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杨建锋等-GRL:地幔蛇纹石化及大洋地壳剥离可导致无岩浆型俯冲
2020-04-30 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  一个典型俯冲系统通常包含海沟-岛弧-盆地体系。岛弧广泛存在于大洋俯冲带,一般认为是沿着俯冲界面,由板片俯冲脱水上覆地幔变湿后熔融诱发的岩浆喷发所形成。作为深部物质的岩石学探针,岛弧岩浆岩携带了俯冲界面的物质信息,是认识俯冲体系动力学特征的重要依据。然而,有一种另类的俯冲体系,尽管其他证据可以证明俯冲正在/曾经发生板片俯冲作用,但缺失岛弧岩浆岩喷发的证据,地球科学家称之为无岩浆型俯冲带magma-poor subduction),比如阿尔卑斯和藏南地区下方的俯冲就是该类俯冲带的典型代表,岛弧岩浆空白(arc gap)时间窗分别长达40-5010-30百万年(图1)。为何这类俯冲带未能发育岩浆作用,其动力学机制一直是学术界争论的焦点问题之一。 

  在国家自然科学基金委大陆演化与季风系统演变基础科学中心项目与特提斯地球动力系统重大研究计划等的资助下,岩石圈演化国家重点实验室博士后杨建锋博士(目前是意大利帕多瓦大学博后)联合地震学、岩石学团队开展了动力学数值模拟实验研究。他们应用二维热-机械数值方法,模拟含水矿物在俯冲界面上的运移过程。实验发现,当俯冲板片同时具有薄地壳、较弱的流变特征以及厚的洋底蛇纹石化的地幔特征时,能导致含水物质(洋壳和岩石圈地幔)容易在较浅深度被剥离、堆积在大陆增生楔处(图2c),含水矿物不能俯冲到更深处,以致板片俯冲脱水上覆地幔变湿这个过程不能发生,从而导致无岩浆型俯冲。多学科证据表明,(超)慢速扩展的大洋板块边界能够产生同时具备薄地壳、较弱的流变特征以及洋底蛇纹石化地幔的俯冲板片。西阿尔卑斯和藏南地区岩石学观测证据支持这一观点。 

1 aPalinspastic重建及阿尔卑斯岩浆岩活动;(bPurang橄榄岩地体出露及藏南岩浆岩活动

2 左列显示数值模拟的三种俯冲板片端元模式,右列为相应俯冲体系产生岩浆量随时间的变化曲线。(a)正常厚度洋壳;(b)正常厚度洋壳+板片弯曲形成的蛇纹石化地幔;(c)薄洋壳+厚洋底蛇纹石化地幔

  研究成果发表于国际权威学术期刊Geophysical Research Letters。(Yang J, Lu G, Liu T, Li Y, Wang K, Wang X X, Sun B L, Faccenda M, Zhao L*. Amagmatic subduction produced by mantle serpentinization and oceanic crust delamination[J]. Geophysical Research Letters, 2020: e2019GL086257. DOI: 10.1029/2019GL086257)(原文链接 

 
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