近日，中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質院重點實驗室林間院士團隊在南海深部結構研究中取得重要突破，首次獲得南海南部地幔相對富含水分的地球物理證據，發現了南海深部地震波速度結構南北不對稱，成果發表在國際學術期刊Nature Communications/《自然-通訊》上。林間院士為論文通訊作者，南方科技大學博士后田晉雨為第一作者，實驗室徐敏、張帆研究員和張旭博副研究員為論文合作者。
南海是世界上最大的邊緣海之一，近億年以來，大量的地球板片從東、西、南三個方向俯沖到南海之下，因此南海深部被稱為俯沖板片的“地下宮殿”。但由于海底觀測的限制，人類對該“地下宮殿”的深部結構一直知之甚少。2017年6月林間院士團隊搭乘“實驗3”科考船首次在南海西南次海盆實施高分辨率被動源海底地震實驗（圖1），對南海的“地下宮殿”進行三維高分辨率“CT”成像。
在南海西南次海盆，研究團隊發現，海盆南部40-80公里深度存在一個明顯的低地震橫波速度異常區，且異常在約50公里深度處達到峰值（圖2）。經過深度熱力學與巖石地球化學分析，研究團隊認為南海南部的上地幔相對富水，推測這些水可能源于俯沖板片的脫水作用。
結合南海現今構造，研究團隊提出一個全新的南海西南次海盆地幔演化模型（圖3）。一千多萬年以來，斷裂的古南海俯沖板片在下沉過程中持續釋脫水，導致南部地幔相對富水（～150-300 ppm）。本研究對揭示南海俯沖板片的“地下宮殿”結構、南海大量火山與島礁的成因以及地球俯沖帶水循環等都具有重要意義。
以上研究得到國家自然科學基金項目、中國科學院項目等共同資助。
圖1 南海海底地震實驗
圖2 南海西南次海盆地幔橫波速度結構：平面變化（上圖）和剖面變化（下圖）
圖3 南海西南次海盆地幔演化圖
論文相關信息：
Tian, J., Ma, Z., Lin, J. **, Xu, M., Yu, X., Le, B.M., Zhang, X., Zhang, F. & Guo, L. Mantle heterogeneity caused by trapped water in the Southwest Basin of the South China Sea. Nature Communications 14, 2710 (2023).
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