《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：Depth-Integrated Boron Inventories of Subducting Oceanic Plates: New Insights From Sediments and Altered Oceanic Crust at ODP Sites 1179, 1173, and DSDP Site 443
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硼（B）是俯冲带中板片流体的强示踪元素，具有极高的流体活动性；然而，不同大洋板块间硼输入量的定量对比仍受限于数据不足。本研究对代表年轻菲律宾海板块和古老太平洋板块的三个深海钻探计划（DSDP）/大洋钻探计划（ODP）站点（443、1173 和 1179 站）的
硼（B）是俯冲带中板片流体的强示踪元素，具有极高的流体活动性；然而，不同大洋板块间硼输入量的定量对比仍受限于数据不足。本研究对代表年轻菲律宾海板块和古老太平洋板块的三个深海钻探计划（DSDP）/大洋钻探计划（ODP）站点（443、1173 和 1179 站）的沉积物、硅质岩和蚀变洋壳（AOC）进行了地球化学研究。井深方向上的硼变化显示，岩性和蚀变历史对硼分布起一级控制作用，其中沉积物的硼浓度比玄武岩高 1–2 个数量级，而 AOC 显示出与板块年龄和蚀变类型相关的可变富集特征。1179 站的硅质岩表现出独特的地球化学特征，不能视为低硼沉积物。通过将硼浓度与岩性厚度及密度相结合，研究人员估算了各板块的深度积分硼储量（单位面积硼质量）。总硼储量在 1173 站最高（约 162 kg m?2），其次是 443 站（约 117 kg m?2）和 1179 站（约 88 kg m?2），这主要反映了沉积厚度和岩性比例的差异，而非绝对浓度的差异。尽管 1179 站的 AOC 显示出较高的硼含量，但其对板片硼预算的贡献次于沉积物。板片硼储量与弧玄武岩中的硼含量未呈现简单的关联性。这种解耦现象支持了以下模型：即板片 - 地幔系统的热结构和板片脱水深度，而非初始板片储量，控制了硼向弧岩浆源的迁移。
**俯冲带硼循环机制的新视角：基于深度积分储量的地球化学解读**
硼（Boron, B）作为一种高度亲流体的不相容元素，长期以来被公认为追踪俯冲带板片脱水流体的敏感示踪剂。在地球化学循环研究中，弧岩浆中升高的硼浓度及其与不活动元素（如 Nb、Be 等）的比值，常被视为俯冲沉积物和蚀变洋壳（Altered Oceanic Crust, AOC）脱水贡献的关键证据。然而，以往研究多集中于单一岩性的硼浓度或同位素组成分析，缺乏对进入俯冲带的整个大洋板块中硼总量的定量化评估。由于硼在洋壳剖面中的分布具有高度非均质性，且受沉积厚度、岩性比例及蚀变程度的多重控制，仅凭浓度数据难以准确重构板片的初始硼预算及其对弧岩浆系统的物质贡献。此外，年轻洋壳与古老洋壳在热结构、蚀变历史及沉积覆盖上的显著差异，使得跨板块的硼输入量对比尤为复杂。因此，开展基于深度积分的硼储量研究，对于理解全球挥发分循环及弧岩浆成因机制具有重要的科学意义。本研究发表于《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》，旨在通过整合地球化学数据与地层参数，量化不同年龄大洋板块的硼储量，并探讨其对俯冲带物质循环的制约。
本研究选取了位于日本俯冲带附近的三个关键钻探站点作为研究对象，分别代表年轻的菲律宾海板块（ODP 1173 站和 DSDP 443 站，年龄约 15–26 Ma）和古老的太平洋板块（ODP 1179 站，年龄约 130 Ma）。研究团队利用 X 射线荧光光谱（XRF）测定主量及部分微量元素，采用瞬发伽马射线分析（PGA）技术精确测定硼（B）、钐（Sm）和钆（Gd）的浓度。研究方法的核心在于将各岩性单元（沉积物、硅质岩、蚀变玄武岩）的代表性硼浓度（取中位数以消除极端值影响）与其对应的地层厚度及体积密度相结合，计算出单位面积内的硼质量（kg m
?2），即深度积分硼储量。样本队列涵盖了从表层沉积物到基底玄武岩的完整剖面，其中 1179 站特别包含了硅质岩层，以评估其在古老洋壳中的贡献。
**研究结果**
**井深地球化学变化特征**
通过分析各站点随深度变化的硼浓度及 B/不活动元素比值，研究人员发现岩性是控制硼分布的首要因素。在所有站点中，沉积物的硼浓度普遍比基底玄武岩高出 1–2 个数量级，这归因于硼对粘土矿物和火山玻璃的强亲和力。相比之下，蚀变洋壳（AOC）中的硼分布表现出高度的非均质性，未呈现简单的随深度单调变化趋势。古老太平洋板块（1179 站）的 AOC 显示出更剧烈的浓度波动，反映了长期低温海水蚀变和裂隙流体通道的不均匀性；而年轻菲律宾海板块的 AOC 则显示出相对一致的早期高温热液蚀变特征。此外，1179 站的硅质岩表现出独特的地球化学特征，其硼含量介于沉积物和玄武岩之间，不能被简单归类为低硼沉积物。
**微量元素模式与岩性差异**
N-MORB（正常型洋中脊玄武岩）标准化蛛网图显示，菲律宾海板块的沉积物具有相对一致的流体活动性元素富集模式，而太平洋板块沉积物则因硅质岩的存在表现出巨大的成分变异。这表明在重建古老洋壳的挥发分输入时，必须考虑岩性的非均质性。对于 AOC 而言，虽然古老洋壳局部硼含量较高，但年轻洋壳在标准化模式下显示出更连贯的硼富集特征，说明绝对浓度主要反映局部蚀变强度，而标准化模式更能揭示蚀变类型的系统性差异。
**深度积分硼储量及其控制因素**
计算结果显示，各站点的总硼储量存在显著差异：1173 站最高（约 162 kg m
?2），其次是 443 站（约 117 kg m
?2），1179 站最低（约 88 kg m
?2）。这一排序主要取决于沉积层的厚度和岩性比例，而非单一岩性的硼浓度。在所有站点中，沉积物均贡献了绝大部分（>80%）的硼储量，AOC 的贡献相对次要。即使在古老洋壳（1179 站）中 AOC 的硼浓度有所升高，其总量贡献仍远小于沉积物。这一发现纠正了仅基于浓度数据可能产生的偏差，强调了沉积覆盖厚度在控制板片挥发分输入中的决定性作用。
**结论与讨论**
研究结论指出，板片硼储量与弧玄武岩中的硼富集程度之间不存在简单的相关性，二者呈现明显的解耦现象。尽管年轻板块（如 Shikoku 海盆）携带巨大的硼储量，但其上方的弧火山岩（如九州北部）往往显示较低的 B/Nb 比值；反之，古老冷板块（如太平洋板块）虽然携带的总硼量较少，其上方的弧火山岩（如 Izu-Bonin-Mariana 弧）却显示极高的硼富集。研究人员认为，这种解耦现象表明，板片的热结构和脱水深度是控制硼向地幔楔迁移效率的主导因素，而非板片的初始硼预算。在温暖的俯冲系统中，脱水作用发生在较浅深度，含硼流体难以到达深部地幔楔；而在寒冷的俯冲系统中，脱水深度更大，使得硼能更有效地进入弧岩浆源区。综上所述，本研究建立的深度积分储量框架为量化俯冲带挥发分输入提供了新基准，并强调了板片热状态在元素循环中的关键调控作用。
