環蘇拉威西海多俯沖帶上地幔各向異性研究取得新進展
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曹令敏副研究員、趙明輝研究員、丘學林研究員，聯合浙江海洋大學何小波博士、中國科學院地質與地球物理研究所趙亮研究員、郝天珧研究員、以及劍橋大學呂川川博士，在東南亞環蘇拉威西海多俯沖帶地區上地幔各向異性研究上取得新進展，相關研究成果近日發表在國際地學期刊Geochemistry, Geophysics, Geosystems（《地球化學、地球物理學、地球系統》）上。
在俯沖帶地區，開展上地幔各向異性研究是認識俯沖帶應力分布及俯沖動力學過程的關鍵。采用剪切波分裂方法可以獲得各向異性的快波偏振方向和快慢波延遲時間，是揭示地幔流動和巖石圈變形最直接的觀測手段之一。
東南亞環蘇拉威西海地區，東鄰太平洋板塊，南鄰印度—澳大利亞板塊。該區長期受到西太平洋與特提斯構造域的影響，形成復雜的多俯沖系統（圖1），包括位于蘇拉威西海北東側的Cotabato（科托巴托）俯沖帶、南側的North Sulawesi（北蘇拉威西）俯沖帶，及東南側的雙向俯沖帶——Molucca Sea（摩鹿加海）板塊分別向西和東俯沖形成的Sangihe（桑義赫）和Halmahera（哈馬黑拉）俯沖帶。因此，環蘇拉威西海俯沖帶系統是研究相鄰俯沖帶之間的動力學過程相互作用的理想區域。研究人員利用遠震SKS震相分裂計算，獲得環蘇拉威西海周圍地區的7個地震臺站下方的上地幔各向異性參數（快波偏振方向和快慢波延遲時間）（圖1）。
研究顯示, Halmahera島弧之上的TNTI臺站的快波方向為東北-西南（NE–SW），傾斜于海溝和板片俯沖方向。研究認為在雙向的Sangihe和Halmahera俯沖帶之間的板下地幔中存在由南向北的地幔流，而本研究中臺站TNTI的各向異性主要來源于Halmahera弧前下方的板下地幔流，是受到上述由南向北的地幔流以及向東俯沖的板片與板下地幔耦合產生的地幔流的疊加影響。位于Sangihe板片南北邊緣的LUWI和DAV臺站的各向異性方向反映了俯沖板塊邊緣效應引起的上地幔環繞板塊邊緣的流動。TOLI臺站的各向異性主要貢獻來源于深俯沖的Sangihe板塊引起的地幔楔對流，其影響范圍一直到Borneo（婆羅洲）東北角的LDM臺站（其快波方向平行于Sangihe板片的俯沖方向）。KKM臺站的各向異性為古南海板片俯沖引起的上地幔流動。BKB臺站的快波方向垂直于Java海溝的走向，對應著Java俯沖帶弧后的大地幔楔對流。
該研究成果為深入理解和認識環蘇拉威西海多俯沖系統相互作用下的上地幔變形提供了新的地震學依據。
該研究由國家自然科學基金、先導專項B和南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項等共同資助完成。
相關論文信息：https://doi.org/10.1029/2021GC009700
圖1 研究中所有臺站的SKS分裂結果
圖2 雙向俯沖的Molucca Sea板塊之上地幔楔、板下地幔以及板片邊緣地幔流動模型
