“挑戰者深淵”俯沖板塊地幔蛇紋石化層特性獲揭示

中國科學院南海海洋研究所研究員丘學林團隊同合作者研究揭示了馬里亞納海溝“挑戰者深淵”俯沖板塊上地幔蛇紋石化層特性。他們利用萬米級人工源地震剖面，成功獲得了馬里亞納“挑戰者深淵”俯沖板塊上地幔頂部高度蛇紋石化層的橫波速度和縱橫波速比。近日，相關成果發表于《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）。

論文第一作者、中國科學院南海海洋研究所副研究員賀恩遠表示，馬里亞納“挑戰者深淵”作為全球最深的海溝，位于伊豆-小笠原-馬里亞納俯沖帶的最南段。該區域的俯沖板塊具有古老年齡、陡峭俯沖角度以及強烈基底變形等特點，被視作端元型俯沖帶。

此前，研究團隊曾搭乘“探索一號”TS03航次，在馬里亞納俯沖帶南段橫穿“挑戰者深淵”布設了一條230千米長的廣角深地震測線TS2017-2，并獲得了該測線的縱波速度結構。研究發現太平洋俯沖板塊上地幔頂部存在4.0-6.5km 厚的速度異常層，但由于縱波速度存在多解性，對該異常層的巖石物質屬性一直未能明確。

在此基礎上，研究人員在國家自然科學基金、國家重點研發計劃深海專項等項目的資助下，對該批次數據進行了深入分析。他們利用徑向分量數據開展橫波速度結構模擬和縱/橫波速比分析，發現該上地幔層的縱/橫波速比值超過1.80，最高可達1.95。

經過與實驗室巖石參數的對比分析，確定該速度異常層為高度蛇紋石化地幔層，其形成與蛇紋石化地幔橄欖巖的機械強度快速變化密切相關。此外，波速比剖面顯示，輸入板塊地殼和上地幔的縱/橫波速比值向海溝方向呈增加趨勢，但速度值卻在減小，這表明板塊撓曲斷裂和水化程度的增強。

論文通訊作者丘學林表示，該研究結果表明，“挑戰者深淵”區域的輸入板塊經歷了強烈的撓曲斷裂、水化和地幔蛇紋石化過程。這對于認識典型端元“馬里亞納”型俯沖系統的俯沖過程和水-物質循環機制具有重要意義。

相關論文信息：https://doi.org/10.1029/2024GL113792