識別巖漿產出的構造環境是地質研究的重要內容之一。傳統的構造判別方法對于源區受到俯沖交代的巖漿巖構造環境判別存在問題，因而急需一種新的判別方法識別這類巖漿的構造環境。中國科學院廣州地球化學研究所運用B同位素在判別中亞造山帶(Central Asian Orogenic Belt)二疊紀構造環境上取得了新進展。
中亞造山帶位于西伯利亞克拉通、華北-塔里木克拉通和歐洲克拉通之間，是全球最大的顯生宙增生型造山帶。其地殼生長由北向南逐步增生，時代上始于約1000 Ma，止于晚石炭世或三疊紀。長期以來，對中亞造山帶構造環境，尤其是二疊紀的構造背景存有爭議。前人運用巖石地化手段對構造環境的判別多依賴于傳統的微量元素圖解投圖。由于中亞造山帶經歷了多期俯沖事件，其巖石圈地幔甚至軟流圈地幔的地球化學特征已經被俯沖流體/熔體所重置，因此無論產于俯沖帶還是板內環境的巖漿均顯示島弧巖漿的特征。因此傳統地球化學手段無法準確判斷巖漿形成的構造背景。
B同位素（11B和10B）和Nb元素在俯沖環境和板內環境下存在顯著的行為差異，為構造環境的判別提供了新的思路。在板塊俯沖過程中，B是不相容活動元素，傾向于隨流體進入地幔楔，同時B同位素發生分餾，11B隨流體進入地幔楔；而Nb元素則滯留于俯沖的板片。因此，隨著俯沖的深入，俯沖流體的δ11B -B/Nb呈現出正相關性（圖1漸變線條）；而由于地幔楔繼承了這一特性，并且在部分熔融過程中B和Nb不分異，因而形成的島弧巖漿巖具有高的B含量和高的δ11B值；隨著俯沖的深入，B/Nb比值與δ11B值大致呈正相關關系（圖1灰色粗線條）。相反，起源于再循環洋殼的板內巖漿由于經歷了俯沖過程的脫水作用，B含量降低，在δ11B -B/Nb圖中呈負相關關系（圖1紅色漸變區域）。
對中亞造山帶南緣吐哈盆地大南湖石炭紀-二疊紀火山巖剖面的安山巖（321.2 Ma）和玄武巖（278.9 Ma）進行了研究，發現兩套巖石均具有大離子親石元素相對于高場強元素富集和類似于MORB的Sr-Nd-Pb同位素組成特征，即典型的島弧巖漿特征。然而石炭紀安山巖呈現出B/Nb與δ11B正相關關系，與世界范圍內典型的島弧巖漿相似，形成于俯沖環境；而二疊紀巖漿巖呈現出負相關的特征，與世界范圍內的板內巖漿相似，形成于板內環境。因此中亞造山帶南緣在石炭紀-二疊紀發生了構造轉折。考慮到該區域廣泛存在一次二疊紀熱異常的證據，因此二疊紀玄武巖可能是受到交代的巖石圈地幔在地幔柱烘烤下的熔融產物。
該研究由廣州地化所徐義剛課題組博士劉海泉完成，相關研究成果發表于《地球物理研究雜志：固體地球》（Journal of Geophysical Research: Solid Earth）。該研究得到中科院先導B專項（XDB18000000）和國家“973”項目（2011CB808900）資助。
論文信息：Liu, H.-Q., Xu, Y.-G., Wei, G.-J., Wei, J.-X., Yang, F., Chen, X.-Y., Liu, L., and Wei, X., 2016. B isotopes of Carboniferous-Permian volcanic rocks in the Tuha basin mirror a transition from subduction to intraplate setting in Central Asian Orogenic Belt. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 121(11): 7946-7964.
圖1：δ11B -B/Nb圖解判別大南湖石炭紀-二疊紀火山巖的構造背景