關于東加勒比地區俯沖弧后地幔結構新認識

　　俯沖大洋板塊的脫水及其對地幔結構的影響是重要科學問題。前人研究表明，在弧下100±20 km深處存在大量脫水，導致地表火山島弧的形成；俯沖板片滯留到地幔過渡帶會造成深部物質脫水。然而，在板片俯沖到兩三百千米深的區域，如小安的列斯島弧的弧后海域，地表不存在火山活動，而一些深度分辨率較低的大尺度三維成像結果顯示上地幔低速異常。由此引出了一個問題：弧后海域地幔的熱物質會影響地幔頂部乃至地殼？這需要對特定深度更準確的層析成像結果來解答。此外，地震各向異性是研究俯沖帶地區深部動力學的重要參數。此前對東加勒比地區各向異性的研究均基于剪切波分裂，其僅能提供地震臺站下方的各向異性結構，不足以提供對俯沖弧后地區的完整約束。

　　中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室副研究員呂彥等，利用發展的地幔頂部地震波速度與各向異性成像方法，獲得了東加勒比地區地幔頂部Pn波速度和各向異性結構。研究發現，東加勒比海下方地幔頂部的速度較高，這不同于前人在地幔更深處的低速成像結果。將這一發現與其在西北太平洋俯沖帶的類似發現相結合，推斷弧后海域的地幔頂部不受較深處地幔熱物質的顯著影響。各向異性結果顯示，板塊邊界地區存在平行于海溝方向的各向異性結構，弧后海域存在垂直于海溝方向的各向異性結構，碰撞邊界地區的剪切波分裂應主要歸因于地幔頂部的強烈各向異性。

　　該研究揭示了大洋板片俯沖過程的三個重要特征：（1）在大洋板片俯沖過程中，島弧下方存在大量脫水，導致地表火山島弧和地幔頂部顯著的平行于海溝方向的各向異性；（2）在弧后海域下方，脫水可能存在，但僅影響俯沖板片的上部，而不顯著影響到地幔頂部和地殼；（3）弧后海域地幔頂部受地幔楔物質流動影響形成垂直于海溝方向的各向異性。

　　相關研究成果發表在JGR: Solid Earth上，研究工作得到國家自然科學基金和地質地球所重點自主部署項目“行星多圈層耦合”的資助。