海洋所揭示大陸板內(nèi)玄武巖記錄太平洋板塊俯沖歷史
近日,中國科學院海洋研究所大洋巖石圈與地幔動力學課題組在Nature Index期刊Geophysical Research Letters發(fā)表了題為“Intraplate Basalts in Eastern Continental China Record the Subduction History of the Pacific Plate”的文章,揭示了中國東部大陸板內(nèi)玄武巖記錄太平洋板塊俯沖歷史。
中國東部的中-新生代火山巖如同地質(zhì)記錄儀,清晰保存了太平洋板塊的俯沖歷史。研究者通過分析716個具有原始成分特征(Mg# ≥ 0.6)的火山巖樣本,建立了1.5億年以來完整的地球化學時序變化圖譜。這些火山巖的地球化學成分在約1.1億年前和5000萬年前發(fā)生兩次顯著轉(zhuǎn)變(圖1),對應(yīng)古太平洋板塊俯沖停止和現(xiàn)代西太平洋俯沖開始的兩個關(guān)鍵構(gòu)造事件。約1.1億年前:火山巖開始從高硅、低鐵、高鉀、富集不相容元素,逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈凸?、高鐵、低鉀、貧不相容元素。這一時期恰逢古太平洋板塊停止向中國東部俯沖。約5000萬年前:火山巖成分再次轉(zhuǎn)變,鉀和不相容元素含量逐漸升高,標志著現(xiàn)代西太平洋板塊開始俯沖。
這些火山巖的成分變化與太平洋板塊俯沖構(gòu)造事件的契合并非偶然,而是與俯沖滯留于地幔過渡帶(410至660公里)的太平洋板塊的脫水行為密切相關(guān)(圖2)。板塊脫水會控制上覆巖石圈的厚度、地幔熔融的深度和程度,從而直接影響火山巖的地球化學成分。該項研究從地球化學角度系統(tǒng)論證了中國東部板內(nèi)火山巖與太平洋板塊俯沖歷史的成因聯(lián)系,為理解大陸板內(nèi)火山活動的起源提供了全新視角。

圖1 中國東部板內(nèi)火山巖自1.5億年以來的成分變化

圖2 自>1.1億年以來,太平洋板塊俯沖方向的轉(zhuǎn)變和地幔過渡帶(410-660 km)中滯留太平洋板塊的脫水作用對巖漿作用的控制作用。[(a)110 Ma前,古太平洋板塊NW方向俯沖于中國東部之下,其在地幔過渡帶中的脫水造成了上覆巖石圈的減薄和中生代巖漿作用。(b)110-50 Ma,古太平洋板塊的俯沖方向自NW轉(zhuǎn)變?yōu)镹NW,與中國東部大陸邊緣為轉(zhuǎn)換斷層接觸,俯沖脫水停止,巖漿活動稀少,巖石圈增厚。(c)50 Ma后,現(xiàn)今的太平洋板塊WNW向俯沖于中國東部之下,板塊脫水作用和火山活動重啟,巖石圈增厚停止。]
該論文的第一作者兼通訊作者是中國科學院海洋研究所孫普副研究員,合作作者包括中國地質(zhì)大學(北京)牛耀齡教授、中國科學院海洋研究所郭鵬遠副研究員等。該研究得到國家自然科學基金、山東省自然科學基金等項目的共同資助。
論文信息:
Sun, P.*, Niu, Y., Guo, P., Duan, M., Wang, X. and Gong, H., 2025. Intraplate Basalts in Eastern Continental China Record the Subduction History of the Pacific Plate. Geophysical Research Letters, 52(16): e2024GL114411.
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