《新特提斯洋长期俯冲起始:来自变质底板年代学的启示》

  • 来源专题:深海资源开发
  • 编译者: 徐冰烨
  • 发布时间:2025-09-14
  • 俯冲作用长期以来一直未被完全理解,尤其是在触发其起始的机制和条件方面。缺乏来自新生俯冲带的可获取地质记录,一直是这一研究的主要障碍。俯冲起始 (Subduction initiation, SI) 是一种地球动力学过程,在该过程中,一块洋壳板块下沉直至俯冲作用自我维持,从而形成俯冲带。变质基底(Metamorphic soles, MSs)与超俯冲带Suprasubduction Zone, SSZ)上方蛇绿岩分别作为下板块与上板块的记录,对研究 SI 提供了宝贵的见解。MSs通常位于 SSZ 蛇绿岩之下的构造位置,可以表现为断层限定单元,或作为蛇绿岩混杂岩中的离散岩块。在 SI 过程中,下板块发生俯冲并经历变质作用,从而形成 MSs。尽管早期年代学研究认为 MSs 与 SSZ 蛇绿岩近乎同时形成,但年代学的最新进展对这一同步性提出了质疑。利用榍石、锆石和石榴石测年的研究表明,一些 MSs 的形成早于其上覆的 SSZ 蛇绿岩,提示二者的形成可能存在解耦。

    雅鲁藏布缝合带是青藏高原最年轻、最南缘的缝合带,标志着印度板块与欧亚板块的边界。该缝合带包括一系列地质单元,如冈底斯弧、日喀则前弧盆地、雅鲁藏布蛇绿岩 (Yarlung Zangbo Ophiolites, YZO) 和构造混杂岩。YZO 代表了新特提斯洋岩石圈的残片。其中的 MSs对理解新特提斯 SI 的动力学和演化具有关键意义。此前的研究提出,MSs可能形成于衰退的洋中脊,或形成于被动大陆边缘,其时间与 YZO 的同期或略早。然而,MSs的构造环境与形成持续时间仍存在争议。此外,MSs原岩的形成时代 —— 这是揭示俯冲系统演化历史的关键因素—— 在YZO中尚未得到确定。中国地质大学(北京)沈洁博士生、戴紧根教授采用锆石、磷灰石和榍石年代学,并结合稀土元素 (REE) 分布特征,对中段 YZO 的萨嘎、拉孜和白朗地区的 MSs 样品进行研究,旨在阐明其演化过程,并限定 MSs 在新特提斯俯冲系统中的构造与时间框架。

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  • 《中国科学院海洋研究所研究揭示板块俯冲起始机制》

