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（OMG）丘學(xué)林研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所和中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)萬(wàn)米級(jí)人工地震剖面，發(fā)現(xiàn)了穿越馬里亞納“挑戰(zhàn)者深淵”的俯沖板塊上地幔頂部存在4.0-6.5 km的強(qiáng)蛇紋石化層，相關(guān)成果發(fā)表在Gondwana Research（《岡瓦納研究》）上，賀恩遠(yuǎn)博士為論文第一作者，丘學(xué)林研究員為通訊作者。陳傳緒副研、王元副研、徐敏研究員、趙明輝研究員和游慶瑜研究員為共同作者。

　　全球最深海溝“挑戰(zhàn)者深淵”位于伊豆-小笠原-馬里亞納俯沖帶的最南段，該區(qū)域的俯沖板塊年齡古老，俯沖角度陡峭，基底變形強(qiáng)烈，被認(rèn)為是典型的“冷俯沖帶”。由于極限水深的制約，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)該區(qū)域的深部結(jié)構(gòu)探測(cè)不足，對(duì)其地質(zhì)表象背后的俯沖過(guò)程和運(yùn)行機(jī)制認(rèn)識(shí)較少。

　　2017年1-3月，研究團(tuán)隊(duì)搭載TS03航次在馬里亞納俯沖帶南段橫穿“挑戰(zhàn)者深淵”布設(shè)了一條230 km長(zhǎng)的廣角深地震測(cè)線TS2017-2，該測(cè)線垂直海溝走向，包括了多個(gè)構(gòu)造單元。沿測(cè)線共投放和回收18臺(tái)主動(dòng)源海底地震儀（OBS）。其中，在海溝內(nèi)成功投放和回收了我國(guó)最新研發(fā)的萬(wàn)米級(jí)OBS，坐底最大水深為10060米，使我國(guó)成為世界上首個(gè)成功獲取萬(wàn)米級(jí)海洋人工地震剖面數(shù)據(jù)的國(guó)家（圖1）。

　　正在進(jìn)入“挑戰(zhàn)者深淵”的太平洋板塊由于俯沖撓曲發(fā)生了強(qiáng)烈的地殼破碎和上地幔蛇紋石化，大量的水通過(guò)俯沖板塊地幔進(jìn)入俯沖系統(tǒng)。研究團(tuán)隊(duì)在八臺(tái)OBS數(shù)據(jù)中均識(shí)別到了來(lái)自太平洋俯沖板塊上地幔內(nèi)的反射震相（PnP），由此，確定了上地幔內(nèi)存在反射界面。計(jì)算發(fā)現(xiàn)該區(qū)域存在厚4.0-6.5 km，速度為7.0-7.5 km/s的上地幔異常層。結(jié)合區(qū)域的多波束地形和地球物理數(shù)據(jù)，研究提出該異常層為強(qiáng)蛇紋石化地幔層，其形成可能與蛇紋石化地幔橄欖巖的機(jī)械強(qiáng)度快速變化有關(guān)（圖2）。

　　本次全球新發(fā)現(xiàn)的俯沖板塊內(nèi)強(qiáng)蛇紋石化地幔層，對(duì)于認(rèn)識(shí)典型端元“馬里亞納”型俯沖系統(tǒng)的俯沖過(guò)程和變形機(jī)制具有重要意義。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃深海專項(xiàng)、中科院海洋中心重點(diǎn)部署項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。

　　相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gr.2023.02.020

　　圖1. 馬里亞納俯沖帶南段的基底特征及OBS測(cè)線TS2017-2位置

　　圖2. 沿TS2017-2測(cè)線的速度結(jié)構(gòu)及地質(zhì)模型