《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：The transcrustal magmatic system of a large active monogenetic Mexican volcanic field: A macrocryst-cargo perspective
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分析墨西哥Trans-Mexican火山带Serdán-Oriental盆地，通过矿物化学和热力学建模揭示深部岩浆网络垂直分层结构，确认0.9-1.2 GPa crust-mantle过渡带存在两个岩浆滞留层，并探讨双模式岩浆作用的来源与演化机制。
达里奥·托雷斯-桑切斯（Darío Torres-Sánchez）|海梅·阿尔贝托·卡瓦佐斯-阿尔瓦雷斯（Jaime Alberto Cavazos-Alvarez）|费德里科·卢奇（Federico Lucci）|洛伦佐·巴尔德利（Lorenzo Bardelli）|吉多·乔尔达诺（Guido Giordano）|赫拉尔多·卡拉斯科-努涅斯（Gerardo Carrasco-Nú?ez）
墨西哥国立自治大学地球科学研究所。地址：Juriquilla大道3001号，UNAM-Juriquilla校区，克雷塔罗州76230，墨西哥
摘要
位于墨西哥横贯火山带东部的更新世-全新世Serdán-Oriental盆地（SOB）拥有一个大型活跃的单成因火山场，其火山活动形式多样，包括孤立或成群的玛珥湖、凝灰岩环、火山渣锥和熔岩锥、熔岩流以及穹丘。近期研究揭示了该火山场的双峰岩浆特征：既有玄武岩到安山岩类型的喷发中心，也有大量流纹岩穹丘的形成，同时还存在直接来自上地幔的基性岩浆。从这个角度来看，SOB及其喷发的岩浆为研究活跃单成因火山场下方的大型地壳外岩浆系统的几何结构与演化提供了独特的自然实验室。为此，我们对喷发岩浆进行了化学分析，应用了一套逆温压模型，并结合已发表的地球化学数据和地球物理文献进行了综合研究。研究结果表明，该火山场下方存在一个垂直分布的热岩浆系统（压力范围0–0.9 GPa，温度1100–1200°C），该系统控制着玄武岩到安山岩岩浆的上升、分异（通过Pl-Cpx分馏作用）及喷发过程。系统中存在两个主要的基性岩浆滞留层，第一个位于地壳-地幔过渡带上方（约30–35公里深处），第二个位于中地壳深度（约15公里处）。此外，Tecuitlapa玛珥湖中的地幔晶体成分进一步证明了可能存在一个辉石质地幔源（压力0.9–1.2 GPa，温度1200°C）。相比之下，流纹岩中的矿物-岩浆平衡数据有限，无法重建其岩浆供应系统。流纹岩的高变体成分及其Sr-Nd-Pb同位素数据表明，当地上地壳在SOB高硅长英质岩浆的形成中起到了重要作用。我们得出结论：SOB单成因火山场经历了两个主要的火山活动阶段：更新世阶段（490–25千年前）和全新世阶段（11千年前至今）。所提出的岩浆模型并非定论性结论，旨在激发更多关于SOB火山场演化以及更大范围内控制大型活跃单成因火山场形成的岩石学和火山学过程的研究。
引言
了解活跃火山场中的岩浆系统结构对于解释地壳内的岩浆动态及地表喷发行为至关重要（Cashman等人，2017年；Lucci等人，2020年；Pontesilli等人，2023年）。此外，研究地壳外岩浆系统对（i）地热勘探和经济开发（Lucci等人，2020年；Giordano等人，2024年）以及（ii）人为活动区域的风险评估和灾害管理（Pontesilli等人，2023年；Giordano等人，2024年）具有重大意义。然而，地壳岩浆系统的建模仍是一项具有挑战性的任务，需要厘清深部岩浆库的形成过程、地壳外岩浆迁移与滞留现象，以及喷发前的岩浆-地壳相互作用（Qian等人，2010年；Keiding和Sigmarsson，2012年；Cashman和Giordano，2014年；Liu等人，2014年；Kahl等人，2015年；Feng和Zhu，2018年；Lucci等人，2018年；Lucci等人，2020年；Goreychik等人，2020年；Bardelli等人，2023a）。