近日，成都理工大学行星科学国际研究中心张兆峰研究员、刘芳副研究员等与中国科学院海洋研究所祝红丽研究员合作，在国际地球化学领域权威期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》在线发表题为《Stable neodymium isotopic fractionation during plate subduction: Insights from back-arc basin basalts》的论文。该研究首次系统揭示了稳定钕（Nd）同位素在板块俯冲过程中的地球化学行为，为示踪俯冲板片物质循环提供了新的同位素工具。

    板块俯冲是连接地球表层与深部的重要循环过程。俯冲洋壳及其携带的沉积物和流体进入地幔后，会改变地幔组成，并影响岛弧火山活动、大陆地壳形成及元素循环。长期以来，科学家主要利用Sr、Nd、Pb等放射性同位素体系来示踪俯冲物质来源。然而，这些传统示踪体系在定量识别不同俯冲组分（如蚀变洋壳与沉积物）时仍面临挑战。近年来快速发展的稳定同位素地球化学为解决这一问题提供了新的思路，但稳定Nd同位素在俯冲带中的分馏行为缺乏系统研究。本研究选择了西南太平洋劳盆地（Lau Basin）、伍德拉克盆地（Woodlark Basin）和瓦特海槽（Vate Trough）地区的玄武质玻璃样品开展研究（图1）。弧后盆地玄武岩同时受到洋中脊地幔和俯冲板片释放流体/熔体的影响，岩石组成从类似洋中脊玄武岩（MORB）到类似岛弧玄武岩（IAB）连续变化，是研究俯冲物质循环的天然实验室。

图1. 西南太平洋弧后玄武岩的分布

    依托成都理工大学行星科学国际研究中心测试平台，团队建立了高精度稳定Nd同位素分析方法，实现了δ^146/144Nd优于±0.015‰（2SD）的长期分析精度。结果表明，弧后盆地玄武岩的δ^146/144Nd值变化范围为−0.048‰至−0.005‰，平均值为−0.022±0.018‰，与硅酸盐地球（BSE）以及全球洋中脊玄武岩基本一致。进一步研究发现，稳定Nd同位素与MgO、Eu异常、CaO/Al₂O_3、Nb/Y等岩浆演化指标之间不存在明显相关性（图2），表明稳定Nd同位素在岩浆演化过程中几乎不发生分馏。

图2.  δ^146/144Nd 与Sm_N/Yb_N、Nb/Y的关系

      尽管稳定Nd同位素与Ce/Pb、Nb/U、Ba/La和Th/Yb等俯冲示踪指标之间的相关性不明显，但在劳盆地样品中，δ^146/144Nd与Sr-Nd放射性同位素之间存在一定的相关关系（图3）。端元混合计算模型表明，不超过10%的俯冲组分（以蚀变洋壳为主）的加入可以导致地幔源区产生可分辨的稳定Nd同位素变化。该研究表明，稳定Nd同位素能够记录俯冲板片释放流体对地幔源区的影响，具有示踪深俯冲物质的潜力，有望成为示踪板块俯冲与地幔交代作用的新型地球化学指标。该成果为认识俯冲带物质循环机制以及地幔化学不均一性提供了新的视角，也为稳定稀土同位素在地球科学中的应用开辟了新的研究方向。

图3. δ^146/144Nd versus ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr and ε_Nd 的关系

    论文信息：Liu, F., Li, L., Zhu, H., Li, X., An, Y., Zhang, Z., 2026. Stable neodymium isotopic fractionation during plate subduction: Insights from back-arc basin basalts. Geochimica et Cosmochimica Acta. DOI: 10.1016/j.gca.2026.03.024. 本项目得到国家自然科学基金（42473013, 42330102, 42322302, 42333022），中国科学院海洋研究所项目（No. IOCASZZQN011）以及国家重点研发计划（2023YFF0807103）等项目联合资助。