近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所助理研究員程子華、研究員張帆、特聘研究員林間、副研究員張旭博，聯(lián)合自然資源部第二海洋研究所研究員丁巍偉，在馬里亞納俯沖起始后弧前擴張關(guān)閉和弧后擴張動力學(xué)演化過程方面取得新進展。相關(guān)研究發(fā)表于《構(gòu)造物理》（Tectonophys-ics）。
伊豆-小笠原-馬里亞納俯沖帶（IBM）是研究俯沖起始的最佳區(qū)域之一。在這個地區(qū)，較老的大洋巖石圈受到重力作用而俯沖到年輕的大洋巖石圈下。通過對弧前玄武巖和玻安巖的巖石地球化學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)俯沖起始時間是52個百萬年前。關(guān)于IBM俯沖起始的機制，前人已經(jīng)做了廣泛的研究。然而，對于弧前的關(guān)閉和后續(xù)的弧后擴張動力學(xué)演化過程的研究卻甚少。本研究結(jié)合了太平洋板塊運動方向在47個百萬年間的變化（圖1），模擬了IBM俯沖帶從弧前擴張關(guān)閉到弧后擴張的演化過程（圖2）。
圖1 （a）馬里亞納俯沖帶地形圖；（b）52 Ma 板塊重建速度圖；（c）47 Ma 板塊重建速度圖。
黑色實線箭頭為板塊運動速度，紅色虛線箭頭為太平洋板塊相對IBM俯沖帶的速度分量。
圖2 自發(fā)俯沖起始及弧后擴張模型演化圖。
（a）自發(fā)俯沖起始和0弧前擴張；（b）弧前關(guān)閉和穩(wěn)定俯沖；（c）弧后擴張開始；（d）持續(xù)弧后擴張；（e）弧后擴張停止。黑色箭頭表示5 Myr 后施加的水平速度。
部分熔融的抽取量顯示在每個圖的上方，紅色為洋殼熔融，藍(lán)色為含水地幔熔融。
根據(jù)模擬結(jié)果，研究人員發(fā)現(xiàn)在初始階段，由于重力作用，太平洋板塊沿轉(zhuǎn)換斷層開始俯沖和弧前擴張，形成了IBM俯沖帶。在約5個百萬年后，由于受到水平匯聚速度的影響，弧前擴張逐漸關(guān)閉，與觀測結(jié)果一致。隨后，穩(wěn)定的俯沖形成，并在18個百萬年發(fā)生弧后擴張，這也解釋了30個百萬年前四國海盆的形成。最后，由于弧后擴張的作用，島弧在弧后盆地兩側(cè)裂解。
基于以上模擬結(jié)果，研究人員提出了一個新的演化模式。在約52個百萬年時，由于重力作用，太平洋板塊沿著轉(zhuǎn)換斷層開始俯沖和弧前擴張，形成了IBM俯沖帶；在約47個百萬年時，太平洋板塊的運動方向發(fā)生改變，導(dǎo)致IBM俯沖帶受到水平方向的俯沖作用，關(guān)閉了弧前擴張，并逐漸形成了穩(wěn)定俯沖；隨著俯沖的進行，太平洋俯沖板塊后撤，引發(fā)了弧前閉合區(qū)域的弧后擴張。最后，弧后擴張導(dǎo)致島弧裂解，形成了現(xiàn)在的IMB島弧，同時在弧后盆地西側(cè)形成九州-帕勞洋脊殘留弧。
本項研究對于解釋溝-弧體系的演化具有重要意義，并有助于我們更好地理解完整的俯沖帶動力學(xué)過程，即“俯沖起始-島弧裂解-弧后擴張”。
附件下載：