地球科学|俯冲带结构演变解剖与研究展望

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俯冲带，又称为贝尼奥夫带(Benioff zones)或板块消减带，是大洋岩石圈发生俯冲消减进入软流圈地幔的场所。在所有的类地行星中，只有地球存在俯冲带和板块构造，俯冲带是地球区别于其它行星的最主要特征。大洋岩石圈俯冲所产生的拖拽力作为板块构造最主要的驱动力之一，使得动力地球的洋-陆循环通过俯冲作用得以实现。俯冲带是地球上最大的物质循环系统，被称为“俯冲工厂”。俯冲作用将地球表层物质传送进入地球深部，与周围地幔发生一系列物质和能量交换，引起大规模变质作用、构造变形和岩浆活动，形成造山带。俯冲带也是地震活动带和内生金属成矿带，与人类社会的生存和发展存在紧密关系。因此，研究俯冲带不仅是揭示地球演化规律的窗口，也是满足人类社会发展需求的重要途径。

一个完整的俯冲带发育海沟、增生楔、弧前盆地、岩浆弧、弧后盆地（或弧背前陆盆地）等基本构造单元。在一些特殊情况下，如洋脊俯冲、年轻洋壳俯冲、海山俯冲，则可形成一些特殊的俯冲带结构，如平板俯冲、俯冲侵蚀，导致岩浆弧、增生楔、弧前盆地等不发育甚至缺失。俯冲大洋板片可滞留于或穿越地幔过渡带进入下地幔甚至到达核幔边界，把地壳物质带入到地球深部，并通过地幔柱活动上升到浅部。俯冲带是构造活动强烈的区域，存在走滑、挤压、伸展等变形及其构造叠加。俯冲带海沟可向大洋或大陆方向迁移，岛弧及增生楔等也随之发生迁移，使俯冲带上盘发生周期性挤压和伸展，形成复杂的古地理格局。微陆块、岛弧、海山/洋底高原等地质体在俯冲带发生增生时，可阻塞先存的俯冲带，造成俯冲带跃迁或俯冲极性反转，在其外侧形成新的俯冲带。俯冲带深部精细结构、俯冲起始如何发生、板块俯冲与地幔柱的深部关联机制等是当前俯冲带研究中值得关注的前沿问题。开展俯冲带地球物理深部探测、古缝合带与现今俯冲带对比研究、俯冲带动力学数值模拟是解决上述科学问题的重要途径。

图1 全球俯冲带分布，可划分为增生型俯冲带和侵蚀型俯冲带

图2 俯冲带基本结构与组成

图3 岩浆弧前锋迁移与增生弧演化

图4 地中海及周边俯冲板片结构及地幔对流形式（红色箭头所示）

图5 班达岛弧俯冲板片三维形态随时间演化模式

文章刊登在《地球科学》第47卷第9期

肖文交, 宋东方, 张继恩, 毛启贵, 敖松坚, 韩春明, 万博, 张志勇, 2022. 俯冲带结构演变解剖与研究展望. 地球科学, 47(9): 3073-3106. doi: 10.3799/dqkx.2022.380

Xiao Wenjiao, Song Dongfang, Zhang Ji’en, Mao Qigui, Ao Songjian, Han Chunming, Wan Bo, Zhang Zhiyong, 2022. Anatomy of the Structure and Evolution of Subduction Zones and Research Prospects. Earth Science, 47(9): 3073-3106. doi: 10.3799/dqkx.2022.380

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