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趙亮等-NC:地震探測發現板塊俯沖界面的巨量蛇紋巖層
2020-05-01 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  板塊俯沖作用是驅動板塊構造的引擎,是地球演化甚至是藍色地球宜居性的深部控制因素。板塊俯沖初始啟動、連續消減的動力過程與機制受控于俯沖界面的流變特征。蛇紋石的粘度比普通地幔巖石的粘度低幾個數量級,因此俯沖界面地幔巖石蛇紋石化可顯著改變巖石圈流變特性,促進板片獲得持續俯沖的“正反饋”。此外,蛇紋石也是水和CO2等流體的主要攜帶礦物,因此是地球深部-淺部物質能量交換(mass and energy transport)的重要媒介。巖石學證據表明,蛇紋巖帶在古/新俯沖邊界廣泛出露,例如阿爾卑斯Viso單元就出露~10 km厚的蛇紋巖帶。盡管如此,由于俯沖界面只有數公里的厚度,傳統的地震學手段很難觀測到深部俯沖邊界蛇紋巖層的存在。 

  在國家自然科學基金委大陸演化與季風系統演變基礎科學中心項目與特提斯地球動力系統重大研究計劃的資助下,巖石圈演化國家重點實驗室趙亮研究員組織中--法阿爾卑斯地震觀測計劃(CIFALPS)團隊在經典的大陸深俯沖地區——西阿爾卑斯開展了高分辨率的地震成像研究(1)。應用新一代的跨維度反演算法,顯著提高了對俯沖界面的觀測精度和準確性。新的三維橫波速度圖像發現歐洲大陸-Adrian板塊俯沖界面50-70 km深度范圍內存在15-25 km厚橫波速度≤3.7 km s-1 的低速層(2)。綜合巖石物理實驗數據分析,推斷在50-70 km深度P-T條件下穩定具有≤3.7 km s-1 低速性質的最優合理解釋是蛇紋巖,可能由俯沖洋底蛇紋巖薄層和流體導致蛇紋石化的地幔堆積形成。正是這種堆積以及成像精度的提升使得地震學成像能夠發現它的存在:在西阿爾卑斯下方低速體體積達到~300,000 km3(圖1c、圖1d)。蛇紋巖層一方面促進了大陸板塊的深俯沖和折返,另一方面為俯沖帶深部水、碳循環提供了巨量容器。 

  本研究獲得的俯沖板片界面精細圖像有助于構建俯沖界面成分模型,為理解大陸深俯沖及深部水、碳循環過程與動力學機制提供定量化的證據。 

1 西阿爾卑斯地質構造圖(ab)40 km(c)、60 km(d)深度橫波速度分布圖。淺綠色和亮黃色突出顯示巨量低速體的分布

2 沿著中--法西阿爾卑斯地震觀測線的橫波速度分布。(a)速度橫截面;(b)典型控制點下方的速度剖面。綠色五角星顯示低速層的位置    

  研究成果發表于國際頂級學術期刊Nature Communications。(Zhao L, Malusà M G, Yuan H, Paul A, Guillot S, Lu Y, Stehly L, Solarino S, Eva E, Lu G, Bodin T, CIFALPS groupGroup, AlpArray Working Group. Evidence for a serpentinized plate interface favouring continental subduction[J]. Nature Communications, 2020, 11: 2171. DOI: 10.1038/s41467-020-15904-7)(原文鏈接)。這是巖石圈演化國家重點實驗室引領的中--法阿爾卑斯地震觀測計劃取得的第15項國際期刊論文成果。
 
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