目前,对地球各重要地质储库的Mg同位素组成和变化范围的研究有非常好的进展,关于地质过程中分馏机理的研究也取得了许多成果,Mg同位素被认为可以作为良好的再循环物质示踪剂。表生和生物作用相关的各个地质储库,具有非常大的Mg同位素变化范围,而高温条件下形成的岩石储库的Mg同位素变化范围极小,平均值也接近正常地幔组成（-0.25±0.07‰）。在高温地质过程,如部分熔融、结晶演化和变质脱水过程,岩石的全岩Mg同位素通常不易发生可观测到的分馏。因此一旦地表样品俯冲进入地幔深部,则其异常的Mg同位素组成特征很可能会导致地幔局部Mg同位素的不均一,且可以被岩浆岩继承并带至地表。由于俯冲带是地表物质再循环的最主要场所,因此可以通过研究俯冲相关的岩浆岩的Mg同位素来研究地表物质的再循环以及俯冲过程中Mg同位素分馏机理,但这两种岩石类型的Mg同位素研究仍然存在很大争议。首先,产自中国东部的<110 Ma玄武岩普遍具有比正常地幔更轻的Mg和更重的Zn同位素组成,大多数研究认为玄武岩地幔源区存在古太平洋板片携带的再循环碳酸盐,但是碳酸盐沉积物并非俯冲沉积物中主要组分,蚀变洋壳和其他沉积物类型的影响却很少被探讨。其次,全球范围的弧岩浆岩普遍具有相对地幔值更重的Mg同位素组成,与大洋玄武岩明显不同。之前的研究认为重Mg同位素可能来自于俯冲沉积物或者蚀变洋壳脱水流体。但是考虑到地幔楔流体作用复杂,用弧岩浆岩反推出来的结果并不令人信服。因此,为了解决这样两个问题,我们做了如下工作。针对中国东部玄武岩成因问题,我们选择华南陆块江苏、浙江、福建3省份、6个火山区、11座火山的共50个新生代（27-1.2Ma）玄武岩,开展了Mg-Zn-Sr-Nd同位素的联合示踪研究。这些玄武岩可分为高CaO碧玄岩、低CaO碧玄岩、粗面玄武岩和拉斑玄武岩,同位素组成变化较大（δ26Mg=-0.29‰～-0.46‰,δ66Zn=0.27‰～0.50‰,87Sr/86Sr=0.703233～0.704175,εNd=3.8～8.0）,反映了玄武岩地幔源区显著的不均一性。高CaO碧玄岩和部分粗面玄武岩具有较高的Ca/Al和δ66Zn,较低的Hf/Hf*和δ26Mg,以及亏损的Sr-Nd同位素组成,与板片来源碳酸盐和地幔反应形成的碳酸盐化地幔产生的熔体一致。低CaO碧玄岩、一些粗面玄武岩和拉斑玄武岩具有低Ca/Al和δ26Mg、高Hf/Hf*和δ66Zn,以及亏损的Sr-Nd同位素组成。这些特征与再循环的碳酸盐化榴辉岩而非碳酸盐沉积物有关,这一推测和δ26Mg、δ66Zn与Zn/Fe值之间相关性指示的结果是一致的。此外,结合已发表的数据后发现,还有一些玄武岩具有高Ba/Th比值和富集的Sr-Nd同位素组成,这很可能体现了硅质沉积物的重要贡献。我们的研究表明,中国东部晚中生代至新生代玄武岩的地幔源区存在沉积碳酸盐、硅质沉积物以及碳酸盐化榴辉岩等多种再循环组分,这些组分不同的相对贡献比例是控制玄武岩成分变化的主要因素。为了更直接研究弧下深度板片来源流体-地幔楔相互作用中Mg同位素分馏行为,我们选择了一套代表弧下地幔楔-俯冲板片界面交代原岩和产物的大别山造山带毛屋地区纯橄岩、方辉橄榄岩、贫石榴石斜方辉石岩、富石榴石斜方辉石岩和石榴石单斜辉石岩样品开展系统的Mg和Si同位素研究。这些样品的Mg同位素变化范围极大（δ26Mg=-1.91‰～+1.25‰）,且具有明显的岩性相关性。纯橄岩作为辉石岩的原岩,具有最高的MgO含量和与正常地幔一致的Mg同位素组成（δ26Mg=-0.28‰～-0.22‰）。两种斜方辉石岩具有所有样品中最大的Mg同位素变化范围,贫石榴石斜方辉石岩具有显著高于正常地幔的δ26Mg值（-0.12‰～+1.25‰）,而富石榴石斜方辉石岩的δ26Mg（-1.91‰～-0.38‰）均低于正常地幔,方辉橄榄岩（0.02‰～0.54‰）则介于贫石榴石斜方辉石岩和纯橄岩之间。尽管辉石岩的Mg同位素具有非常大的变化范围,但是其Si同位素组成均一（δ30Si=-0.32 ± 0.09‰）,且和正常地幔值在误差范围内一致。我们认为Mg同位素变化可以用三个阶段的弧下地幔楔交代作用来解释。在第一个阶段,纯橄岩和富溶剂的超临界流体发生强烈的反应从而生成石榴石单斜辉石岩,具有高CaO、FeOT、TiO2和Al2O3含量和最低的MgO含量,显示了强烈的交代特征。δ26Mg和MgO、CaO含量分别为正、负相关关系,说明Mg同位素组成主要受控于富Mg碳酸盐在交代过程中的贡献。两种斜方辉石岩是第二个阶段的产物,矿物学和主、微量元素特征表明石榴石在富石榴石斜方辉石岩阶段大量生成。第二阶段持续升高的δ26Mg无法来自俯冲带流体的加入和淋洗作用。样品的Mg-Si同位素间并不存在明显相关关系,可以很好排除辉石岩-流体间热扩散或者化学扩散效应的影响。斜方辉石-石榴石间的Mg同位素分馏值（Δ26Mgopx-Grt=0.83‰～2.58‰）超出理论的矿物间平衡Mg同位素分馏值（Δ26Mgopx-pyrope=1.14‰）,表明矿物间不平衡可能对全岩Mg同位素造成影响。δ26Mg和Al2O3、FeOT间的负相关关系,和贫石榴石斜方辉石岩极高的La/Yb比值都表明石榴石的大量结晶是全岩δ26Mg升高的主要原因,石榴石和斜方辉石之间的同位素不平衡则很可能加剧了这一趋势。第三个阶段是橄榄岩隐性交代阶段,纯橄岩具有最低的SiO2、A12O3、CaO和Na2O含量,但是强烈富集Rb、Ba、U和Pb元素,且具有极高的Ba/Th 比值（309～2043）,前人对包裹体的研究结果也发现交代残余流体中显著富集流体活动性元素,可以认为这一阶段交代残余流体继承了前一阶段残余流体的重Mg同位素异常。因此我们认为,水岩相互作用后的残余流体有能力带着重Mg同位素向上迁移到弧岩浆地幔源区,并对弧岩浆岩提供了重Mg同位素异常的信号。这种过程可以被看作是一种造成弧岩浆岩重Mg同位素异常的新机制。