简介
为揭示古太平洋板片的深部遗迹，本文从地球化学和地球物理学两条途径，在时间和空间两个维度展开示踪：通过对中国东部大陆玄武岩的地球化学示踪，揭示出大量的古太平洋板片俯冲遗迹，板块俯冲年龄可追溯到早侏罗世；大尺度地球物理成像发现，东亚地区下地幔存在不少高速异常体，显示为“板块残骸”，而下地幔中上部也存在许多孤立的高速异常体，构成了残留俯冲板片在下地幔散落的路径。相关成果发表在《中国科学：地球科学》2024年第10期。
Science Technology
古太平洋板块在中生代时期的俯冲-回卷是中国东部大陆边缘形成和演化的关键引擎，导致了东北大陆地壳侧向造山增生、华北克拉通岩石圈破坏和华南陆块巨量长英质岩石形成，对东亚陆缘的深部物质循环过程与表生环境系统演变产生了深远影响。要深入全面地理解古太平洋板块俯冲-回卷作用的方式、深部过程及其动力学机制转变，其中一个关键是古太平洋板片的深部残留或俯冲遗迹示踪。
南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室的徐夕生、黄周传、曾罡，联合中国科技大学地球和空间科学学院的姜鼎盛、戴立群，在国家重点研发计划项目(2022YFF0800400)的资助下，通过对前人工作的系统梳理和综合分析，力图从地球化学和地球物理学两条途径，在时间和空间两个维度，追踪古太平洋板片的深部残留和俯冲遗迹。
中国东部广泛分布有中-新生代大陆玄武岩，是环太平洋火山岩带的重要组成。其中≤106Ma的中国东部洋岛型大陆玄武岩可较好地用来示踪中生代以来古太平洋俯冲板块来源物质的再循环过程。而这些玄武岩的主微量元素、Mg-Zn同位素(图1)、Os-Nd-Hf-Pb-O多元同位素均不同程度地呈现出洋壳、含碳酸盐沉积物等多种再循环组分，是古太平洋板片的俯冲遗迹，而板块俯冲年龄可追溯到早侏罗世。
图1 中国东部≤106Ma玄武岩的δ26Mg-Ti/Ti*(a)、δ26Mg-δ66Zn(b)协变图
利用地震波给地球做CT是直接“看到”地球深部结构最重要的手段，全球地震层析成像结果(图2)和地球动力学模拟表明，古太平洋俯冲板片大部分已经下沉到1000km以下的地幔中，并堆积在地幔底部，在东亚地区的下地幔中形成了“板片坟墓”。同时，在板片深俯冲的过程中，部分板片残余可能零散分布在板片下落通途中，在下地幔中部形成小尺度的结构异常体。
图2 沿30°N的地震层析成像剖面图
剖面位置见底部，红色和蓝色分别表示低速和高速异常
通过对近年来大量文献的进一步梳理和综合分析，本文认为：
(1) 古太平洋板块俯冲的起始时间可追溯到早侏罗世，在约170~180Ma已俯冲到东亚大陆边缘之下，但是对东亚陆缘不同区块(东北、华北和华南)的影响可能存在差异。自~145Ma开始，古太平洋板块开始回卷，至早白垩世的~121Ma达到最大。古太平洋俯冲板块俯冲-回卷导致了东亚陆缘从挤压背景向伸展背景的转变，但这种构造体制转换诱发的浅部响应(如断陷盆地发育、油气成藏效应等)还有待深入研究。东亚陆缘从南至北不同区块出现多样性浅部响应，可能与古太平洋板块非同步俯冲回卷/后撤过程(包括速度和角度)有关。
(2) 大陆玄武岩元素和同位素地球化学方法在示踪古太平洋板块俯冲遗迹方面各有优势，并极具潜力。传统放射性同位素(Os-Nd-Hf-Pb-O)可以确定深部俯冲板片的年龄，是示踪古太平洋俯冲板块遗迹的重要手段。非传统同位素(如Mg、Zn同位素等)，在示踪俯冲的含碳酸盐沉积物、俯冲洋壳甄别方面具独特优势，为示踪古太平洋俯冲板块遗迹带来新的机遇。传统与非传统同位素的联合示踪、同位素与元素示踪的紧密结合，将是未来古太平洋板块深部遗迹进一步示踪的关键。
(3) 诸多过程和细节还有待进一步研究。例如，俯冲的古太平洋板块在早白垩世发生回卷，到新生代早期太平洋板块俯冲之前是否东移了~880km；俯冲古太平洋板块的回卷、断离或者撕裂都发生在软流圈地幔深度，其直接产物是玄武质岩浆作用，而这些板块边缘过程如何影响上覆大陆的长英质岩浆作用。
(4) 古太平洋俯冲板片大部分已经进入了下地幔并散落到了下地幔底部。现有的全球层析成像结果虽然可以看到下地幔的高速异常，但其分辨率很低。因此，散落在下地幔中古太平洋俯冲板块残片的形态、俯冲板片对下地幔变形及动力学的影响有待进一步揭示。
文章出版信息
中文版: 徐夕生, 黄周传, 姜鼎盛, 曾罡, 戴立群. 2024. 古太平洋板块的遗迹和残片——地球化学和地球物理学示踪. 中国科学: 地球科学, 54(10): 3091‒3112
英文版: Xu X, Huang Z, Jiang D, Zeng G, Dai L Q. 2024. Remnants and fragments of the subducted paleo-Pacific plate: Constraints from geochemistry and geophysics. Science China Earth Sciences, 67(10): 3041‒3061, https://doi.org/10.1007/s11430-024-1352-y
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