俯沖大洋板片混雜巖由地幔橄欖巖、蝕變洋殼和大洋沉積物組成，其在匯聚板塊邊緣與弧下地幔如何相互作用及形成弧巖漿巖的過程，是當今大地構造學的關鍵熱點科學問題。傳統觀點認為俯沖板片流體和熔體交代的地幔楔部分熔融形成弧巖漿巖。近年學者提出板片混雜巖底辟體與弧下地幔物理混合后再部分熔融也可形成弧巖漿巖。但板片混雜巖底辟體與地幔如何相互作用、相互作用形成何種產物、如何有效識別這些產物，是大地構造學亟待解決的科學問題。
俯沖板片與弧下地幔相互作用形成弧巖漿巖的兩種模型
我院劉匯川老師圍繞俯沖洋殼混雜巖如何底辟及如何識別弧巖漿源區是否有洋殼混雜巖底辟體參與的科學問題，首先開展了二維數值模擬，模擬發現板片混雜巖底辟體細分為大洋沉積物底辟、混雜巖底辟和蝕變洋殼底辟等三個過程。其次，針對國內典型蛇綠巖混雜巖、堿性和亞堿性鈮鉭虧損弧巖漿巖、鈮鉭富集弧巖漿巖等開展了詳細的構造地質學、巖石學、多同位素對聯合示蹤的詳細解剖。研究發現板片混雜巖與未被交代的弧下地幔混合可形成鈮鉭虧損亞堿性弧巖漿巖，與低比例OIB(洋島玄武巖)型地幔混合可形成鈮鉭虧損堿性弧巖漿巖，與高比例OIB型地幔混合可形成鈮鉭富集弧巖漿巖。最后建立了一套多同位素聯合示蹤弧巖漿源區是否與板片混雜巖底辟體參與的指標體系。
上述系列成果為我們認識俯沖洋殼與弧下地幔相互作用過程提供了全新的思路和詳實的證據，也為我們解釋古老和現今俯沖帶弧巖漿巖形成過程提供了新方案。近年上述成果先后在《Geology》、《科學通報》、《GSA Bulletin》、《Lithos》等期刊發表，其中發表《科學通報》的文章是國內外關于混雜巖底辟的首篇綜述性論文，為從事俯沖大洋板片與地幔如何相互作用研究的學者們提供參考。
該研究國家自然科學基金(42472181)、國家重點研發計劃(2021YFA071900)、中石油創新基金(2021DQ02-0103)的聯合資助。成果相關論文如下：
劉匯川, 王岳軍, 皇甫鵬鵬 (2025), 俯沖帶板片混雜巖底辟作用, 科學通報, 70(14), 1-13, doi:10.1360/TB-2025-0017.
Liu, H. C., Hastie, A. R., Petrone, C. M. (2024), High-field-strength-element enriched arc rocks witness subducted mélange recycling in upwelling asthenosphere, Lithos, 464-465, doi:10.1016/j.lithos.2023.107411.
Liu, H. C., Huangfu, P. P., Zhu, G. Y. (2023a), High-temperature altered oceanic crust recycling into oceanic-island basalt?like mantle produces alkaline continental crust driven by mélange diapirs: Insights from isotopic tracing and numerical modeling, Geological Society of America Bulletin, 136(3-4), 1651–1660, doi:10.1130/b36961.1.
Liu, H. C., Neilsen, S. G., Zhu, G. Y. (2023b), Sponge-rich sediment recycling in a Paleozoic continental arc driven by mélange melting, Geology, 51, 75-79, doi:10.1130/G50395.1.
