近日，中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質重點實驗室（OMG）丘學林研究團隊，聯合中國科學院深海科學與工程研究所和中國科學院地質與地球物理研究所研究團隊，通過萬米級人工地震剖面，發現了穿越馬里亞納“挑戰者深淵”的俯沖板塊上地幔頂部存在4.0-6.5 km的強蛇紋石化層，相關成果發表在Gondwana Research（《岡瓦納研究》）上，賀恩遠博士為論文第一作者，丘學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“挑戰者深淵”位于伊豆-小笠原-馬里亞納俯沖帶的最南段，該區域的俯沖板塊年齡古老，俯沖角度陡峭，基底變形強烈，被認為是典型的“冷俯沖帶”。由于極限水深的制約，長期以來對該區域的深部結構探測不足，對其地質表象背后的俯沖過程和運行機制認識較少。
2017年1-3月，研究團隊搭載TS03航次在馬里亞納俯沖帶南段橫穿“挑戰者深淵”布設了一條230 km長的廣角深地震測線TS2017-2，該測線垂直海溝走向，包括了多個構造單元。沿測線共投放和回收18臺主動源海底地震儀（OBS）。其中，在海溝內成功投放和回收了我國最新研發的萬米級OBS，坐底最大水深為10060米，使我國成為世界上首個成功獲取萬米級海洋人工地震剖面數據的國家（圖1）。
正在進入“挑戰者深淵”的太平洋板塊由于俯沖撓曲發生了強烈的地殼破碎和上地幔蛇紋石化，大量的水通過俯沖板塊地幔進入俯沖系統。研究團隊在八臺OBS數據中均識別到了來自太平洋俯沖板塊上地幔內的反射震相（PnP），由此，確定了上地幔內存在反射界面。計算發現該區域存在厚4.0-6.5 km，速度為7.0-7.5 km/s的上地幔異常層。結合區域的多波束地形和地球物理數據，研究提出該異常層為強蛇紋石化地幔層，其形成可能與蛇紋石化地幔橄欖巖的機械強度快速變化有關（圖2）。
本次全球新發現的俯沖板塊內強蛇紋石化地幔層，對于認識典型端元“馬里亞納”型俯沖系統的俯沖過程和變形機制具有重要意義。該研究得到了國家重點研發計劃深海專項、中科院海洋中心重點部署項目、國家自然科學基金的資助。
相關論文鏈接：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測線TS2017-2位置
圖2. 沿TS2017-2測線的速度結構及地質模型
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