近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室（OMG）丘学林研究团队，联合中国科学院深海科学与工程研究所和中国科学院地质与地球物理研究所研究团队，通过万米级人工地震剖面，发现了穿越马里亚纳“挑战者深渊”的俯冲板块上地幔顶部存在4.0-6.5 km的强蛇纹石化层，相关成果发表在Gondwana Research（《冈瓦纳研究》）上，贺恩远博士为论文第一作者，丘学林研究员为通讯作者。陈传绪副研、王元副研、徐敏研究员、赵明辉研究员和游庆瑜研究员为共同作者。
全球最深海沟“挑战者深渊”位于伊豆-小笠原-马里亚纳俯冲带的最南段，该区域的俯冲板块年龄古老，俯冲角度陡峭，基底变形强烈，被认为是典型的“冷俯冲带”。由于极限水深的制约，长期以来对该区域的深部结构探测不足，对其地质表象背后的俯冲过程和运行机制认识较少。
2017年1-3月，研究团队搭载TS03航次在马里亚纳俯冲带南段横穿“挑战者深渊”布设了一条230 km长的广角深地震测线TS2017-2，该测线垂直海沟走向，包括了多个构造单元。沿测线共投放和回收18台主动源海底地震仪（OBS）。其中，在海沟内成功投放和回收了我国最新研发的万米级OBS，坐底最大水深为10060米，使我国成为世界上首个成功获取万米级海洋人工地震剖面数据的国家（图1）。
正在进入“挑战者深渊”的太平洋板块由于俯冲挠曲发生了强烈的地壳破碎和上地幔蛇纹石化，大量的水通过俯冲板块地幔进入俯冲系统。研究团队在八台OBS数据中均识别到了来自太平洋俯冲板块上地幔内的反射震相（PnP），由此，确定了上地幔内存在反射界面。计算发现该区域存在厚4.0-6.5 km，速度为7.0-7.5 km/s的上地幔异常层。结合区域的多波束地形和地球物理数据，研究提出该异常层为强蛇纹石化地幔层，其形成可能与蛇纹石化地幔橄榄岩的机械强度快速变化有关（图2）。
本次全球新发现的俯冲板块内强蛇纹石化地幔层，对于认识典型端元“马里亚纳”型俯冲系统的俯冲过程和变形机制具有重要意义。该研究得到了国家重点研发计划深海专项、中科院海洋中心重点部署项目、国家自然科学基金的资助。
相关论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gr.2023.02.020
图1. 马里亚纳俯冲带南段的基底特征及OBS测线TS2017-2位置
图2. 沿TS2017-2测线的速度结构及地质模型
附件下载：