低密度大陸地殼如何俯沖到地幔深度經(jīng)歷超高壓變質(zhì)作用？這是大陸動(dòng)力學(xué)研究的重大科學(xué)問(wèn)題之一。我校陳伊翔教授及其合作者首次在歐洲西阿爾卑斯造山帶Sesia地體發(fā)現了超高壓變質(zhì)作用，揭示了張裂大陸邊緣深俯沖的驅動(dòng)力并非先前通常認為的大洋俯沖牽引力，而更可能是大洋擴張或大陸張裂引起的遠程推力。這項研究不僅對西阿爾卑斯造山帶的構造演化提供了新制約，而且對大陸深俯沖的地球動(dòng)力學(xué)機制提供了新認識。該成果近期以研究論文形式在線(xiàn)發(fā)表于National Science Review。
板塊構造理論是20世紀地球科學(xué)的最重大成就，它成功解釋了大洋板塊從產(chǎn)生到消亡的整個(gè)過(guò)程。20世紀80年代在地球表殼巖石中發(fā)現柯石英這種超高壓變質(zhì)礦物，揭示了低密度大陸地殼能夠俯沖進(jìn)入到高密度的地幔深度。這是板塊構造理論的一場(chǎng)革命，開(kāi)啟了大陸深俯沖和超高壓變質(zhì)這一全新的研究領(lǐng)域。
大陸地殼得以發(fā)生深俯沖，通常被認為是先前大洋板片俯沖產(chǎn)生的近程牽引驅動(dòng)力。這個(gè)解釋要求大陸地殼俯沖之前存在與之耦合的、成熟的大洋盆地的閉合過(guò)程。然而，先前大洋板片俯沖的牽引是否是大陸深俯沖的必要條件？是否存在與小洋盆毗鄰的大陸地殼也發(fā)生了深俯沖？如果存在，其可能的驅動(dòng)力是什么？這是大陸動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域的前沿問(wèn)題。
針對這個(gè)問(wèn)題，我校陳伊翔教授及其合作者對世界上經(jīng)典的西阿爾卑斯造山帶中的Sesia地體進(jìn)行了研究。西阿爾卑斯造山帶有超過(guò)200年的研究歷史，很多關(guān)于造山帶的概念和理論都源于此，廣受世人關(guān)注。Sesia地體被認為代表了張裂大陸邊緣的地殼殘片，在俯沖之前未與任何大的洋盆接觸，因此它為探討大陸深俯沖的動(dòng)力學(xué)機制提供了理想的天然實(shí)驗室。
該團隊在Sesia地體首次發(fā)現了超高壓變質(zhì)礦物柯石英的存在(圖1)，確鑿無(wú)疑地表明該地體中部分大陸地殼巖石經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用。通過(guò)熱力學(xué)相平衡模擬和鋯石鈾-鉛同位素定年，他們揭示了該地體部分地殼巖石在7600萬(wàn)年前曾經(jīng)深俯沖到大約80-120公里的地幔深度。根據前人對Sesia地體在晚白堊世時(shí)期的板塊構造恢復和構造-變質(zhì)-巖漿記錄，他們揭示了該地體大陸地殼的深俯沖不可能由大洋巖石圈俯沖提供的近程牽引力導致，而更可能是板塊匯聚過(guò)程中洋底擴張或者大陸裂解產(chǎn)生的遠程擠壓推力所驅動(dòng)。這顯著(zhù)區別于前人通常認為的、與大的洋盆耦合的大陸地殼深俯沖的動(dòng)力學(xué)機制。
圖1. Sesia地體硬玉片麻巖中超高壓變質(zhì)礦物柯石英的拉曼譜圖 (Coe,柯石英)
這項研究結果不僅為西阿爾卑斯造山帶的構造演化提供了新制約，而且為張裂大陸邊緣地殼深俯沖的動(dòng)力學(xué)機制提供了新認識。該研究將會(huì )激發(fā)對大陸深俯沖動(dòng)力學(xué)機制的深入探究。意大利國家科學(xué)院院士、歐洲科學(xué)院院士、意大利地質(zhì)學(xué)會(huì )前主席Giorgio V. Dal Piaz教授為該文撰寫(xiě)點(diǎn)評(https://doi.org/10.1093/nsr/nwad074)，強調該研究的重要意義。
該成果最近在線(xiàn)發(fā)表在國際知名期刊NationalScienceReview(IF=23)上。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳伊翔教授為第一作者和通訊作者，合作者包括我校鄭永飛院士、特任副研究員周琨和賀強、博士生陳坤以及德國波鴻魯爾大學(xué)Hans-Peter Schertl研究員。該研究受到國家自然科學(xué)基金和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專(zhuān)項資金的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwad023.
（地球和空間科學(xué)學(xué)院、科研部）
