青藏高原所重估千岛群岛-堪察加半岛俯冲板块的温度场特征和脱水前沿分布

【资料图】

俯冲温压条件是俯冲带地球动力学的核心关键要素，决定了俯冲带物质循环总量分布和能量分布。基于俯冲温压条件的水、碳通量测算是国际地球动力学研究的热点。基于普遍采用的板间解耦假设，传统的二维模型预测与地质记录结果不一致，模型预测的温度比岩石记录的温度平均低了约200-300°C。

针对模型与记录不一致的情况，中国科学院青藏高原研究所碰撞隆升及影响团队开发并运用了板间耦合的三维俯冲数值模型，在千岛群岛-堪察加俯冲带重新计算和评估了俯冲温度场和脱水前沿分布，得到与出露岩石温压条件观测值更加吻合的结果。

该模型导入地震反演得到的三维板块几何形状（Slab2）、板块相对位移速度（MORVEL）和海底板块年龄数据（图1）。计算结果表明，改进后的三维俯冲温度结构较二维模型的预测结果高约200-300°C（图2），这与地质和地球物理的实际观测数据相一致。研究发现，高温板块在不同弧前深度形成了分层的板块脱水前沿，影响或导致了不同类型快慢俯冲地震的分布。千岛群岛-堪察加俯冲地震在平衡地幔岩浆活动与板块耦合能量释放方面具有重要作用。因此，千岛弧前下方存在的高温度梯度提高了俯冲板块在不同深度的水、碳循环通量和岩石相变规模。

相关研究成果以Reestimation of slab dehydration fronts in Kuril-Kamchatka using updated global subduction zone thermal structures为题，发表在《交叉科学》（iScience）上。研究工作得到中国科学院和第二次青藏高原综合科学考察研究的支持。

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图1. 千岛群岛-堪察加俯冲带构造背景图。浅蓝色虚线方框表示本研究数值模拟的太平洋板块俯冲区域，黄色箭头表示太平洋板块俯冲方向（MORVEL），紫色曲线为俯冲板块上间隔20公里的表面等深线，彩色实心圆形表示美国地震学研究联合会（IRIS）在2000-2010年间记录到的不同深度地震，白色五角星表示1900年以来观测到的8级以上强震。

图2. 研究得到的高分辨率最新三维板块俯冲温度结果。三张图片分别展示堪察加半岛-千岛群岛北部（左图）、千岛群岛中部（中图）和千岛群岛南部（右图）下方的俯冲太平洋板块。板块黄色虚线表示300°C和700°C等温线，蓝色虚线表示从50~225公里的等深线，彩色球体表示IRIS在2000-2010年记录到的不同震级地震。

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