GRL：地幔蛇纹石化及大洋地壳剥离可导致无岩浆型俯冲

来源：中科院地质地球所

杨建锋等-GRL：地幔蛇纹石化及大洋地壳剥离可导致无岩浆型俯冲

一个典型俯冲系统通常包含海沟-岛弧-盆地体系。岛弧广泛存在于大洋俯冲带，一般认为是沿着俯冲界面，由板片俯冲脱水—上覆地幔变湿后熔融诱发的岩浆喷发所形成。作为深部物质的岩石学“探针”，岛弧岩浆岩携带了俯冲界面的物质信息，是认识俯冲体系动力学特征的重要依据。然而，有一种“另类”的俯冲体系，尽管其他证据可以证明俯冲正在/曾经发生板片俯冲作用，但缺失岛弧岩浆岩喷发的证据，地球科学家称之为“无岩浆型俯冲带”（magma-poor subduction），比如阿尔卑斯和藏南地区下方的俯冲就是该类俯冲带的典型代表，岛弧岩浆空白（arc gap）时间窗分别长达40-50、10-30百万年（图1）。为何这类俯冲带未能发育岩浆作用，其动力学机制一直是学术界争论的焦点问题之一。 

在国家自然科学基金委“大陆演化与季风系统演变”基础科学中心项目与“特提斯地球动力系统”重大研究计划等的资助下，岩石圈演化国家重点实验室博士后杨建锋博士（目前是意大利帕多瓦大学博后）联合地震学、岩石学团队开展了动力学数值模拟实验研究。他们应用二维热-机械数值方法，模拟含水矿物在俯冲界面上的运移过程。实验发现，当俯冲板片同时具有薄地壳、较弱的流变特征以及厚的洋底蛇纹石化的地幔特征时，能导致含水物质（洋壳和岩石圈地幔）容易在较浅深度被剥离、堆积在大陆增生楔处（图2c），含水矿物不能俯冲到更深处，以致板片俯冲脱水—上覆地幔变湿这个过程不能发生，从而导致“无岩浆型俯冲”。多学科证据表明，（超）慢速扩展的大洋板块边界能够产生同时具备薄地壳、较弱的流变特征以及洋底蛇纹石化地幔的俯冲板片。西阿尔卑斯和藏南地区岩石学观测证据支持这一观点。 

图1 （a）Palinspastic重建及阿尔卑斯岩浆岩活动；（b）Purang橄榄岩地体出露及藏南岩浆岩活动

图2 左列显示数值模拟的三种俯冲板片端元模式，右列为相应俯冲体系产生岩浆量随时间的变化曲线。（a）正常厚度洋壳；（b）正常厚度洋壳+板片弯曲形成的蛇纹石化地幔；（c）薄洋壳+厚洋底蛇纹石化地幔

研究成果发表于国际权威学术期刊Geophysical Research Letters。（Yang J, Lu G, Liu T, Li Y, Wang K, Wang X X, Sun B L, Faccenda M, Zhao L*. Amagmatic subduction produced by mantle serpentinization and oceanic crust delamination[J]. Geophysical Research Letters, 2020: e2019GL086257. DOI: 10.1029/2019GL086257）