研究揭示新西蘭北島弧后地區(qū)南部上地幔和俯沖板片的變形特征
近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙明輝研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合浙江海洋大學(xué)、西澳大利亞地質(zhì)調(diào)查局以及新西蘭惠靈頓維多利亞大學(xué)，在新西蘭北島弧后地區(qū)南部上地幔和俯沖板片變形特征研究中取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際知名地學(xué)期刊《構(gòu)造物理》（Tectonophysics）。副研究員曹令敏為第一作者和通訊作者，浙江海洋大學(xué)博士何小波為共同通訊作者。
新西蘭北島位于太平洋板塊與澳大利亞板塊之間的斜向匯聚邊界——Hikurangi俯沖帶上（圖1）。該俯沖帶發(fā)育有陶波火山區(qū)，而在該火山區(qū)以西150km左右的弧后區(qū)域又發(fā)育有塔拉納基火山；在北島中部，呈東西向的Taranaki-Ruapehu構(gòu)造線（TRL）附近上覆巖石圈可能發(fā)生了拆沉。研究區(qū)構(gòu)造作用強(qiáng)烈，是研究俯沖板片變形、巖漿活動(dòng)與巖石圈拆沉相互作用的天然實(shí)驗(yàn)室。
研究人員通過(guò)收集區(qū)域臺(tái)網(wǎng)的地震波波形資料，利用剪切波分裂方法，刻畫(huà)了上地幔介質(zhì)各向異性，揭示了俯沖板片與上覆巖石圈變形和地幔流動(dòng)特征。
研究結(jié)果表明，研究區(qū)近震快波方向有明顯不同，北東側(cè)呈北東向，表明俯沖板片內(nèi)發(fā)育有平行于海溝方向的正斷層（形成于外援隆起地區(qū)），或者陶波火山區(qū)地殼內(nèi)含流體裂隙；而西南側(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)槟蠔|向，呈垂直海溝方向，推斷與不同深度的俯沖板片的應(yīng)力變化（圖2a和圖3）。同時(shí)，該垂直于海溝方向的快波方向表示上地幔可能存在角落流，將部分蛇紋巖化的弧前地幔拖入弧后深部地幔，脫水產(chǎn)生的流體/熔體發(fā)生進(jìn)一步交代而形成了遠(yuǎn)離火山弧的塔拉納基火山的深部巖漿。而遠(yuǎn)震快波方向平行于海溝走向，推斷存在板下地幔流或俯沖板片內(nèi)存在平行海溝方向的裂隙；圖2b中的B區(qū)表現(xiàn)有較大的延遲時(shí)間，或是俯沖板片與 410 km不連續(xù)面的交互作用的結(jié)果，或與Taranaki-Ruapehu構(gòu)造線附近的巖石圈拆沉有關(guān)（圖2b和圖3）。
該項(xiàng)研究揭示了太平洋俯沖板片與上地幔變形特征，闡明了俯沖板塊與410 km間斷面相互作用的深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程，構(gòu)建了研究區(qū)斜向俯沖的構(gòu)造格局，同時(shí)對(duì)弧后巖漿活動(dòng)分布和成因提供重要科學(xué)參考。
該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所發(fā)展基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（B 類(lèi)）等共同資助。
相關(guān)論文信息：Cao,L.,He,X.,Yuan,H.,Zhao,M.,Qiu,X.,Savage,M. (2024). Upper-mantle seismic anisotropy in the southwestern North Island,New Zealand: Implications for regional upper-mantle and slab deformation. Tectonophysics.?
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.tecto.2024.230455
圖1 （a）研究區(qū)主要構(gòu)造和使用的地震臺(tái)站（粉色和藍(lán)色三角）分布圖。不同顏色的圓圈代表不同深度的地震震中投影；TRL指Taranaki-Ruapehu構(gòu)造線。（b）區(qū)域構(gòu)造背景圖。
圖2?研究區(qū)近震S分裂結(jié)果（a）和遠(yuǎn)震S/SKS分裂結(jié)果（b）
圖3? 研究區(qū)上地幔和俯沖板片變形模式圖
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