近日，南方科技大学地球与空间科学系教授杨英杰团队针对大陆增生机制以及岩石圈演化问题取得了重要的研究进展，相关研究成果以“A Fossil Oceanic Lithosphere Preserved inside a Continent”为题在地球科学领域顶级期刊Geology发表。
大洋板块的俯冲是地球演化中一种常见且重要的机制，也被认为是板块构造的主要驱动力之一。由于海洋岩石圈密度相对较大，当洋盆闭合时，较重的海洋岩石圈通常被认为会随之消亡并沉入地球深部，仅留下一些海洋岩石圈浅部刮削物以蛇绿岩套形式保存。然而近期的研究表明，沿着部分古俯冲带仍有残余海洋岩石圈被完整的保存于大陆岩石圈之中，避免了完全消亡的命运。然而，其保存的机制、演化过程、以及对全球大陆增生的贡献仍然存在较大争议。
针对上述问题，本研究聚焦于新疆西准噶尔地区（图1）。虽然此区域现今位于欧亚大陆腹地，多项前人研究表明，准噶尔盆地的基底可能保存了部分晚古生代海洋地壳以及岩石圈地幔残片。但是由于缺乏区域尺度的地震学速度模型，其空间分布和形态存在诸多不确定性。
图1（a）研究区域所在位置。橘色粗线表示区域内主要构造线，黑色线条表示区域内国界线。（b）准噶尔地区构造环境与地形图。蓝色和黑色三角形分别表示此研究新布设的地震台与区域内国家固定地震台网。红色虚线表示准噶尔盆地边界，灰色细线表示区域内主要断层。
本研究通过噪声和远震面波成像技术对现今西准噶尔地区的岩石圈进行高精度探测，首次较完整地呈现出了广泛存在于准噶尔盆地中下地壳及顶部地幔（30～120 km深度）的地震波高速层（图2）。此高速层的绝对速度值与预测的晚古生代海洋岩石圈冷却后的速度高度吻合（图3；冷却年龄250-300Ma，符合区域地质记录），充分表明西准噶尔盆地的岩石圈内包含较完整的晚古生代海洋岩石圈残片，同时也佐证了准噶尔盆地是由一个受困的洋盆演化而来。该古海洋岩石圈的保存是由其较厚的海洋地壳、断离的深部已俯冲板片、以及研究区内缺乏后期的热构造事件等因素共同决定。根据盆地西侧古海洋岩石圈的形态，研究进一步表明西准噶尔地区晚古生代最后一次俯冲事件指向现今西北方向。
图2 横波速度横剖面与纵切面图。横剖面图中左上为剖面深度，又上为平均速度，彩色图表示了相对于平均速度的异常。纵切面图中白色粗线表示Moho面，黑色粗线框出了可能的古大洋岩石圈。两条纵切面的位置如（d）中黑色直线所示。
图3 基于半空间冷却模型（HSC）预测的横波速度与反演得到的速度的比较。（a-d）位于准噶尔盆地中的四个选定节点的一维横波速比较。这些节点的位置在（i）中以红色五角星标出。灰色粗线表示反演得到的横波速度，而预测的横波速度（与年龄相关）则显示为不同颜色的曲线。（e-j）横波速度比较横剖面图。其中 Vs60km和 Vs80km是指在 60 和 80 km 深度处反演得到的横波速度，而Vs200Ma、Vs250Ma 和 Vs300Ma 是指在相应深度处根据HSC模型预测出的不同冷却年龄的横波速度。
研究发现的完整保存于现今大陆内部的古海洋岩石圈具有重大科学意义，因其揭示了一种通常被忽视但可能广泛存在的大陆增生机制。由于地球演化早期的海洋岩石圈普遍具有和本研究中发现的古海洋岩石圈相似的属性（即较厚的海洋地壳），因此其更容易被保存且为早期大陆增生做出显著贡献。
该论文的第一作者吴树成现为新加坡南洋理工大学博士后，在杨英杰课题组攻读博士期间完成该工作，杨英杰教授与徐义贤教授（浙江大学）为联合通讯作者，其他合作者包括荷兰特文特大学教授Juan Carlos Afonso以及南方科技大学地球与空间科学系研究助理教授张安琪。以上研究得到了国家自然科学基金的支持。
供稿：杨英杰课题组
编辑：黄惠婧