HIMU型OIB成因

高U/Pb 值端元(HIMU)较早就被认为是再循环进入地幔的俯冲洋壳与地幔混合的结果，因为俯冲洋壳变质脱水过程中，Pb 的活动性高于U 而大量被析出的流体带走，从而使残留俯冲洋壳具有高的U/Pb 值。

Kogiso 等(1997)所做的洋壳岩石榴辉岩相变质脱水实验，发现Pb比U、Nd比Sm 、Rb比Sr有更大活动性，导致脱水残留洋壳具有高的U/Pb值和Sm/Nd值，而且还具有较MORB低的Rb/Sr值该实验发现Pb 比U、Rb 比Sr、Nd 比Sm 有更大的活动性，从而导致脱水残留洋壳不仅具有更高的U/Pb 值和Sm/Nd 值，而且还具有较MORB 低的Rb/Sr值。这一形成模式为古蚀变洋壳俯冲脱水再循环模式。

这种榴辉岩再循环进入地幔经长时间演化可以解释HIMU 端元的高U/Pb 值和高放射成因Pb 同位素特征，但与HIMU 端元较MORB 低的143Nd/144Nd 值(要求较低的Sm/Nd 值)和较高的87Sr/86Sr 值(要求较高的Rb/Sr 值)相矛盾(图1)。

这使用再循环俯冲洋壳解释HIMU 端元成因陷入困境。

这一问题说明洋壳俯冲过程中所发生的地球化学分异并不像Kogiso等(1997)实验所观察的那样简单。例如，Kogiso等(1997)的实验温度高达900°C，而实际上俯冲洋壳发生榴辉岩相变质的温度可能要低得多。

Usui T等(2007)对这一问题进行探讨。

Usui T研究的是低温(T=560~700°C)折返的俯冲洋壳残片（含柯石英榴辉岩，图二）。

石榴石显示出从核心到边缘的HREE逐渐消耗，这表明HREE一旦分配到石榴石晶体中，就不会参与后期变质反应，因为HREE在石榴石中的分配系数很高。

通过对其中的含柯石英硬柱石榴辉岩包裹体研究发现：硬柱石包裹体LREE浓度比基质硬柱石的LREE浓度低约10倍。硬柱石包裹体中Sr的浓度比基质硬柱石的浓度低20%（图四）。

解释：

硬柱石的Sr和LREE特征是通过，榴辉岩相变质过程中褐帘石分解释放的Sr和LREE被硬柱石接受所导致的。

结论：如果板块足够冷（较低的变质温度），可以达到硬柱石-榴辉岩相，则LREE和Sr可以保留在俯冲的海洋地壳中（硬柱石中）。

推测：在较低的变质温度条件下，俯冲洋壳脱水可能不会导致Sm/Nd值发生明显分异。

这一研究结果，在一定程度上解决，HIMU要求较低的Sm/Nd值和较高的Rb/Sr值的问题。

也许HIMU 端元的成因根本与俯冲洋壳再循环无关，因为即使在低温变质条件下，Rb 的活动性仍高于Sr，再循环俯冲洋壳的低Rb/Sr 值问题依然存在。

关于HIMU 端元的其他解释一：交代岩石圈地幔再循环模式

Niu 和O′Hara (2003)曾指出用俯冲洋壳再循环解释洋OIB 会遇到许多困难，如洋壳熔融不能产生OIB 中的高MgO 岩浆；10 亿年前再循环洋壳的同位素组成对形成大多数近代OIB 是过于亏损了；尤其再循环洋壳一旦进入下地幔，其密度会大于周围的地幔岩石，从而产生负浮力阻挡它返回上地幔。由此提出了OIB形成的交代岩石圈地幔再循环模式。

关于HIMU 端元的其他解释二：俯冲脱水洋壳交代改造深部地幔模式

Kogiso等（2003）认为许多OIB本身硅不饱和，而再循环MORB部分熔融产生的熔体却是富硅熔体，单纯的这种再循环物质熔融难以产生具OIB特征的岩浆。

Gerbode 等（2010）认为俯冲洋壳在地幔转变为硅饱和的辉石岩，直接发生部分熔融产生的是富硅的玄武-安山质熔体，而不是HIMU型玄武岩原始岩浆。

Day 等（2009）认为尽管再循环组分（洋壳或岩石圈）能解释OIB源区许多地球化学特征的变化，但这些组分直接熔融不能产生OIB的原始岩浆，而受俯冲物质交代改造的富辉石岩地幔部分熔融可产生OIB岩浆，且其同位素组成与部分OIB富集的同位素特征一致。

Dasgupta 等（2007）认为再循环洋壳释放出的碳酸岩熔体交代地幔橄榄岩，再发生部分熔融也可产生符合强碱性洋岛玄武岩化学特征的熔体。

总的来说，地幔的不均一性是否与俯冲洋壳有关，HIMU的成因究竟是哪种模式，是一个有待更深入研究的重要科学问题。

参考内容：

Kogiso T, Tatsumi Y, Nakano S. Trace element transport during dehydration processes in the subducted oceanic crust .1. Experiments and implications for the origin of ocean island basalts.Earth Planet. Sci. Lett., 1997, 148(1–2): 193–205.

Niu Y L, O′Hara M J. Origin of ocean island basalts: A new perspective from petrology,geochemistry, and mineral physics considerations. J. Geophys. Res., 2003, 108(B4): 2209.

Usui T, Kobayashi K, Nakamura E, Helmstaedt H. Trace element fractionation in deep subduction zones inferred from a lawsonite-eclogite xenolith from the Colorado Plateau. Chemical Geology. 2007;239(3-4):336-51.

Gerbode C, Dasgupta R. Carbonate-fluxed Melting of MORB-like Pyroxenite at 2 center dot 9 GPa and Genesis of HIMU Ocean Island Basalts. J Petrol. 2010;51(10):2067-88.

Day JMD, Pearson DG, Macpherson CG, Lowry D, Carracedo JC. Pyroxenite-rich mantle formed by recycled oceanic lithosphere: Oxygen-osmium isotope evidence from Canary Island lavas. Geology. 2009;37(6):555-8.

Dasgupta R, Hirschmann MM, Smith ND. Partial melting experiments of peridotite CO2 at 3 GPa and genesis of alkalic ocean island basalts. J Petrol. 2007;48(11):2093-124.

Kogiso T, Hirschmann MM, Frost DJ. High-pressure partial melting of garnet pyroxenite: possible mafic lithologies in the source of ocean island basalts. Earth and Planetary Science Letters. 2003;216(4):603-17.

王小均, 刘建强, 陈立辉. HIMU型洋岛玄武岩的地球化学特征. 高校地质学报. 2014;20(03):353-67.

张国良, 罗青, 陈立辉. 大洋地幔化学组成不均一性成因研究回顾及展望. 海洋地质与第四纪地质. 2017;37(01):1-13.

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