板块俯冲可将洋壳和浅表沉积物输送至深部地幔，从而深刻影响幔源岩浆源区的物质组成。揭示这些再循环地壳物质在幔源岩浆源区中的赋存形式对于理解幔源岩浆组成多样性的成因及地幔动力学过程等具有重要意义。然而，由于地壳物质循环到地球内部后可形成榴辉岩、反应辉石岩、碳酸盐化榴辉岩等多种岩性，精准识别它们对幔源岩浆的贡献仍然面临相当大的挑战。因此，寻找能够有效示踪上述不同岩性对幔源岩浆组成贡献的新方法十分关键。近来的研究发现，相较于硅酸盐熔体和常见的地幔硅酸盐矿物（如橄榄石、辉石、石榴子石等），榴辉岩中常见的副矿物金红石强烈富集轻的Ti同位素。若榴辉岩在部分熔融时残留金红石，其平衡熔体将显著富集重的Ti同位素。因此，幔源岩浆的Ti同位素组成可能成为识别榴辉岩熔体贡献的一种全新手段。这一推测得到了最近对原始弧岩浆和赞岐岩类进行的Ti同位素研究的支持（如Klaver et al., 2024; Spencer et al., 2024）。榴辉岩也常被认为是板内玄武岩地幔源区的重要组分，那么Ti同位素能否用于识别榴辉岩组分对板内玄武岩的贡献呢？

        为探讨上述科学问题， “幔游”课题组联合中科院地质与地球物理研究所和中国地质科学院地质研究所的研究人员，选取我国东北研究程度较高的新生代板内钾质玄武岩进行了高精度的Ti同位素分析。结果表明这些玄武岩存在显著的Ti同位素（常用δ^49/47Ti表示）变化，且Ti同位素与放射成因同位素和稳定Fe同位素具有良好的相关性（图1），指示两个具不同Ti同位素组成的端元之间的混合。其中低δ^49/47Ti端元具有亏损的Sr-Nd同位素特征，与研究区岩石圈地幔橄榄岩的组成接近。高δ^49/47Ti端元则具有重的Fe同位素（δ^57/54Fe ≥ 0.3‰）组成以及低的CaO/Al₂O₃（≤ 0.4）、Nb/Nb^*（≤ 0.7）和Ti/Ti^*（≤ 0.6）比值（图2）。这些地球化学特征表明高δ^49/47Ti端元与榴辉岩低程度部分熔融（残留金红石）产生的熔体相似。

图1. 东北新生代板内钾质玄武岩的Ti同位素与Sr-Pb同位素相关图

图2. 东北板内钾质玄武岩的Ti同位素与Nb/Nb*和Ti/Ti*比值（这两个比值反映Nb和Ti的亏损程度）相关图

        为进一步评估上述推论，研究团队结合热动力学模拟和质量平衡计算，定量模拟了不同初始化学组成的榴辉岩熔融所产生熔体的Ti同位素组成（图3）。结果表明，在适用于所研究的板内玄武岩源区的熔融压力条件下（≥ 3 GPa），初始化学组成与洋中脊玄武岩类似的榴辉岩熔融所产生的熔体，其Ti同位素组成难以与上述高δ^49/47Ti端元相匹配。相比之下，若榴辉岩的初始成分中含有15~30%的富硅沉积物，其低程度熔融时残留金红石的比例将增多（图3），产生的熔体能够很好地匹配高δ^49/47Ti端元的Ti同位素组成。

图3. 榴辉岩(80%洋壳+20%沉积物)熔融的热动力学模拟和Ti同位素分馏计算

        上述研究结果表明，Ti同位素能够有效识别地幔源区中榴辉岩组分对板内玄武岩成分的贡献。特别是将Ti同位素与Fe、Ca等对幔源岩浆源区不同矿物组合敏感的稳定同位素充分结合，可以为幔源岩浆的源区岩性提供更精准的约束。

        研究成果近期发表于地球科学国际著名刊物《Earth and Planetary Science Letters》。“幔游”课题组的博士生赵键为第一作者，王小均副教授和中科院地质与地球物理研究所赵新苗研究员为通讯作者。共同作者还包括课题组的陈立辉教授，刘建强副教授和曾罡副教授，中国地质科学院地质研究所的朱祥坤研究员和李津研究员，以及中科院地质与地球物理研究所的研究生易春霞和刘冰。该工作得到国家自然科学基金项目（42130310, 42373012, 42122020）的资助。

论文信息：Zhao J., Wang X.J.*, Zhao X.M.*, Liu J. Q., Zeng G., Yi C. X., Liu B., Li J., Zhu X. K., Chen L.H. 2025. Titanium isotopes as a tracer of eclogite in the mantle sources of continental intraplate basalts. Earth and Planetary Science Letters 660: 119366

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119366.