板块构造难以充分解释板内玄武质火山作用的广泛分布。因此，厘清板内玄武岩的地幔源区对于揭示地幔演化与地球深部动力学至关重要。当前，放射性同位素体系（如Sr-Nd-Hf）以及地震波速（Vp与Vs）是研究与玄武质岩浆作用相关地幔过程的两类主要手段。然而，由于二者对地幔性质的敏感性不同，这两类数据的解读常常彼此不一致。两种方法均存在结果的多解性，从而导致无法准确获取深部物质组成信息。虽然多元同位素联合示踪可以减少其多解性，但对同位素体系之间出现解耦现象仍然缺乏充足的理论依据。地球物理的方法在数据解译过程中需要先假定温压条件或物相组成，这无疑又增加了误差。综合利用放射性同位素和地震波速确实可以增加深部物质组成探测的精确性，但两种方法之间的有效对应关系缺少必要的研究。

针对上述科学问题，我校地球科学与资源学院博士生杨宗鹏在侯通教授指导下，联合中外研究团队，通过汇编2000多组高温高压实验数据，开展实验热力学模拟、微量元素分配计算、放射性同位素衰变模拟和地震波速计算，构建了岩浆岩同位素和深部地震波速间的成因联系（图1），取得了以下主要成果和认识：

1、石榴石在熔融过程中的残余主要受压力影响，高压会导致石榴石在相同熔融程度下残余比例升高（图2）。斜方辉石和单斜辉石在熔融过程中会发生转熔，低程度熔融单斜辉石更为稳定，而高程度部分熔融斜方辉石更为稳定，源区也从富集源区逐渐过渡为亏损源区。

2、石榴石Lu-Hf分配系数较高且相对分配系数较低，其在熔融过程中的行为显著影响熔体Lu/Hf。单斜辉石和石榴石Sm-Nd分配系数均较高，而石榴石相对分配系数较低、单斜辉石接近1，因此单斜辉石会稀释石榴石对熔体Sm/Nd的影响。如体系中无石榴石，则单斜辉石的熔融行为会决定熔体Lu/Hf和Sm/Nd。单斜辉石Rb-Sr分配系数显著较高，其会显著影响熔体Rb/Sr。熔体在分离后进一步演化，发生放射性同位素衰变，不同初始元素比值最终造就不同放射性同位素比值。

3、温度升高会导致残余地幔源区地震波速降低，压力升高会导致波速升高。石榴石残余含量的增加会导致波速增加，其与压力的影响具有双重作用。熔融程度增加会导致波速比值（Vp/Vs）增加（图3）。

因此，石榴石残余会导致地表岩浆岩Nd-Hf同位素按石榴石趋势演化，与不含石榴石的趋势线解耦，同时深部残余源区会具有高波速和高比值的特征（图3）。石榴石熔融行为受控于压力，由于石榴子石-尖晶石相变界面约42-60 km，始终比岩石圈-软流圈边界（约70-100 km）更浅。无石榴石残余说明岩浆源区为岩石圈地幔；有石榴石残余说明岩浆源区有可能为软流圈地幔，需要结合地震波速特征进一步判定。

上述方法体系在我国东部新生代火山岩区展开实际应用（图4），发现大部分玄武岩Nd-Hf同位素落在不含石榴石的演化趋势上，说明其源区可能为60 km以上的岩石圈地幔。然而，东北地区的五大连池和诺敏河玄武岩Nd-Hf同位素落在含石榴石的演化趋势上，其源区可能为60 km以下的含石榴石的地幔。另外，在五大连池和诺敏河深部~100-140 km处的地震波速和比值的高值区说明其可能经历过熔融，是岩浆源区。综合波速与同位素特征分析，五大连池和诺敏河玄武岩可能分别源自软流圈和岩石圈-软流圈边界。

图1. 研究的基本框架与假设

图2. 模拟所得相图及熔融残余矿物组合

图3. 模拟系统地震波速特征以及其与同位素间的联系

图4. 模拟结果针对我国东部新生代玄武岩的实际应用

上述成果主要受科技部重点研发计划（编号：2019YFA0708604-2）资助，发表于在Nature旗下期刊《通讯：地球与环境》（Communications Earth & Environment）: Yang, Z. P.（杨宗鹏）, Hou, T.*（侯通）, Botcharnikov, R., Moulas, E., Weyer, S., Wang, M.（王萌）, Buhre, S., Zhang Z. Z.（张招崇） Seismic and isotopic evidence for depth-dependent mantle sources of intraplate basalts from Eastern China. 2025, Communications Earth & Environment.

全文链接：https://doi.org/10.1038/s43247-025-03024-3