近日，国际地球化学权威期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》在线发表了海底科学与划界全国重点实验室陈灵副研究员和李小虎研究员等的最新研究成果。该研究通过分析“蛟龙号”在西太平洋雅浦海沟采集的弧前辉长岩样品，探讨了高亲铁元素（HSE）在俯冲带岩浆系统中的分异行为，揭示了地幔源区和岩浆结晶分异对HSE的控制机制，为理解俯冲带岩浆演化和金属成矿提供了新的地球化学约束。

高亲铁元素（包括铂族元素PGE：Os、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd以及Re和Au）对金属和硫化物具有强亲和性，是揭示地球早期分异以及地幔和岩浆演化的重要示踪剂，同时对贵金属经济矿床的形成具有重要影响。在俯冲带环境中，HSE的行为受地幔熔融、岩浆分异和板块流体等多因素控制，然而其具体的分异机制尚不清楚。雅浦海沟弧前辉长岩记录了俯冲带岩浆演化过程，且其地幔源区经历了多期熔融事件，形成了高度亏损的特征，为研究HSE在俯冲带的分异机制提供了理想契机。

本研究利用雅浦海沟弧前辉长岩样品，通过全岩HSE分析，结合岩石学和主微量元素数据，将样品分为堆晶岩和非堆晶岩两类，其成分具有以下特征：（1）雅浦辉长岩的HSE含量与俯冲相关熔岩相当，钯族铂族元素（PPGE：Rh、Pt、Pd）相对铱族铂族元素（IPGE：Os、Ir、Ru）富集，但部分样品的Pt含量极低，显著低于典型俯冲带熔岩；（2）堆晶岩的IPGE含量高于非堆晶岩，而PPGE含量相近，表明IPGE通过矿物结晶进入堆晶岩；（3）雅浦辉长岩（尤其非堆晶岩）中观测到的低Cu/Pd比值表明，其岩浆在演化过程中处于硫不饱和状态，抑制了硫化物的大量结晶。因此，岩浆中铂族元素的分馏反映的是富IPGE合金的析出，而非硫化物的分离；（4）雅浦辉长岩（尤其非堆晶岩）的IPGE含量低于其他典型俯冲带熔岩，部分样品的Pt含量显著亏损，导致极低的Pt/Ir比值和Pt/Pd比值，可能与地幔源区存在富Pt和富IPGE的合金有关；（5）雅浦辉长岩的Re和Au含量与MORB类似或低于MORB，表明俯冲组分的影响不明显，HSE主要受地幔源区特征和岩浆分异过程控制。

图1 雅浦辉长岩原始地幔（PM）标准化高亲铁元素（HSE）配分图

图2 雅浦辉长岩MgO含量与Cu含量及Cu/Pd比值的变化关系图

结合其他典型俯冲带的数据表明，俯冲带熔岩显示出明显不同于洋中脊玄武岩（MORB）的特征，例如更低的Cu/Pd比值、更高的PGE含量和更高的PPGE/IPGE比值。因此我们提出，俯冲带存在特殊的HSE分异机制：（1）俯冲带含水熔融导致地幔高度亏损并促使硫化物耗尽，将PGE释放到熔体中；（2）俯冲带的高氧逸度提高了岩浆中硫的溶解度，导致岩浆处于硫不饱和状态，抑制了硫化物的分馏结晶；（3）硫化物耗尽后形成的合金会在地幔中封存IPGE，提高岩浆中PPGE/IPGE比值。

该研究首次系统揭示了俯冲带辉长岩的HSE分异机制，强调俯冲带高氧逸度和高熔融程度对HSE分异的制约，对理解弧岩浆岩浆演化和成矿潜力具有重要启示。

本研究得到国家自然科学基金（编号42476074、42572069、42076084）等资助。

论文引用信息：Chen, L., Tang, L., Li, X., Zhang, J., Wang, W., 2025. Fractionation of highly siderophile elements in forearc magmas: Influence of mantle source and magmatic differentiation. Geochimica et Cosmochimica Acta 409, 1-15.

https://authors.elsevier.com/a/1lw1t3p4Zc6eW