“挑战者深渊”俯冲板块地幔蛇纹石化层特性获揭示

中国科学院南海海洋研究所研究员丘学林团队同合作者研究揭示了马里亚纳海沟“挑战者深渊”俯冲板块上地幔蛇纹石化层特性。他们利用万米级人工源地震剖面，成功获得了马里亚纳“挑战者深渊”俯冲板块上地幔顶部高度蛇纹石化层的横波速度和纵横波速比。近日，相关成果发表于《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）。

论文第一作者、中国科学院南海海洋研究所副研究员贺恩远表示，马里亚纳“挑战者深渊”作为全球最深的海沟，位于伊豆-小笠原-马里亚纳俯冲带的最南段。该区域的俯冲板块具有古老年龄、陡峭俯冲角度以及强烈基底变形等特点，被视作端元型俯冲带。

此前，研究团队曾搭乘“探索一号”TS03航次，在马里亚纳俯冲带南段横穿“挑战者深渊”布设了一条230千米长的广角深地震测线TS2017-2，并获得了该测线的纵波速度结构。研究发现太平洋俯冲板块上地幔顶部存在4.0-6.5km 厚的速度异常层，但由于纵波速度存在多解性，对该异常层的岩石物质属性一直未能明确。

在此基础上，研究人员在国家自然科学基金、国家重点研发计划深海专项等项目的资助下，对该批次数据进行了深入分析。他们利用径向分量数据开展横波速度结构模拟和纵/横波速比分析，发现该上地幔层的纵/横波速比值超过1.80，最高可达1.95。

经过与实验室岩石参数的对比分析，确定该速度异常层为高度蛇纹石化地幔层，其形成与蛇纹石化地幔橄榄岩的机械强度快速变化密切相关。此外，波速比剖面显示，输入板块地壳和上地幔的纵/横波速比值向海沟方向呈增加趋势，但速度值却在减小，这表明板块挠曲断裂和水化程度的增强。

论文通讯作者丘学林表示，该研究结果表明，“挑战者深渊”区域的输入板块经历了强烈的挠曲断裂、水化和地幔蛇纹石化过程。这对于认识典型端元“马里亚纳”型俯冲系统的俯冲过程和水-物质循环机制具有重要意义。

相关论文信息：https://doi.org/10.1029/2024GL113792