大陆深俯冲的深浅动力学响应学术资讯

来源：中国科学地球科学

基于大陆漂移和海底扩张学说建立的板块构造理论, 是认识岩石圈演化的基本理论。它成功地解释了与大洋岩石圈相关的地球动力学问题, 但是对大陆岩石圈演化仍认识不足。经典板块构造理论认为, 大洋岩石圈的俯冲消亡及随后发生的大陆碰撞, 意味着板块构造旋回的终结, 而不再发生大规模的变质作用和岩浆活动。20世纪80年代, 柯石英和金刚石等超高压(UHP)变质矿物在造山带中的相继发现, 指示低密度大陆也可以俯冲到地球深部上百公里深度, 从而引发了人们对于大陆深俯冲的讨论, 为板块构造理论“登陆”带来了革命性的影响。UHP变质岩为研究大陆深俯冲过程提供了宝贵线索, 但由于它们经历了陆-陆碰撞后的复杂折返过程, 俯冲带结构早已丧失, 其有限的时空分布制约了对大陆深俯冲过程的全面认识。

帕米尔高原位于青藏高原西构造结, 在印度-欧亚大陆持续汇聚过程中, 经历了比青藏高原主体更为强烈的挤压缩短。青藏高原内部的震源深度一般集中于上地壳, 局部发震深度较大, 但最大深度不超过90km；而帕米尔高原除存在大量浅源地震外, 还发育中源地震带, 最大深度达300km左右。近年来, 得益于在帕米尔高原开展的多期次流动地震台阵观测, 地震学研究揭示了帕米尔高原的岩石圈结构及应力分布特征, 地震成像结果显示印度-欧亚板块在帕米尔-兴都库什下方正发生着相向俯冲, 尤其是成带分布的中源地震, 直接指示该区正发生着陆内俯冲过程, 为剖析大陆深俯冲过程提供了宝贵的研究窗口(如图1所示)。与世界其他陆内中源地震带不同, 它们或多或少与大洋岩石圈俯冲有关, 而帕米尔高原下方的中源地震是发生在被动俯冲的亚洲大陆一侧, 即完全由大陆深俯冲诱发, 也正因为如此, 使得帕米尔中源地震带研究独具特色却更具普适意义。

图1 帕米尔高原构造背景与地震台阵位置

中国科学院地质与地球物理研究所博士后李玮与合作导师陈赟、德国地球科学中心(GFZ)袁晓晖等，基于帕米尔高原现有流动地震台阵观测资料, 利用接收函数谐波分析和环境噪声方法, 通过接收函数和面波频散联合反演重建了横跨帕米尔高原到费尔干纳盆地等主要构造单元的壳幔二维S波速度结构. 通过与接收函数成像剖面之间的对比分析, 揭示了帕米尔高原中源地震分布、Moho面形态、上地幔和壳内低速异常分区/分层之间的空间配置关系(如图2所示), 不仅进一步证实了亚洲大陆下地壳在帕米尔高原下方与岩石圈地幔耦合在一起发生了深俯冲, 而且指示了深俯冲地壳物质的变质脱水反应在该区中源地震活动和壳内变形中起到的重要作用(图3所示), 从而为认识和理解大陆深俯冲过程及其动力学响应提供了新的地震学制约. 该成果作为封面文章发表于《中国科学：地球科学》英文版2020年第5期。

图2 中源地震分布、Moho面形态、壳幔低速异常之间的空间配置关系

图3 大陆深俯冲过程及其动力学响应

本项研究受国家重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项(2016YFC0600402), 中国科学院战略性先导科技专项(B类)(XDB18000000), 国家自然科学基金项目(41804056, 41904055, 41374063)和中国博士后科学基金项目(2019M650034)联合资助.

来源：https://mp.weixin.qq.com/s/wRLb-tw1mORyocy1PpZ5UQ 中国科学地球科学

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4OTg5ODc0OA==&mid=2651230567&idx=1&sn=bce50f360e97fa4a640bdbc2b0597421&chksm=8be1daf4bc9653e2e1a03fcfb2706af0fe1863cc10250319dd20e287f6a0bfd390c3ba18d53c#rd

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