2022年3月8日，国际知名地学期刊Geology以《Stagnation and tearing of the subducting northwest Pacific slab》为题在线发表了海洋学院孙沐晨博士、于有强副教授和合作者的研究成果。
图1 日本海及其周边地区地质构造背景图。黑线代表西北太平洋板块俯冲等深线；红色三角为新生代火山。Ulreung：郁陵火山。
西北太平洋板块向欧亚板块俯冲，在日本海及其周边地区形成了复杂的板块构造动力学体系（图1），其中既有板块之间的相互作用，也可能存在板块撕裂等板内构造破坏行为，并引发相应的地幔物质流动。随着探测深度的增加，地球物理层析成像技术的分辨率往往会有一定程度的降低，可能较难辨别出板片撕裂与减薄现象。西北太平洋俯冲板片在日本海及其周边地区是否存在撕裂以及深部地幔如何响应一直存有较大争议。地幔转换带是上、下地幔的过渡区，该层位于410千米（d410）和660千米（d660）之间。由于d410和d660拥有相反的克拉伯龙斜率，低温和高温异常会造成地幔转换带相应的增厚和减薄，因此，地幔转换带也被称为“地球的温度计”。该研究引入非平面波假设下的接收函数方法，在日本海及其周边地区系统性地开展地幔转换带构造研究，分析了地幔转换带深度附近的速度、温度和水含量等异常构造信息，并得到以下认识：
（1）从日本本州至朝鲜半岛观测到一狭长的地幔转换带减薄区域（图2），结合前人层析成像、三维各向异性等研究成果，推断该处太平洋板片发生了撕裂。同时，由于板片撕裂为地幔物质逃逸提供了通道，从而可能导致上覆地幔的部分熔融，诱发浅层火山作用，例如郁陵火山。
（2）菲律宾海北部发现大范围的地幔转换带增厚和d660边界下凹的现象（图2），表明太平洋俯冲板片滞留于地幔转换带底部，可能与岩石相变带来的阻力增强有关。
图2 西北太平洋俯冲板片构造破坏示意图。图中蓝色和红色区域代表地幔转换带增厚和减薄区域；红色箭头代表在板片撕裂和俯冲板块边界处的热地幔流；红色三角号为郁陵火山。
该研究为西北太平洋板块在日本本州至朝鲜半岛之间可能存在的撕裂，以及在菲律宾海北部地幔转换带深处存在大规模滞留，提供了直接的地球物理观测证据，有助于深入理解该区域板块俯冲动力学机制及其深部地幔物质流动模式。
本文第一作者为孙沐晨博士后，通讯作者为于有强副教授，合作者为美国密苏里科技大学Stephen S. Gao教授和Kelly H. Liu教授。该研究受到国家自然科学基金（42006058；42074052）和中国博士后科学基金（2019M661607）的资助。
全文链接：https://doi.org/10.1130/G49862.1
撰稿：孙沐晨
编辑：高小丰