地球深部的碳和磷是影响火山活动和圈层相互作用的重要因素，同时也具有重要的气候和资源环境效应。少量CO₂或碳酸盐在地幔中诱发地幔产生贫硅、高碱性岩浆；同样，P₂O₅在岩浆演化中也表现为高度不相容组分。实验研究表明，在地幔低程度部分熔融过程中，CO₂可以显著降低地幔固相线，从而可能产生原始的、富碳酸盐和磷酸盐的岩浆。然而，由于这类高活性岩浆在往地表上升过程中极易与周围地幔发生反应或变质，原始的高硅岩浆极少被保存和报道。这导致已知的碱性硅不饱和岩石与碳酸岩在时空上的共生机制长期存在争议：代表源于碳酸盐化地幔的直接熔体，或是岩浆后期分异的结果。针对这一问题，张国良教授团队开展了系统研究，搭载“科学”号科考船在南海珍贝海山获得了代表原始岩浆发生不混溶的天然样品，证实了不混溶作用在碱性玄武岩成因和二氧化碳释放过程中的关键作用。

该研究对南海东部次海盆珍贝海山采集的火山岩样品（图1）进行了高精度微区原位和全岩地球化学分析。研究发现，这类岩石表现出磷含量高、极度缺硅的特征，并具有与典型火成碳酸岩一致的元素异常。通过高清电子图像观察，在基质中发现了两种共存的火山玻璃：富含二氧化碳和磷的玻璃与富含碱金属的硅酸盐玻璃，二者由于迅速冷却凝固而呈现共轭现象。这一现象为岩浆演化晚期发生的液相不混溶提供了直接的岩相学证据。

图1. 南海珍贝海山地质背景和不混溶结构背散射图像

研究团队进一步通过原位主微量元素分析，定量揭示了不混溶过程中元素分配行为。两种玻璃的成分在相图上定义了一个双液相区（图2）。在主要成分分配上，二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(AI₂O3)和碱金属(钠、钾)倾向于进入硅酸盐熔体;而磷(P₂O₅)和钙(CaO)则富集形成了富含二氧化碳的磷酸盐熔体。这种主要成分的系统性分离，驱动了微量元素的差异性分配：高场强元素（如Nb、Ta）在磷酸盐熔体中表现得极不相容，从而被强烈分配进入共轭的硅酸盐熔体（图3）。

图2. 珍贝海山共轭相熔体成分三角图解

图3. 硅酸盐与磷酸盐熔体间分配系数及微量元素配分模式

这一分配行为使得硅酸盐玻璃呈现出带有正铌-钽异常的典型洋岛玄武岩(OIB)微量元素模式，而对应的富二氧化碳-磷熔体则呈现出火成碳酸岩标志性的负异常特征。这表明，一次物理上的“分家”事件，能够同时造就两种化学性质完全相反的岩浆（图4）。

图4.  火山岩主量元素TAS与 Harker 图解

研究团队结合全岩数据，探讨了触发并保存这一不混溶现象的物理化学机制。研究指出，该不混溶过程受控于岩浆上升过程中的矿物结晶分离与压力降低导致的气体析出。在岩浆快速上升减压过程中，挥发分达到饱和状态，触发了液相分离（图5）。通常情况下，二氧化碳的快速逸出会导致不混溶间隙缩小，使出溶的液滴被基质重新吸收。该研究证实，珍贝海山样品中极高的磷含量扮演了一个关键角色：升高的P₂O₅显著增加了硅酸盐熔体的粘度，有效阻止了液滴的合并和重新融合，从而在岩浆喷发冷却前“定格”了这一微观结构。

图5.  南海海山富 CO₂-P₂O₅ 硅酸盐熔体液相不混溶模式图

该研究发现海底岩浆演化过程中原始富二氧化碳-磷硅酸盐熔体发生“分家”的证据，揭示了“不混溶”作用是驱动碱性岩与碳酸岩岩浆分化的关键机制，深化了对碳-磷等物质循环的认识，同时为碱性玄武岩成因提供了新的视角。

该成果发表在Journal of Asian Earth Sciences期刊，中山大学联合培养博士生程浩为文章第一作者，张国良教授为本文通讯作者。本研究受国家重点研发计划项目（2024YFF0807400）、国家科技重大专项（2025ZD1005003）资助。

文章信息：Hao Cheng, Guo-Liang Zhang (*通讯作者), 2026. Immiscibility of primary CO₂-P₂O₅-rich silicate melt and the genesis of alkali basalts in the South China Sea. Journal of Asian Earth Sciences. doi.org/10.1016/j.jseaes.2026.107100.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2026.107100.

（本文来源于微信公众号中山大学海洋科学，“科学”号信息员封婧改编提供）