冲绳海槽是位于我国东海大陆架外缘的一个新生弧后盆地，广泛分布有海底火山，但对冲绳海槽海底火山下覆岩浆储库的持续活跃时间及其喷发驱动机制缺乏了解。中科院海洋地质与环境重点实验室曾志刚研究团队通过对“科学”号科考船采自冲绳海槽南部火龙1火山（Fire Dragon volcano 1）山坡上的英安岩及其铁镁质岩浆包体内的斜方辉石和磁铁矿进行分析，揭示了冲绳海槽海底火山喷发机制，研究成果发表在国际地学期刊Lithos上。

图1 冲绳海槽南部火龙1海底火山区域地质特征

　　研究团队对采集的英安岩及其铁镁质岩浆包体内的斜方辉石和磁铁矿进行详细的矿物学及微区元素含量分析，结果显示，英安岩中斜方辉石表现出明显的成分环带，相对于边部，核部具有高氧化锰（MgO）含量、显著富集过渡金属元素（Cr、V和Ni），且核部与玄武质岩浆平衡，而边部则与流纹质熔体平衡。这表明斜方辉石边部结晶于浅层酸性岩浆储库，核部为来自于深部的基性岩浆储库的“再循环晶”，被上升岩浆夹带进入浅层岩浆储库。进一步，斜方辉石Fe-Mg扩散年代学表明斜方辉石核部进入浅层岩浆储库后经历了很长的滞留时间（约600年；图3），说明浅层岩浆储库具有较长的持续活跃时间。 

图2 英安岩中斜方辉石及其平衡熔体的成分特征

图3 英安岩中具有典型环带特征的斜方辉石Fe-Mg元素扩散时间模拟

　　Ni元素在磁铁矿中扩散速率较快，然而包体和寄主英安岩中磁铁矿Ni元素含量存在显著差异，反映了基性岩浆注入浅层酸性岩浆储库中形成包体到岩浆喷发必须发生在很短的时间内（<24小时；图4），从而抑制磁铁矿中Ni元素发生扩散平衡。 

图4 铁镁质包体中磁铁矿（晶体半径15-50 μm）Ni元素扩散平衡模拟 

　　铁镁质包体相对寄主英安岩富集气孔，气孔周围分布大量磁铁矿（即磁铁矿-气泡结构），表明挥发分饱和的基性岩浆注入浅层酸性岩浆储库。高温、富含挥发分的基性岩浆的注入，一方面可以降低酸性岩浆的密度和粘度，另一方面引起浅层岩浆储库内的压力增加，导致晶粒间隙中的熔体被压实挤出，进而形成基质成分为流纹质的贫斑晶英安岩。因此，最后一次（喷发前24小时内）富挥发分基性岩浆的注入触发了浅部酸性岩浆储库的喷发（图5）。 

图5 冲绳海槽南部火龙1海底火山深部岩浆过程及其时间尺度的模式图　　  

　　论文第一/通讯作者为中科院海洋所陈祖兴博士，曾志刚研究员为共同通讯作者，研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、山东省自然科学基金等项目联合支持。 　

　　论文信息：　  

　　Zuxing Chen*, Landry Soh Tamehe, Yuxiang Zhang, Shuai Chen, Zhigang Zeng* et al. Mafic magma recharge triggered eruption of a long-lived shallow silicic magma reservoir beneath a submarine volcano from the southwestern Okinawa Trough. Lithos, 2023, 452-453: 107229, https://doi.org/10.1016/j.lithos.2023.107229.