上升的岩浆可能积聚形成岩浆室和地壳储存区，从而引发多成因火山的重复喷发，也可能快速上升至地表形成单次喷发（Murcia等人，2019年）。单成因基性喷发通常保留了岩浆源的化学特征，而多成因火山系统则表现为岩浆的集中和重复供应，岩浆在地壳储层中通过同化作用和分馏结晶过程演化（Németh和Kereszturi，2015年；Murcia等人，2019年；Zhang等人，2025年及参考文献）。在火山场中，分布式的单成因喷发与集中的多成因喷发行为之间的转换可能存在于复杂的岩浆通道系统中（例如Murcia等人，2019年），这些系统会随时间演变（例如Bardelli等人，2023a）。这凸显了供给活跃火山场的岩浆系统的动态性和复杂性（例如Németh，2010年；Németh和Kereszturi，2015年；Zhang等人，2025年）。
喷发的火山产物，尤其是构成晶体成分的结晶过程，为研究这些复杂岩浆系统提供了宝贵信息（Ginibre等人，2007年；Streck，2008年；Putirka，2008年；Ruprecht和Plank，2013年；Ubide等人，2019年；Lucci等人，2020年；Xing和Wang，2020年；Cao等人，2022年；Bardelli等人，2023a），因为矿物化学成分直接记录了晶体在岩浆系统中从源区迁移到最终滞留层过程中所经历的压力、温度、流体活性和氧化状态（例如Rutherford和Hill，1993年；L'Heureux和Fowler，1994年；Lucci等人，2020年及参考文献）。此外，地幔捕虏体的存在为了解地幔中的岩浆生成条件（Green等人，2010年；Foley等人，2013年；Lucci等人，2024年）以及地壳下地幔过程（Abersteiner等人，2022年；Lucci等人，2024年；Della Ventura等人，2024年）提供了重要线索。从岩石学角度来看，常规或逆温压模型被广泛用于解码晶体及其宿主岩浆从深部储层到浅层地壳滞留层的压力-温度路径（Lucci等人，2025年；Bardelli等人，2025年），从而有助于确定地壳外岩浆系统的结构（Lucci等人，2020年及参考文献）。在单成因火山场中，温压建模对于重建供给各个喷发口的短暂小体积岩浆路径以及供给整个火山场的复杂岩浆系统尤为重要。
在这项研究中，我们延续了Cavazos-álvarez等人（2024年）的工作，对更新世-全新世Serdán-Oriental盆地（以下简称SOB；图1；Cavazos-álvarez等人，2024年）喷发岩浆中的粗晶成分（显晶和地幔捕虏体）进行了逆温压建模。通过整合（i）已发表的岩石整体数据（参见Cavazos-álvarez等人，2024年及参考文献），（ii）针对SOB玛珥湖的岩石学研究（Chako-Tchamabé等人，2020a，2020b，2024年；Lucci等人，2024年），（iii）新的矿物化学数据，以及（iv）新的逆温压数值建模，我们首次提出了SOB下方地壳外岩浆供给系统的演化和几何结构，该系统是墨西哥横贯火山带（TMVB）中规模最大、成分最复杂的火山场之一。
研究结果表明，玄武岩和流纹岩喷发产物之间存在遗传联系。这些岩浆形成于一个垂直分层、多级的岩浆系统中，并随后通过该系统迁移。
研究结果还揭示了喷发产物（玄武岩与流纹岩）之间的遗传关联，这些产物源自并沿着一个位于地壳-地幔过渡带的分层、多级岩浆系统迁移。这些发现有助于理解TMVB东部地区的更新世-全新世岩浆活动框架，为了解其多样化的火山活动提供了新的见解。此外，SOB展示了复杂岩浆系统如何供给大型单成因火山场，进一步凸显了其作为研究地壳外岩浆过程的天然实验室的重要意义。
地质与地球化学背景
