洋底高原前缘俯冲加剧板块挠曲断裂和蛇纹石化

　　

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室丘学林研究团队在马里亚纳俯冲带南段输入板块断裂和水化过程方面取得重要进展，相关成果以Pre-subduction of the Caroline Plateau intensifies lithospheric hydration in the southern Mariana Trench为题发表于国际期刊《Communications Earth & Environment》。副研究员贺恩远为论文第一作者，研究员丘学林为通讯作者，合作者包括研究员徐敏、研究员赵明辉、副研究员张江阳，德国GEOMAR-亥姆霍兹基尔海洋研究中心博士黎雨晗和教授Ingo Grevemeyer，中国科学院地质与地球物理研究所高级工程师王元，中国科学院深海科学与工程研究所研究员陈传绪。

马里亚纳俯冲带南段拥有地球最深点“挑战者深渊”，其太平洋板块古老（~125百万年）、俯冲角度大，板块挠曲强烈，为典型“冷俯冲带”；而西侧约100公里处却存在年轻的卡洛琳洋底高原（~30百万年）。这种新老并置的构造格局为研究年轻洋底高原与古老洋壳共同俯冲对系统的影响提供了天然实验室（图1）。

研究团队利用横跨海沟的OBS2017-1广角深地震测线，基于走时模拟获得了沿测线速度模型，发现卡洛琳高原“抵近”海沟会加剧输入板块局部断裂与水化（图2），具体表现为：（1）地壳厚度从高原前缘至海沟由16.0公里快速减薄至7.5公里，揭示从高原向正常洋壳的过渡;（2）高原接近海沟时板块弯曲率最大，累计断距大于周围两侧，表明区域内破裂程度更大；(3) 该区域地震波速度显著降低，降幅超过“挑战者深渊”附近正常洋壳区，意味着更强烈的岩石圈断裂和蛇纹石化；

团队综合横跨海沟的四条OBS测线速度模型和区域地质资料，研究提出洋底高原与俯冲带相互作用的三个阶段（图3）：（1）高原远离海沟，输入板块发育宽缓、密集的小型断裂，中等程度水化；（2）高原接近海沟，应力集中至高原前缘和海沟之间的狭窄带，引发局部极强断裂和水化；（3）高原进入海沟，高原的高刚度导致自身断裂稀疏，水化较弱。

本研究首次揭示了洋底高原在进入海沟之前对俯冲带断裂与水化的局部强化作用，强调了俯冲带水化作用的非均质性。研究成果对于认识全球洋底高原俯冲过程和俯冲后的板块断裂行为以及俯冲系统重组过程具有重要意义。

该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划深海专项、中国科学院南海海洋研究所自主部署项目的资助。

论文相关信息：He, E., Qiu, X., Li, Y.?et al.?Pre-subduction of the Caroline Plateau intensifies lithospheric hydration in the southern Mariana Trench.?Commun Earth Environ?7, 409 (2026). 

原文链接：https://doi.org/10.1038/s43247-026-03408-z

图1?马里亚纳南段海沟构造格局图

（a）OBS2017-1测线位置图（红色粗线）;（2）卡洛琳高原与挑战者深渊空间位置；（3）输入板块沿不同OBS测线的曲率。

图2?沿OBS2017-1测线输入板块区段的速度结构

（a）最终速度模型；（b）多波束地形；（c）地壳厚度和速度变化；（d）OBS29地震剖面

图3?洋底高原向海沟运移过程中挠曲断裂和水化过程的变化