上的变化(图4)，反映了其地幔源区俯冲组分的差异性。地球物理资料显示爪哇岛弧下的俯冲板片发生了板片撕裂，并导致了软流圈地幔沿板片窗的上涌(图5)。软流圈地幔上涌加剧了板片窗附近俯冲沉积物的熔融(图5)。本次研究表明俯冲板片的结构对岛弧岩浆地球化学成分具有重要的控制作用。
图4. 爪哇岛弧玄武岩与弧后玄武岩Mo-Pb同位素相关性
图5. 巽他岛弧俯冲板片结构与俯冲组分沿弧变化趋势模型图
该研究主要受国家自然科学基金(41890812, 41625007, 41902056, 42021002)与南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项(GML2019ZD0202)资助，已发表于国际期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》。
