俯冲带中地幔与地壳组分是如何相互作用的？

来源：中国科学地球科学

地球自从30亿年前就可能开始出现板块构造运动，其中俯冲作用是其核心过程，并逐步导致水圈、大气圈、生物圈等圈层的协同演化，实现着不同圈层间的物质循环和能量交换。根据俯冲带构造属性的不同，可将其划分为洋-洋、洋-陆和陆-陆俯冲带之上的不同地幔环境。俯冲带型蛇绿岩地幔单元和地幔楔型造山带橄榄岩分别代表着大洋和大陆俯冲带侵位的地幔岩石，是研究俯冲带壳幔相互作用的关键对象。大洋型俯冲带橄榄岩记录了从洋-洋俯冲启动、发展、成熟甚至消亡阶段复杂的熔/流体交代、熔-岩和水-岩相互作用、变形变质过程、金属成矿作用以及壳幔物质交换动力学过程；大陆型俯冲带橄榄岩则记录了从洋-陆俯冲到陆-陆俯冲、碰撞、折返阶段的强烈物理变形变质过程、多种性质的熔/流体交代作用，以及高度复杂的壳幔物质循环过程。

三种不同俯冲带类型及其地幔楔几何结构示意图

中国地质大学(武汉)郑建平教授等人撰写的题为“俯冲带橄榄岩及其记录的壳幔相互作用”一文，近期在《中国科学：地球科学》2019年7期出版。研究汇总了全球代表性俯冲带橄榄岩的研究现状，揭示了俯冲带从产生直至成熟甚至到消亡等不同阶段中复杂的变形变质过程、多种性质的熔/流体与壳幔岩石相互作用及物质循环过程等。

在俯冲带“壳幔界面”处，俯冲板片与地幔楔之间发生强烈且复杂的物理混杂作用、壳幔物质交换和流/熔体活动，诱发汇聚板块边缘大规模的构造、岩浆、变质和成矿作用。地幔楔是俯冲带系统的重要组成单元，位于俯冲板片之上、上覆板块地壳之下的“楔形”地幔区，在地球内部物质循环、壳幔物质相互作用过程中起着承上启下的关键作用。俯冲带内壳幔物质间的物理作用主要表现在不同岩石通过机械混合形成混杂岩带，地幔楔橄榄岩内各种裂隙和剪切带的发育，岩石和矿物的塑性或脆性变形，并容易导致地幔楔橄榄岩的水化交代过程，结果是对岩石的密度、磁性、波速等物理性质产生重要影响。俯冲带内壳幔物质循环及元素交换等所表现出的化学相互作用，主要是通过流/熔体与地幔楔岩石发生反应来实现。在不同温压条件下的硅酸盐岩石-水体系中，俯冲带内的流/熔体可划分为富水流体、含水熔体和超临界流体等。发现俯冲带壳幔物理作用过程主控着造山带和地幔楔的空间几何结构以及构造组合，同时也约束了壳幔化学相互作用所发生的物理空间。宏观和微观的变形作用对俯冲带壳幔界面的变质过程、熔/流体活动以及交代作用，均起着关键的“催化”作用。

更多详情请阅原文：

中文版：郑建平, 熊庆, 赵伊, 李文博. 俯冲带橄榄岩及其记录的壳幔相互作用. 中国科学: 地球科学, 2019, 49(7): 1037–1058

英文版：Zheng J, Xiong Q, Zhao Y, Li W. 2019. Subduction-zone peridotites and their records of crust-mantle interaction. Science China Earth Sciences, 62(7): 1033–1052