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近日，中科院海洋研究所研究員張國良課題組主導的西南馬里亞納島弧構造、形成時代和巖漿作用研究取得新進展，團隊基于西南馬里亞納島弧火山巖和變質巖地球化學和年代學，研究揭示了卡洛琳洋底高原對西南馬里亞納島弧在巖漿和構造演化方面的重要影響。相關成果發表在國際海洋科學期刊《深海研究》（Deep-Sea Research Part I）。
洋底高原隨著大洋板塊運動至俯沖帶時，可能對俯沖帶邊界形態、島弧構造演化產生重要影響，并引起大規模變質和巖漿活動。張國良團隊通過“發現”號無人纜控潛水器在馬里亞納島弧最南端的弧前區獲得了火山巖和變質巖樣品。這些火山巖和變質巖是研究洋底高原特殊與俯沖帶相互作用機制的理想對象，可能記錄了卡洛琳洋底高原與西南馬里亞納島弧的形變和演化歷史。
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西太平洋海底地形和構造背景示意圖（a）；馬里亞納俯沖帶最南端的弧前區M2站位的火山巖和變質巖樣品采樣位置圖（b） 海洋研究所供圖
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火山巖樣品（a-c）和變質巖樣品（d-f）的海底采樣、微區礦物組成、和背散射照片 海洋研究所供圖
該研究表明，該區變質巖樣品主要為綠片巖相變質巖，原巖為低硅玻安巖，具有高硅高鎂、低鈦，且輕稀土元素十分虧損的特征。玻安質綠巖的全巖K-Ar和磷灰石原位U-Pb測年顯示變質年齡分別為24.50 ± 0.77百萬年和23.9 ± 3.6 百萬年，指示卡洛琳洋底高原的碰撞引起的區域變質時間。火山巖樣品為拉斑玄武巖，具有Nb、Zr、Hf和Ti的負異常，輕稀土元素極其虧損、高V/Ti和低Yb/V等結果指示該火山巖具有類似弧前玄武巖的地球化學特征。根據火山巖斜長石40Ar/39Ar測年，這些火山巖年齡為18.76 ± 0.79百萬年和16.89 ± 0.70百萬年。火山巖明顯產生于上述玻安巖變質事件之后，代表構造后期的巖漿作用。
這些研究結果表明，卡洛琳洋底高原與馬里亞納島弧的相互作用至少起始于24百萬年前，可能對塑造現代西南馬里亞納的超大海溝水深和島弧構造形態起到重要作用。現代西南馬里亞納島弧狹窄的溝弧距可能與卡洛琳洋底高原的到來有重要關系，洋底高原導致了碰撞和緩慢俯沖，導致該區弧前出現大量變質巖，很大程度上也抑制了西南馬里亞納島弧巖漿的產率。類似18百萬年前的弧前玄武巖的島弧火山巖出現，可能與洋底高原引起的俯沖減速和板片斷離有關。卡洛琳洋底高原的到來也重塑了菲律賓海板塊和卡洛琳板塊的邊界形態，助力了菲律賓海板塊的順時針旋轉，并引起了帕里西維拉海盆擴張方向的改變。
該研究厘定了西南馬里亞納島弧的形成年代和構造演化歷史，揭示了卡洛琳洋底高原俯沖對西南馬里亞納俯沖帶構造演化的影響，對于深入理解洋底高原與俯沖帶相互作用的板塊動力學機制具有重要意義。
該研究得到中科院戰略先導專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目資助。