“手风琴式”构造模式转换的控制机制获揭示

近日，中国科学院广州地球化学研究所副研究员刘亮在中国科学院院士徐义刚的指导下，与国内外合作者基于正演模拟与多学科观测联合约束的研究思路，揭示了主动陆缘“手风琴式”构造模式转换的控制机制。相关成果发表于《地球与行星科学通讯》（Earth and Planetary Science Letters）。

“威尔逊”旋回高度概述了地球板块构造运动的第一级模式特征：新大洋打开-大洋板块俯冲-板块群汇聚-主洋盆闭合-大陆碰撞，旋回周期约4-6亿年。近年来，许多研究表明，自显生宙（ca. 5.4亿年）以来，全球范围内存在一些比威尔逊旋回更短暂的构造与岩浆活动旋回。

在1000-5000万年内，许多非碰撞性的主动大陆边缘经历了多期次的挤压-伸展构造体制转换，以及岩浆活动的峰期与间歇期转变（研究人员将这类旋回称为“手风琴式”旋回）。相关研究表明，这些构造与岩浆活动模式的转变与高浮力块体进入俯冲带的时间大致相同或稍晚。由于现有的威尔逊旋回没有描述到“手风琴式”旋回，所以很难全面概括大多地质时期内主动大陆边缘的地质演变。虽然前人进行了详细研究，但对“手风琴式”旋回的控制机制尚未达成一致。

显生宙以来“手风琴式”构造-岩浆旋回分布简图。研究团队供图

该研究在国家自然科学基金委重点项目和重大研究计划集成项目的共同资助下，针对典型的“手风琴式”构造-岩浆旋回案例，系统正演模拟了含（多个）高浮力地块的连续俯冲与断续俯冲过程，通过与天然观测的现象对比，研究表明：含高浮力地块的不连续俯冲过程很大程度上控制了手风琴式旋回的发生；仅当板片的屈服应力临界值大且密度小时，含有高浮力地块的连续俯冲过程才可导致类似的构造-岩浆模式转变。

高浮力地块（的残留物质）广泛分布于地质历史时期的活动陆缘和现今的大洋板块内部：距今5千万年、3.5亿年、5.5亿年以来的增生地块物质分别占到大陆总面积的～15%、～30%、～42%；且～10%的当今洋底由高浮力地块占据。该项研究所展示的含高浮力块体的俯冲过程，可能曾经长期控制（至少显生宙以来的）主动大陆边缘构造-岩浆活动的演化，并且可能在可预见的未来内扮演同等重要的角色。

上述研究的开展，初步填补了威尔逊旋回对新大洋开启后、陆-陆碰撞前大陆构造-岩浆模式频繁转变的描述空缺，并揭示了高浮力地块断续进入俯冲带对主动陆缘“手风琴式”构造-岩浆模式转变的控制作用。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118861