“手風琴式”構造模式轉換的控制機制獲揭示

近日，中國科學院廣州地球化學研究所副研究員劉亮在中國科學院院士徐義剛的指導下，與國內外合作者基于正演模擬與多學科觀測聯合約束的研究思路，揭示了主動陸緣“手風琴式”構造模式轉換的控制機制。相關成果發表于《地球與行星科學通訊》（Earth and Planetary Science Letters）。

“威爾遜”旋回高度概述了地球板塊構造運動的第一級模式特征：新大洋打開-大洋板塊俯沖-板塊群匯聚-主洋盆閉合-大陸碰撞，旋回周期約4-6億年。近年來，許多研究表明，自顯生宙（ca. 5.4億年）以來，全球范圍內存在一些比威爾遜旋回更短暫的構造與巖漿活動旋回。

在1000-5000萬年內，許多非碰撞性的主動大陸邊緣經歷了多期次的擠壓-伸展構造體制轉換，以及巖漿活動的峰期與間歇期轉變（研究人員將這類旋回稱為“手風琴式”旋回）。相關研究表明，這些構造與巖漿活動模式的轉變與高浮力塊體進入俯沖帶的時間大致相同或稍晚。由于現有的威爾遜旋回沒有描述到“手風琴式”旋回，所以很難全面概括大多地質時期內主動大陸邊緣的地質演變。雖然前人進行了詳細研究，但對“手風琴式”旋回的控制機制尚未達成一致。

顯生宙以來“手風琴式”構造-巖漿旋回分布簡圖。研究團隊供圖

該研究在國家自然科學基金委重點項目和重大研究計劃集成項目的共同資助下，針對典型的“手風琴式”構造-巖漿旋回案例，系統正演模擬了含（多個）高浮力地塊的連續俯沖與斷續俯沖過程，通過與天然觀測的現象對比，研究表明：含高浮力地塊的不連續俯沖過程很大程度上控制了手風琴式旋回的發生；僅當板片的屈服應力臨界值大且密度小時，含有高浮力地塊的連續俯沖過程才可導致類似的構造-巖漿模式轉變。

高浮力地塊（的殘留物質）廣泛分布于地質歷史時期的活動陸緣和現今的大洋板塊內部：距今5千萬年、3.5億年、5.5億年以來的增生地塊物質分別占到大陸總面積的～15%、～30%、～42%；且～10%的當今洋底由高浮力地塊占據。該項研究所展示的含高浮力塊體的俯沖過程，可能曾經長期控制（至少顯生宙以來的）主動大陸邊緣構造-巖漿活動的演化，并且可能在可預見的未來內扮演同等重要的角色。

上述研究的開展，初步填補了威爾遜旋回對新大洋開啟后、陸-陸碰撞前大陸構造-巖漿模式頻繁轉變的描述空缺，并揭示了高浮力地塊斷續進入俯沖帶對主動陸緣“手風琴式”構造-巖漿模式轉變的控制作用。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118861