顏智勇等- GSAB: 多個外來塊體依次增生與多期俯沖帶躍遷：對特提斯演化的啟示

外來塊體（如微陸塊或大洋高原）增生涉及多期次俯沖起始和俯沖帶躍遷，是特提斯演化、大陸生長和超大陸形成歷史中的一個重要構造過程（圖1A）古生代以來，從岡瓦納大陸裂解的多個微陸塊先後增生到亞洲大陸南緣，導致原、古、新特提斯洋的閉合以及亞洲大陸的持續生長。因此，特提斯構造域是研究多期次塊體增生、俯沖起始和俯沖帶躍遷的理想天然實驗室（圖1B、圖1C）。

圖1 （A）塊體碰撞增生誘發俯沖起始的示意圖；（B）青藏高原內特提斯的構造劃分；（C）從原特提斯到新特提斯洋的演化及主要拼合塊體分布的示意圖

已有相關數值模型主要研究單個外來塊體的碰撞拼貼和伴隨的單次俯沖帶躍遷過程，並預測的從塊體拼貼到俯沖帶躍遷完成的時間間隔<10Ma，明顯短於地質觀察的俯沖帶躍遷時間 （~10-30Ma）。對於多期塊體增生的動力學過程以及多期俯沖帶躍遷的形成機制的理解目前仍然十分薄弱，尤其是忽視了外來塊體周邊沈積物的影響。低緯度地區有利於海底細粒碎屑物沈積，長期位於赤道附近的外來塊體周邊可能發育碳酸鹽巖。大量地質和地球物理觀測資料表明，泥巖和碳酸鹽巖具有摩擦潤滑作用和較高的孔隙流體壓力，從而可減小板塊之間的耦合力並改變俯沖速度。然而，對於外來塊體周邊沈積物如何影響多期塊體增生和俯沖帶躍遷仍不清楚。

針對上述科學問題，中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室顏智勇博士後、陳林研究員、孟慶任研究員，聯合美國內華達大學裏諾分校的Andrew Zuza副教授，在系統分析昆侖縫合帶、金沙縫合帶、班公縫合帶和雅江縫合帶的相關地質數據的基礎上，利用二維熱-力學數值模擬方法探索了特提斯演化過程中外來塊體漂移引發的多期次大陸增生和俯沖帶躍遷的動力學過程。模擬結果顯示，外來塊體周緣的沈積物和上覆板塊的結構是控制多個塊體增生和引導俯沖極性的重要因素，所有模型中的外來塊體均表現為單向聚合並增生於大陸邊緣。當沈積物位於浮力塊體右側時，模型表現為單向俯沖起始，即多期次俯沖帶躍遷（圖2），俯沖躍遷的時間為3到20+Myr，主要由先前塊體碰撞的復合體和匯聚速度決定，與匯聚速率和增生塊體的數量呈反相關。當沈積物位於浮力塊體左側時，模型呈現出多種極性的洋內俯沖（圖3）。塊體周圍的沈積物促進俯沖起始，但增生拼合塊體往往更容易遭受擠壓變形，導致應變累積，從而誘發後續大洋板塊的俯沖起始（圖3），即外來塊體周圍的橫向密度和粘度差異決定了俯沖起始的位置。

圖2 多個外來塊體拼貼增生引發多期次俯沖帶躍遷（端元模型1：沈積物位於外來塊體的右側，俯沖極性一致）。色標：0，空氣；1、水；2和3，沈積物；4和5分別為大陸上地殼和下地殼；6和7，海洋上地殼和下地殼；8、大洋巖石圈地幔；9、軟流圈地幔；10、水化地幔；11、FAT（貧瘠）巖石圈地幔；12、大陸巖石圈地幔；13和14，FAT上地殼和下地殼；15、部份熔融；16、榴輝巖；17、蛇紋石地幔

圖3 多個外來塊體拼貼增生引發多極性俯沖起始（端元模型2：沈積物位於外來塊體的左側，俯沖極性不一致）。組分色標與圖2一致

模擬結果揭示多個外來塊體依次碰撞拼貼可引發多期次俯沖帶躍遷，為理解特提斯構造域的構造演化提供了重要參考。特提斯構造域個別增生塊體可能發育弧後盆地以及大洋板塊向南的俯沖，但這不會改變特提斯整體向北演化的趨勢（圖 1）。端元模型1重現了多個俯沖帶逐次躍遷的過程，巖漿活動也隨之遠離歐亞大陸（圖 2）。透過進一步對比分析特提斯域的主要縫合帶特征（圖 4A），發現塊體左側有沈積物的端元模型2（圖 3）演化過程與這4條縫合線的俯沖極性具有很好的一致性（圖 4）。此外，模型結果也為長時間板塊俯沖躍遷提供了一個可能的解釋，即由較低匯聚速度和碰撞拼貼形成的復合塊體可能在俯沖起始的滯後過程中發揮重要的作用。在印度-亞洲碰撞後的～50Ma時間內，印度大陸南緣或印度洋內部仍未發生俯沖，我們認為這可能是板塊匯聚速度較慢和喜馬拉雅-青藏高原造山帶吸收了變形的共同結果，同時推斷印度大陸南緣沈積物積累到一定厚度和/或在遠場力（洋脊或地幔柱）的作用下將會觸發印度洋向北開始俯沖。

圖4 （A）喜馬拉雅-青藏造山帶巖石圈尺度橫截面示意圖；（B）多期次俯沖躍遷的模型示意圖。YS，雅魯縫合線；BS，班公縫合線；JS，金砂縫合線；KS，昆侖縫合線；QS，祁連縫合線；KQ-NCB、昆侖-柴達木-華北區塊

該研究利用數值模擬方法再現了多個外來塊體依次增生和多期次俯沖帶躍遷的動力學過程，並在宏觀層面上討論了特提斯構造域的演化歷史，為進一步理解特提斯動力系統提供了重要的理論依據。

美編：傅士旭(華東師大）

校對：萬鵬