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，聯合中國科學院地質與地球物理研究所、中國科學院深海科學與工程研究所和德國GEOMAR-亥姆霍茲基爾海洋研究中心，利用萬米級人工源地震剖面，成功獲得了馬里亞納“挑戰者深淵”俯沖板塊上地幔頂部高度蛇紋石化層的橫波速度和縱橫波速比。該成果發表已發表在國際地學期刊《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters)上，副研究員賀恩遠為論文第一作者，研究員丘學林為通訊作者。

馬里亞納“挑戰者深淵”作為全球最深的海溝，位于伊豆 - 小笠原 - 馬里亞納俯沖帶的最南段。該區域的俯沖板塊具有古老年齡、陡峭俯沖角度以及強烈基底變形等特點，被視作端元型俯沖帶。此前，研究團隊曾搭乘“探索一號”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，并獲得了該測線的縱波速度結構。研究發現太平洋俯沖板塊上地幔頂部存在 4.0 - 6.5 km 厚的速度異常層，但由于縱波速度存在多解性，對該異常層的巖石物質屬性一直未能明確。

在此基礎上，研究團隊對該批次數據進行了深入分析。利用徑向分量數據開展橫波速度結構模擬和縱 / 橫波速比分析，發現該上地幔層的縱 / 橫波速比值超過 1.80，最高可達 1.95。經過與實驗室巖石參數的對比分析，確定該速度異常層為高度蛇紋石化地幔層，其形成與蛇紋石化地幔橄欖巖的機械強度快速變化密切相關。此外，波速比剖面還顯示，輸入板塊地殼和上地幔的縱 / 橫波速比值向海溝方向呈增加趨勢，但速度值卻在減小，這表明了板塊撓曲斷裂和水化程度的增強。

研究結果表明“挑戰者深淵”區域的輸入板塊經歷了強烈的撓曲斷裂、水化和地幔蛇紋石化過程。這對于認識典型端元“馬里亞納”型俯沖系統的俯沖過程和水-物質循環機制具有重要意義。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃深海專項、中國科學院南海海洋研究所自主部署項目的資助。

論文信息：He,E.,Qiu,X.,Li,Y.,Grevemeyer,I.,Xu,M.,Zhao,M.,et al. (2025). Strong serpentinization and hydration in the subducting plate of the southern mariana trench: Insights from Vp/Vs ratios. Geophysical Research Letters,52,e2024GL113792.

相關論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2024GL113792

圖1?馬里亞納俯沖帶南段的地形特征及部分多道反射地震剖面

圖2?沿TS2017-2測線輸入板塊的縱、橫波速度結構、波速比剖面（圖a-c）以及OBS02臺站的徑向分量地震剖面（圖d）

圖3?原位地震觀測與實驗室巖石測量值的對比