科研進(jìn)展

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

發(fā)布時(shí)間:2024-08-16 來源:南海海洋研究所

近日,中國科學(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??赡艽嬖诮锹淞?,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。

該研究受到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院南海海洋研究所發(fā)展基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B 類)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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