近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质院重点实验室林间院士团队在南海深部结构研究中取得重要突破，首次获得南海南部地幔相对富含水分的地球物理证据，发现了南海深部地震波速度结构南北不对称，成果发表在国际学术期刊Nature Communications/《自然-通讯》上。林间院士为论文通讯作者，南方科技大学博士后田晋雨为第一作者，实验室徐敏、张帆研究员和张旭博副研究员为论文合作者。
南海是世界上最大的边缘海之一，近亿年以来，大量的地球板片从东、西、南三个方向俯冲到南海之下，因此南海深部被称为俯冲板片的“地下宫殿”。但由于海底观测的限制，人类对该“地下宫殿”的深部结构一直知之甚少。2017年6月林间院士团队搭乘“实验3”科考船首次在南海西南次海盆实施高分辨率被动源海底地震实验（图1），对南海的“地下宫殿”进行三维高分辨率“CT”成像。
在南海西南次海盆，研究团队发现，海盆南部40-80公里深度存在一个明显的低地震横波速度异常区，且异常在约50公里深度处达到峰值（图2）。经过深度热力学与岩石地球化学分析，研究团队认为南海南部的上地幔相对富水，推测这些水可能源于俯冲板片的脱水作用。
结合南海现今构造，研究团队提出一个全新的南海西南次海盆地幔演化模型（图3）。一千多万年以来，断裂的古南海俯冲板片在下沉过程中持续释脱水，导致南部地幔相对富水（～150-300 ppm）。本研究对揭示南海俯冲板片的“地下宫殿”结构、南海大量火山与岛礁的成因以及地球俯冲带水循环等都具有重要意义。
以上研究得到国家自然科学基金项目、中国科学院项目等共同资助。
图1 南海海底地震实验
图2 南海西南次海盆地幔横波速度结构：平面变化（上图）和剖面变化（下图）
图3 南海西南次海盆地幔演化图
论文相关信息：
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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