俯冲带弧后扩张过程普遍呈现出沿弧走向的非对称特征，与俯冲带时空演化紧密耦合，是揭示俯冲带三维演化机制的关键。已有研究证实，地幔流在弧后扩张过程中发挥了重要作用，并将地幔流的三维运动形态视作控制弧后扩张程度三维空间差异性的首要动力学因素。
图1 研究样品的分布与797和794钻孔特征
然而，以水、碳为代表的俯冲带挥发分能够显著改变地幔流变性质，进而调控俯冲带深部动力学过程。同时，挥发分循环在俯冲带不同尺度上呈现强烈的空间非均一性。但俯冲挥发分循环的空间差异是否可以造成弧后扩张程度的差异，并对非对称弧后演化过程起到调控作用，目前尚不明确。针对这一关键问题，我院许文良教授引领的“地球深部动力学创新团队”成员王枫教授等，选择全球典型弧后盆地——日本海盆地作为研究对象，依托ODP 127-128航次在日本海794和797钻孔获取的弧后盆地玄武岩样品（图1），对其开展系统的全岩主微量元素及Sr-Nd-Mg同位素研究。研究结果表明，俯冲挥发分循环对弧后扩张程度的空间差异具有潜在的驱动效应，是非对称弧后扩张形成机理研究中不可忽视的动力学因素。具体研究成果如下：
1. 发现日本海弧后扩张空间差异与地幔流密切相关。日本海盆地中部弧后盆地玄武岩（BABB）具有均一且偏低的 Nb/Zr 比值（0.01-0.04），而北部BABB则具有较高的Nb/Zr比值（0.02-0.10）、且变化范围大，指示扩张程度更高的日本海盆地中部受到更强的地幔流调控（图2）。此外，相较于北部样品，中部 BABB 的 Nd 同位素组成更为亏损，表明其几乎未受俯冲组分的影响，该特征与地幔流持续向弧方向的物质输入过程相一致（图2）。
图2 （A-B）日本海不同程度弧后扩张模式图（C-D）日本海BABB的Nb/Zr比值及Nd同位素特征
2. 发现日本俯冲带弧-弧后体系存在沿弧走向的挥发分循环分异。日本海弧后盆地玄武岩（BABB）的 Mg 同位素组成变化范围较大（图3）。其中，扩张程度较低的北部 BABB 具有偏重的 Mg 同位素（δ²⁶Mg = −0.30‰ ~ +0.34‰），记录了蛇纹岩脱水过程，挥发分循环以水为主；与之对比，扩张程度更高的中部 BABB 呈现偏轻的 Mg 同位素特征（δ²⁶Mg = −0.57‰ ~ +0.10‰），指示深部俯冲碳酸盐组分的加入，挥发分循环则以碳循环过程占主导。
图3 日本海弧后盆地的Mg-Sr同位素组成特征
3. 揭示沿弧走向挥发分循环的空间差异，是驱动弧后扩张程度不均一性的潜在动力学因素。挥发分循环的空间变化与扩张程度表现出明显的相关性。已有研究证实，挥发分可通过降低地幔黏度及弱化上覆地幔驱动弧后盆地的扩张过程。其中，碳相较于水对地幔流变性的影响更为显著。该认识与日本海盆地中部扩张强度明显高于北部的地质现象吻合，指示俯冲挥发分循环的空间差异，可有效调节弧后扩张的程度（图4）。
图4 挥发分循环空间差异调控日本海弧后扩张空间差异示意图
以上研究成果于2026年10月以“Do along-strike variations in volatile cycling modulate the evolution of back-arc spreading?”为题发表于国际地学期刊《Geology》上。博士研究生赵文源是论文的第一作者，王枫教授为该文的通讯作者，参与本项研究的还有许文良教授、王旖旎教授、博士研究生张冬卓见和河北地质大学的邢恺晨博士。该工作由国家重点研发计划（2022YFF0801002），深地探测与矿产资源勘查国家科技重大专项（2025ZD1005500）和国家自然科学基金（42372065）联合资助。研究的详细信息请参考原文。
原文信息：Wen-Yuan Zhao, Feng Wang, Yi-Ni Wang, Dong-Zhuojian Zhang, Kai-Chen Xing, Wen-Liang Xu. Do along-strike variations in volatile cycling modulate the evolution of back-arc spreading? //doi.org/10.1130/G55427.1