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    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2021-03-29
    • 近日,中国科学院海洋研究所孙卫东课题组李贺、孙卫东与综合大洋钻探(IODP)351航次首席科学家Arculus教授等IODP专家合作,在Nature Communications 发表了关于新生代伊豆小笠原俯冲起始的文章。 俯冲带和岛弧早期阶段形成的岩浆特征与成熟岛弧体系的岩浆特征有所不同,是研究俯冲起始的切入点。伊豆小笠原-马里亚纳(IBM)俯冲体系早期阶段主要由低钛-钾拉斑玄武岩和玻安岩组成。国际大洋钻探351航次在奄美盆地发现的玄武岩,位于IBM最古老的残余弧的下方和偏西部,形成时间在约49 百万年前。晚于此前发现的该区最早的弧前玄武岩(51-52 百万年)约3百万年。由于这些玄武岩正处于弧前玄武岩和典型弧岩浆作用之间的转折点,表明俯冲起始经历了约3百万年的时间。文章研究的玄武岩是低钛-钾、含铝尖晶石的拉斑玄武岩。这些伊豆小笠原马里亚纳岛弧发展早期阶段形成弧前玄武岩来,与大洋中脊、弧后盆地、岛弧或大洋岛玄武岩相比单矿物组份和全岩组份都存在明显地球化学区别。它们来自热的、还原的、难熔上地幔橄榄岩源区。该玄武岩的矿物温度计显示其形成的温压条件变化大,是从斜长石-尖晶石-橄榄岩相边界处的压力迅速转移到地表,保留了多压多热矿物学的遗迹。这些特征为揭示板块俯冲起始机制提供了关键信息,暗示俯冲起始阶段该区处于挤压环境,而非自发俯冲起始对应的拉张环境。该研究结果支持孙卫东等2020 年在Science Bulletin发表的“新特提斯洋闭合碰撞诱发西太平洋新生代板块俯冲起始”的观点。 文献: Li, H*., Arculus, R.J*., Ishizuka, O., Hickey-Vargas, R., Yogodzinski, G. M., McCarthy A., Kusano, Y., Brandl, P.A., Savov, I.P., Tepley III, F. J., Sun, W.D*. Basalt derived from highly refractory mantle sources during early Izu-Bonin-Mariana arc development. Nature Communications. 2021. Doi: 10.1038/s41467-021-21980-0. Sun, W.D.*, Zhang, L.P., Li, H., Liu, X., (2020) The synchronic Cenozoic subduction initiations in the west Pacific induced by the closure of the neo-Tethys ocean. Science Bulletin 65, 2068-2071.
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    • 海洋试点国家实验室科学家针对东台湾蛇绿岩进行研究,在东台湾蛇绿岩起源与南海俯冲起始研究方面取得重要进展,相关研究成果近日在国际地学期刊《地球化学、地球物理、地球系统》(Geochemistry, Geophysics, Geosystems)上发表。 台湾岛地处欧亚板块-南海海洋岩石圈与菲律宾海板块聚合交界,是当今活跃的斜向弧陆碰撞造山带。台湾东部海岸山脉为北吕宋海槽弧前盆地与北吕宋火山岛弧向西碰撞加附至中央山脉增生楔的地质单元。其中,海岸山脉中段至南段弧前层序西侧出露含有大量外来岩块的利吉混杂岩。这些外来岩块内有一部分为蛇绿岩质岩块,被称为“东台湾蛇绿岩”(East Taiwan Ophiolite, ETO),包含蛇纹石化橄榄岩、蛇纹岩、异剥钙榴岩、辉长岩、辉绿岩、斜长花岗岩、玻璃质枕状玄武岩及红色页岩等。这些岩块一直被认为是来自某个海洋岩石圈。 虽然东台湾蛇绿岩自上世纪七十年代[1] 起即有野外地质调查、矿物学、岩石学及初步的地球化学研究,但由于年龄、岩浆成因及来源未有定论,加上学界一直以来在利吉混杂岩的成因解释上充斥着各种构造模型,并惯于使用利吉混杂岩的模型来推测东台湾蛇绿岩的成因与来源,导致四十年来对东台湾蛇绿岩争议不断。 海洋试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室孙卫东课题组林秋婷博士针对这东台湾蛇绿岩进行研究,并与周边海洋岩石圈的年龄及属性进行海陆对比。该研究有以下几项重要发现: (1) 东台湾蛇绿岩定年结果为15-16 Ma之间,接近南海扩张后期,并与台湾东侧的花东海盆(125 Ma)及西菲律宾海(45-50 Ma)及北吕宋火山岛弧已知最老铀-铅及氩-氩年龄(< 9.2 Ma)有着明显的差异。 (2) 东台湾蛇绿岩中的玻璃质玄武岩虽相对典型洋中脊玄武岩(MORB),为更亏损但亏损程度又不及弧前玄武岩,因此被认为更接近弧后盆地玄武岩(BABB)的特征;此外,同位素特征与南海海洋地壳具有强烈的亲缘性。 (3) 东台湾蛇绿岩玻璃质玄武岩的就位可能与南海俯冲起始事件有关,作者认为只有在转型断层直接转化为海沟的时期,才可能将未历经变质的下板块玻璃质玄武岩保留在接近弧前的位置。 (4)东台湾蛇绿岩是包含来自上、下板块物质的复合型蛇绿岩,并非来自单一海洋岩石圈的物质。在未来的研究中尤其在讨论各类岩类的就位时须特别注意此点。 以上研究成果发表在国际地学期刊《地球化学、地球物理、地球系统》(Geochemistry, Geophysics, Geosystems)上。第一作者及通讯作者为海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室孙卫东研究员课题组林秋婷博士。