無震脊或南山鏈的俯沖效應(yīng)

無震脊或南山鏈的俯沖效應(yīng)

1無震脊海嶺無地震脊柱（或地幔、火山鏈）是指結(jié)構(gòu)板塊相對固定的地幔柱熱點(diǎn)移動(dòng)到一系列火山島鏈。此定義是Wilson以及隨后的Morgan在解釋一系列如夏威夷-皇帝海嶺等板內(nèi)火山作用的成因時(shí)所提出的,并一直沿用至今。雖然均可統(tǒng)稱為洋脊,但是無震脊與殘余弧脊(如勞海盆的勞脊和西菲律賓海板塊內(nèi)的九州-帕勞脊等)以及大洋中脊存在構(gòu)造背景和組分上的區(qū)別,即無震脊是在板塊內(nèi)部由地幔柱動(dòng)力學(xué)所形成、且組分上具洋島玄武巖(OIB)特點(diǎn),而殘余弧脊和大洋中脊是位于板塊邊界、與板塊構(gòu)造動(dòng)力學(xué)密切相關(guān)的,且后者總體上分別具有Nb-Ta虧損的島弧玄武巖(IAB)和大離子親石元素虧損的洋中脊玄武巖(MORB)。Courtillot等曾提出無震脊(海嶺)是否為熱點(diǎn)成因的以下5個(gè)判別標(biāo)準(zhǔn):(1)存在年齡單調(diào)增長的線性火山鏈;(2)線性火山鏈的初始端存在溢流玄武巖;(3)巨大的浮力通量;(4)高3He/4He比值;(5)下伏地幔中存在顯著低的剪切波速(Vs)。與洋脊和殘余弧脊最明顯的不同是,無震脊沿著海山鏈具有年齡增長的趨勢,而洋脊和殘余弧脊無此特點(diǎn)。無震脊多數(shù)與海底高原相連,兩者分別被解釋為地幔柱的尾部熔融作用和頭部熔融的產(chǎn)物,如德干高原-90°E海嶺以及翁通爪哇(OntongJava)高原-路易維爾(Louisville)脊等。當(dāng)然,有一些熱點(diǎn)火山鏈在其初始端并沒有海底高原,如夏威夷-皇帝海嶺的初始端的海底高原可能已經(jīng)被俯沖了或少量物質(zhì)已經(jīng)增生到了堪察加半島(沉積學(xué)證據(jù));同時(shí),雖然多數(shù)熱點(diǎn)可追蹤核幔邊界,但未能追蹤到核幔邊界的熱點(diǎn)可能并非來自核幔邊界而是中下地幔水平或者地幔柱沿著巖石圈底部流變學(xué)邊界面流動(dòng)時(shí)通過巖石圈斷裂等薄弱處上升的分支(類似于Ito等的模型)。海底高原與無震脊隨板塊運(yùn)移到俯沖帶附近之后的命運(yùn)會(huì)怎么樣呢?靠近俯沖帶的海底高原主要存在于西太平洋地區(qū),多數(shù)如翁通爪哇高原和奄美(Amami)海底高原等具有接近大陸地殼的厚度且在中下地殼可能出現(xiàn)長英質(zhì)侵入體,這些由地幔柱垂向增生方式形成的陸殼地體最終將以側(cè)生增生的方式拼貼于大陸弧或成熟島弧之上,而少量的海底高原也會(huì)被俯沖。相對于抑制俯沖的海底高原來說,無震脊因?yàn)榫哂邢鄬π〉捏w積,盡管具有一定的浮力,但仍可以隨著下伏洋殼一同俯沖于洋殼板塊(洋內(nèi)弧如湯加弧)或大陸板塊(陸緣弧如安第斯弧)之下。那么當(dāng)海山(或無震脊)俯沖時(shí),將會(huì)對超俯沖帶產(chǎn)生怎樣的動(dòng)力學(xué)和巖漿作用效應(yīng)呢?本文援引了全球關(guān)于地幔柱熱點(diǎn)形成的無震脊(海山)俯沖的代表性文獻(xiàn),旨在綜合探討海山俯沖對海溝、火山弧及弧后地區(qū)的構(gòu)造-巖漿作用影響以及潛在的資源效應(yīng),并進(jìn)一步指出我國在本領(lǐng)域的研究區(qū)域和方向。2西太平洋地區(qū)的皇帝、螺螺磺酸pla、阿拉克達(dá)-加拉克達(dá)-加拉克達(dá)-加拉克達(dá)-加拉克達(dá)-加拉-加亞和拉克德斯zeas、阿拉克達(dá)-阿拉克達(dá)-阿拉克達(dá)-阿拉克達(dá)-阿拉克達(dá)-阿拉克達(dá)-阿拉克達(dá)-5-5,5,5,5,5,5,5,5,5,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10,10全球海底分布著眾多的無震脊(海嶺),三大洋均分布有規(guī)模不等的、起源自地幔柱熱點(diǎn)的無震脊(見圖1)。其中靠近俯沖帶并與俯沖帶已經(jīng)發(fā)生相互作用的海嶺主要位于太平洋地區(qū),包括西北太平洋的皇帝-夏威夷海嶺、西南太平洋的路易維爾海嶺及西太平洋地區(qū)伊豆-小笠原-馬里亞納(IBM)弧前的海山(鏈)及海山省,東太平洋地區(qū)的科科斯(Cocos)脊、卡耐基(Carnegie)脊、納茲卡(Nazca)脊及胡安費(fèi)爾南德斯(JuanFernadez)脊(自北向南),此外,還有大西洋中西部的小安德列斯弧外的巴拉克達(dá)(Barracuda)脊和蒂勃朗(Tiburon)脊,以及印度洋北部的查戈斯(Chagos)-德干(Decaan)脊、85°E海嶺及90°E海嶺。