长白山以巍峨火山、澄澈天池、广袤林海和壮丽瀑布闻名，是东北亚最具代表性的自然景观之一。然而，这座令人神往的火山并不只是一处地表奇观；在它之下，还隐藏着理解地球深部运行机制的重要线索。喷发至地表的玄武岩，记录了太平洋板片俯冲、俯冲板片与地幔过渡带（mantle transition zone）相互作用、以及深部地幔源区演化等关键信息。地震层析成像显示，现今多数俯冲板片会在地幔过渡带内发生平卧滞留，形成了有别于岛弧地区小地幔楔的“大地幔楔”构造体系，这一现象在西太平洋构造域尤为明显。然而，俯冲板片在地幔过渡带的滞留过程如何影响地幔物质重新分配，并进一步触发上覆板内火山作用仍是未解之谜。中国科学院广州地球化学研究所博士后周亮与合作导师李洪颜研究员等，以中国东北吉林长白山火山为研究对象（图1），综合运用⁴⁰Ar/³⁹Ar年代学、全岩和矿物化学以及Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析，系统研究了长白山玄武岩约2200万年以来的源区演化规律。

图1. (a) 东北亚新生代火山活动分布; (b) 俯冲带岛弧-陆内高精度地球物理剖面图; (c, d) 日本海构造演化历史

 研究发现，长白山最早期的低钛玄武岩（约22.4 Ma）表现出弧型岩浆的微量元素特征，橄榄石具有高Ca/Al和Mn/Fe比值，并记录了较高的氧逸度，表明其来源于碳酸盐化、氧化程度较高的橄榄岩地幔源区。相比之下，随后的高钛玄武岩（约21.3 Ma）和晚期造盾期玄武岩（约3-1 Ma）表现出类似洋岛玄武岩的微量元素特征，橄榄石具有较低的Ca/Al和Mn/Fe比值，记录了较低的氧逸度，来源于相对还原的、含辉石岩的地幔源区。同位素组成进一步显示，最早期玄武岩记录了较强的近期俯冲组分贡献，而随后形成的玄武岩中，古老富集地幔（EM-1）组分的贡献逐渐增加（图2）。通过对比区域中生代-新生代玄武岩的同位素组成，研究团队发现，EM-1型同位素特征主要在约22 Ma之后变得显著。

图2 长白山玄武Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成

 结合已有地球化学资料、地球物理观测、数值模拟和板块重建结果，研究团队提出：自约22 Ma以来，太平洋板片的回撤和平卧滞留驱动了含EM-1组分的地幔过渡带物质发生挤出和上涌。与此同时，滞留板片脱水以及地幔过渡带含水矿物分解产生的流体降低了地幔密度，使相关地幔物质能够在浮力作用下上升并发生减压熔融，最终形成规模宏大的造盾期岩浆活动（图3）。本研究揭示出俯冲板片滞留、地幔过渡带物质重新分布与板内火山作用之间的密切成因联系，强调地幔过渡带不仅是关键的深部地球化学储库，也在调控地球深部物质循环和板内火山活动方面发挥重要作用。

图3. 东北亚地区俯冲太平洋板片-地幔过渡带相互作用的时空演化模型

 该成果近日发表于国际知名地学期刊 Earth and Planetary Science Letters 。本研究得到国家自然科学基金项目（42425304、42503035）、国家重点研发计划项目（2022YFF0801002）、中国科学院战略性先导科技专项（B类）（XDB0840200）、中国博士后科学基金项目（2024M763273）等资助。

文章信息：Zhou Liang (周亮), Li Hong-Yan* (李洪颜), Pan Bo (潘波), Li Zhong-Hai (李忠海), Deng Yangfan (邓阳凡), Wang Shui-Jiong (王水炯), Yang Chun (杨春), Xu, Yi-Gang (徐义刚). 2026. Slab flattening in the mantle transition zone drives extrusion and upwelling of ancient subducted material. Earth and Planetary Science Letters, 120185. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.120185