在本节中，我们基于Cavazos-álvarez等人（2024年）的分类，提供了TMVB东部火山场的地质描述，特别关注SOB。
样品选择
本研究选取了Cavazos-Alvarez等人（2024年，2025年）研究的SO-21系列中的10个新鲜样品进行地球化学分析。这些样品代表了构成SOB火山盆地的五个火山群。样品选择标准包括：（i）无次生蚀变；（ii）含有丰富的显晶成分。Cavazos-Alvarez等人（2024年，2025年）提供的样品的整体岩石化学成分详见补充表1。
岩石学与矿物化学
岩石学
SOB的火山岩以斑状结构为主（图3、图4、图5）。当粗晶的长度至少是基质微晶的5倍（5:1比例；Spry，1989年）或直径超过350微米时，可确认其为粗晶。不过，本研究并未精确测定矿物相的比例或不同显晶群体的存在情况（严格意义上的定义）。
温压估计
通过所选逆温压模型获得的压力-温度估计结果见补充表2、图12、图13、图14，并在文中进行了总结。
关于仅使用Bt模型的情况（Li和Zhang，2022年），由于（i）缺乏保存了成分信息的岩浆晶体（图4h-i、14d；Nachit等人，2005年）；以及（ii）Della Ventura等人（2024年）的研究指出该模型存在局限性，因此本研究排除了这些结果。
讨论
基于Cavazos-Alvarez等人（2024年，2025年）最新发布的放射性数据，我们将SOB火山活动分为两个主要阶段。
第一阶段发生在更新世，始于490±70千年前，当时El Tecajete锥（K
Ar年龄由Carrasco-Nú?ez等人，1997年测定）喷发了玄武安山岩。这一阶段涵盖了所有喷发事件。
结论与最终评论
本研究采用综合岩石学、矿物学和地球化学方法，探讨了活跃SOB单成因火山场下方岩浆系统的演化与基本结构。主要成果总结如下：
a)SOB单成因火山场经历了两个主要的火山活动阶段：更新世阶段（490–25千年前）和全新世阶段（11千年前至今）。岩浆活动具有双峰特征，其中英安岩成分缺失明显。
作者贡献声明
达里奥·托雷斯-桑切斯（Darío Torres-Sánchez）：负责撰写初稿、方法论制定、数据整理及概念构建。海梅·阿尔贝托·卡瓦佐斯-阿尔瓦雷斯（Jaime Alberto Cavazos-Alvarez）：负责撰写初稿、方法论制定、数据分析、形式分析及概念构建。费德里科·卢奇（Federico Lucci）：负责审稿与编辑、撰写初稿、可视化处理、验证工作、方法论制定及概念构建。洛伦佐·巴尔德利（Lorenzo Bardelli）：负责撰写初稿、方法论制定及形式分析。吉多·乔尔达诺（Guido Giordano）：负责审稿工作。
未引用文献
Carrasco-Nú?ez等人，2005年
Costa和Dungan，2005年
Culí等人，2023年
Demant和Kepezhinskas，2001年
Jácome-Paz等人，2022年
Kushiro和Yoder Jr，1966年
Lawlor等人，1999年
Matusiak等人，2021年
Mayer等人，2014年
McDonough，1990年
Médard和Le Pennec，2022年
Putirka，2016年
Ridolfi等人，2008年
Saki等人，2022年
Schaaf等人，1994年
Ulrych等人，2018年
利益冲突声明
作者声明没有可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢编辑Sonia Calvari、审稿人Meritxell Aulinas和匿名审稿人的细致审阅与建设性意见，这些工作极大地提升了本文的质量。本研究得到了PAPITT-DGAPA-UNAM项目（IN108923和IN115526）的资助，GCN也提供了支持。DTS和JACA感谢SECIHTI提供的博士后资助，同时感谢墨西哥国立自治大学（UNAM）地球科学研究所（IGEO）在后勤方面的协助。
