中國科大在大陸地殼深俯沖驅動機制方面取得進展

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低密度大陸地殼如何俯沖到地幔深度經歷超高壓變質作用？這是大陸動力學研究的重大科學問題之一。

中國科學技術大學教授陳伊翔及其合作者首次在歐洲西阿爾卑斯造山帶Sesia地體發現了超高壓變質作用，揭示了張裂大陸邊緣深俯沖的驅動力并非先前通常認為的大洋俯沖牽引力，而更可能是大洋擴張或大陸張裂引起的遠程推力。這項研究不僅對西阿爾卑斯造山帶的構造演化提供了新制約，而且對大陸深俯沖的地球動力學機制提供了新認識。該成果近期在線發表于《國家科學評論》。

板塊構造理論是20世紀地球科學的最重大成就，它成功解釋了大洋板塊從產生到消亡的整個過程。20世紀80年代，科研人員在地球表殼巖石中發現柯石英這種超高壓變質礦物，揭示了低密度大陸地殼能夠俯沖進入到高密度的地幔深度。這是板塊構造理論的一場革命，開啟了大陸深俯沖和超高壓變質這一全新的研究領域。

大陸地殼得以發生深俯沖，通常被認為是先前大洋板片俯沖產生的近程牽引驅動力。這個解釋要求大陸地殼俯沖之前存在與之耦合的、成熟的大洋盆地的閉合過程。然而，先前大洋板片俯沖的牽引是否是大陸深俯沖的必要條件？是否存在與小洋盆毗鄰的大陸地殼也發生了深俯沖？如果存在，其可能的驅動力是什么？這是大陸動力學研究領域的前沿問題。

針對這個問題，陳伊翔及其合作者對世界上經典的西阿爾卑斯造山帶中的Sesia地體進行了研究。西阿爾卑斯造山帶有超過200年的研究歷史，很多關于造山帶的概念和理論都源于此，廣受世人關注。Sesia地體被認為代表了張裂大陸邊緣的地殼殘片，在俯沖之前未與任何大的洋盆接觸，因此它為探討大陸深俯沖的動力學機制提供了理想的天然實驗室。

團隊在Sesia地體首次發現了超高壓變質礦物柯石英的存在，確鑿無疑地表明該地體中部分大陸地殼巖石經歷了超高壓變質作用。通過熱力學相平衡模擬和鋯石鈾-鉛同位素定年，他們揭示了該地體部分地殼巖石在7600萬年前，曾經深俯沖到大約80-120公里的地幔深度。根據前人對Sesia地體在晚白堊世時期的板塊構造恢復和構造-變質-巖漿記錄，他們揭示了該地體大陸地殼的深俯沖不可能由大洋巖石圈俯沖提供的近程牽引力導致，而更可能是板塊匯聚過程中洋底擴張或者大陸裂解產生的遠程擠壓推力所驅動。這顯著區別于前人通常認為的、與大的洋盆耦合的大陸地殼深俯沖的動力學機制。

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Sesia地體硬玉片麻巖中超高壓變質礦物柯石英的拉曼譜圖 中國科大供圖

這項研究結果不僅為西阿爾卑斯造山帶的構造演化提供了新制約，而且為張裂大陸邊緣地殼深俯沖的動力學機制提供了新認識。該研究將會激發對大陸深俯沖動力學機制的深入探究。