国际知名地学期刊Geology以《Insights into initial continental rifting of marginal seas from seismic evidence for slab relics in the mid-mantle of the Woodlark rift, southwestern Pacific》为题发表了我院于有强教授关于板缘裂谷（边缘海）初始演化的最新研究成果。
海底扩张和板块构造理论常被用于解释被动大陆边缘的大洋（如大西洋）形成，而在汇聚大陆边缘，尤其是西太平洋一系列边缘海的起始扩张动力学模式与深部地幔响应机制仍未达成共识（图1）。这些边缘海大多不再活跃或非常成熟，因而与其起始演化相关的结构特征可能被后期的系列构造活动严重改造，从而阻碍揭示边缘海的成因机制。位于巴布亚新几内亚东南侧，并处于大陆裂谷初始演化阶段的活跃伍德拉克裂谷是探讨这一问题的天然实验室。该裂谷两侧分别是快速斜向汇聚（~110 mm/yr）的澳大利亚和太平洋板块，并且几乎是西太平洋地区唯一一个包含了从活跃海底扩张（20-40 mm/yr）到大陆裂谷初始张裂（10-15 mm/yr）的边缘海区域，但目前对其上地幔与地幔转换带结构的研究仍显不足。地幔转换带是位于410千米（d410）至660千米（d660）的上下地幔过渡区。由于d410和d660具有相反的克拉伯龙斜率，低温（如俯冲残片）和高温（如地幔柱）异常的存在会分别导致地幔转换带的增厚和减薄，可以很好地反映深部地幔的温度与组成等构造信息。
图1. A：西太平洋主要边缘海分布图；B：伍德拉克裂谷及邻区地质构造背景图；C：接收函数数据密度分布图。
该研究基于伍德拉克裂谷所有可用海陆宽频带地震数据，引入非平面波假设下的接收函数方法，获得了此裂谷地区地幔转换带结构信息，为深入理解汇聚构造背景下板缘张裂的初始演化机制提供了更多深部构造证据。结合前人层析成像、板块重建、三维各向异性等多学科研究成果，发现伍德拉克裂谷下方存在大面积的地幔转换带增厚，分析为古俯冲板块残片所致（图2）；留存于上地幔及地幔转换带中的古俯冲残片会持续沉降和脱水，诱发上地幔熔融，进而弱化上覆岩石圈的强度，推动裂谷的张裂演化（图2）。该研究强调当下活跃边缘海初始大陆张裂过程中，至少在伍德拉克裂谷地区，不存在主动地幔上涌，其演化的推动力主要来自于周边的俯冲拖拽；并揭示出古俯冲残片推动板缘裂谷的初始演化，在后续板缘张裂机制研究中需要考虑此因素的作用。
图2. A-C：图1C中所示的地形、接收函数道基和速度异常剖面结果图；D：伍德拉克裂谷地区的俯冲残片作用机制模式图。
论文第一及通讯作者为于有强教授，合作者包括德国地球科学中心（GFZ）、德国自由柏林大学Frederik Tilmann教授，美国密苏里科技大学Stephen S. Gao教授和Kelly H. Liu 教授，以及我院博士研究生席家骥。该研究受到国家自然科学基金（42074052；42374054）、上海市基础研究特区计划、上海市青年科技启明星计划（22QA1409600）以及德国洪堡基金会资助。
全文链接：https://doi.org/10.1130/G51528.1
撰稿：席家骥、于有强
编辑：高小丰