朱明帅等-Geology：微陆块诱导初始俯冲

板块构造体制之下，板块俯冲起始的动力学过程和机制一直是地学界研究的热点。总体而言，板块俯冲起始可能发生在两个部位，一是被动大陆边缘（大洋和大陆的过渡带），二是大洋板块内部的薄弱带（洋中脊、转换断层、破碎带等）。在典型的被动大陆边缘（如现今的大西洋两侧的被动陆缘），由于岩石圈流变强度较大，很难发生俯冲起始。对于洋内俯冲而言，不管是诱发俯冲还是自发俯冲，普遍认为是密度大的年龄较老的大洋板块俯冲到密度小的年轻板块之下。然而，现有的机制很难解释北吕宋岛弧的俯冲起始过程，它是由年轻的南海板块（33–16Ma）俯冲到较老的菲律宾海板块（59–33Ma）之下（图1）。另外，俯冲型(SSZ)蛇绿岩被认为记录了古大洋的初始俯冲，SSZ型蛇绿岩的地幔端元普遍发现地壳物质（锆石等）和超高压矿物（金刚石），现有初始俯冲机制对这些外来物质的来源并未给出很好的解释。现今地球上洋内弧中发现很多古老锆石（Solomon Islands 和Luzon arc），暗示洋内弧中存在微陆块。前人对微陆块研究主要是其形成机制和微陆块向大陆边缘的碰撞增生过程，但是微陆块能否诱发初始俯冲目前尚缺乏研究。

图1 地球上微陆块诱导初始俯冲的可能实例

中国科学院地质与地球物理研究所朱明帅副研究员、颜智勇博士后、陈林研究员、苗来成研究员、张福勤研究员，联合上海交通大学的李顺副研究员和西班牙格拉纳达大学的Daniel Pastor-Galán等开展数值模拟工作，研究微陆块诱导初始俯冲的动力学过程。根据微陆块形成机制，设计了三种基础模型。模拟结果表明（图2），相对于被动大陆边缘，微陆块的边缘更容易产生初始俯冲，而且相对于老的大洋板块，年轻的大洋板块更易发生初始俯冲。初始俯冲过程中有明显的软流圈上涌（未来的SSZ型蛇绿岩），而微陆块会被肢解破坏，且大部分被俯冲的大洋板片带到地球深部。另外，该研究工作还系统测试了微陆块热梯度、流变学性质、地壳厚度、微陆块两侧大洋板片的年龄、板块汇聚速率和微陆块大小等因素对微陆块诱导初始俯冲的影响（图3）。

图2 微陆块导致初始俯冲的数值模拟

图3 微陆块热梯度、流变、地壳厚度、微陆块两侧大洋板片的年龄、板块汇聚速率和微陆块大小对微陆块诱导初始俯冲影响的数值模拟

该研究证实微陆块在初始俯冲过程中具有重要作用，提出的模型能很好的解释地球上年轻大洋板块向老的大洋板块下的俯冲过程（北吕宋岛弧）。微陆块诱导初始俯冲之所以在前人研究中被忽视，主要是因为微陆块在俯冲起始的过程中被破坏带到了地球深部。通过地质对比，推测麦夸里岛-约尔特海沟（Macquarie Island-Hjort Trench）一带也存在微陆块，导致未来可能俯冲起始的位置位于年轻大洋板块一侧（图1）。微陆块诱导初始俯冲模型能很好的解释SSZ型蛇绿岩中的地壳物质（尤其是前寒武纪锆石）、超高压矿物和大陆岩石圈地幔组分，它们均来源于微陆块（图4）。

图4 微陆块诱导初始俯冲模型解释SSZ型蛇绿岩中地壳物质和超高压矿物的来源

研究成果发表于国际学术期刊Geology（朱明帅, 颜智勇^*，Pastor-Galán, D., 陈林，苗来成，张福勤，李顺，杨顺虎. Do microcontinents nucleate subduction initiation?[J]. Geology, 2023. DOI: 10.1130/G51222.1）。研究受中国科学院战略先导项目(XDB 41000000)和国家自然科学基金项目(42272262，42204099和42172241 )等资助。