下面簡要介紹一下這些無震脊的地質(zhì)與地球物理背景和水深地貌情況。2.1太平洋地區(qū)2.1.1中下地潭和中下海緣夏威夷地幔柱是研究較多的地幔柱典型例子。夏威夷是一個(gè)拱形的熱點(diǎn),已經(jīng)被指出是地幔柱的地表表現(xiàn)形式:即來自深部地幔的熱浮力物質(zhì)的局部上涌。由群島和海山組成的夏威夷-皇帝海嶺覆蓋了長約5800km,記錄了約80Ma的年齡呈線性增長的火山作用,且顯示了一個(gè)寬約1000km的抬升地形區(qū)域。地震層析成像顯示夏威夷地幔柱的P波可示蹤至2890km的核幔邊界附近,地幔剪切波速直達(dá)410~660km處的地幔過渡帶,表明來自下地幔的上涌的高溫地幔柱。夏威夷地幔柱頭部所形成的大火成巖省被推測為已經(jīng)被俯沖于歐亞板塊的堪察加半島之下,正在俯沖的無震脊片段年齡為大于81Ma,如ODP883站位揭示的底特律(Detroit)海山年齡為76~81Ma以及Meiji海山年齡大于81Ma(見圖1a),此海山鏈具年齡線性增長、高浮力及高3He/4He等特點(diǎn)。年齡為50Ma的海山可能記錄了太平洋板塊的運(yùn)動(dòng)方向的改變,即從NNW轉(zhuǎn)變?yōu)镹W方向。距今50Ma,太平洋板塊運(yùn)移方向的改變也與周邊大板塊構(gòu)造演化(印澳板塊向北楔入歐亞板塊以及菲律賓海板塊的北移)的時(shí)間上是耦合的,同時(shí),也開啟了西太平洋地區(qū)巨型弧-溝-盆體系的發(fā)育。古地磁數(shù)據(jù)表明,在皇帝海山形成期間,夏威夷熱點(diǎn)發(fā)生了向南運(yùn)動(dòng),表明起源自下地?；蚝酸＿吔绲牡蒯Ｖ谏仙局锌赡苁艿搅藗?cè)向的粘性地幔流或者地幔風(fēng)(mantlewind)的影響,這也改變了被當(dāng)做為參考系的熱點(diǎn)固定性的傳統(tǒng)觀點(diǎn)。而且晚白堊紀(jì)-早古近紀(jì)的熱點(diǎn)運(yùn)動(dòng)可能是形成皇帝海山軌跡及此海山鏈著名的彎曲形貌(距今約50Ma)的主控因素。2.1.2基性巖群的形成和早期火山合成路易維爾(Louisville)海山鏈?zhǔn)且粭l長4300km的火山鏈(見圖1b),是過去80Ma以來太平洋板塊在一個(gè)持續(xù)的地幔熔融異?；驘狳c(diǎn)上運(yùn)動(dòng)所形成的,此熱點(diǎn)的現(xiàn)在位置為霍利斯特(Hollister)脊附近、埃爾塔寧(Eltanin)斷裂帶與太平洋-南極脊(PAR)交互處。地震層析成像顯示路易維爾地幔柱可示蹤至1450km以下,此地幔柱頭部所形成的大火成巖省為122Ma的翁通爪哇海底高原。因?yàn)槁芬拙S爾火山鏈具有線性的形貌以及其長期的年齡增長的火山作用,因此它是夏威夷-皇帝海山鏈在南太平洋地區(qū)的極好對比的火山鏈。最近的Ar-Ar定年研究表明,本火山鏈與夏威夷-皇帝海嶺的彎曲處的年代是不同的,且與夏威夷熱點(diǎn)類似,源自下地幔或核幔邊界的路易維爾地幔柱在上升期間可能也遭受了地幔風(fēng)的影響。地震層析成像顯示,海山峰頂之下約1.5km處,火山建造的核部似乎為侵入體占主導(dǎo),波速大于6.5km/s。火山建造上伏于高波速的下地殼(大于7.2~7.6km/s)和上地幔(大于8.3km/s),表明超基性巖是以巖席而不是底侵形式侵位。結(jié)果表明殼內(nèi)巖漿侵入體(年輕的、熱大洋巖石圈處的熱點(diǎn)火山作用的特征)與噴出火山物質(zhì)之間的比值高達(dá)約4.5。莫霍(Moho)面反射反演顯示在海山之下的太平洋洋殼已經(jīng)向下彎曲達(dá)約2.5km,莫霍面之下的巖漿底侵可能出現(xiàn)在熱點(diǎn)與幾十個(gè)百萬年的大洋巖石圈之間的相互作用的位置。2.1.3加拉帕戈斯coiba脊加拉帕戈斯熱點(diǎn)是東太平洋內(nèi)、正與東太平洋海隆(EPR)發(fā)生相互作用的一個(gè)地幔柱熱點(diǎn),形成了加拉帕戈斯群島及位于兩個(gè)構(gòu)造板塊上的3個(gè)主要的無震脊系統(tǒng):科科斯(Cocos)、卡內(nèi)基(Carnegie)以及馬爾佩羅(Malpelo)脊(見圖1c)。此地幔柱頭部所形成的大火成巖省為90Ma的加勒比大火成巖。加拉帕戈斯熱點(diǎn)在科科斯板塊上的熱點(diǎn)軌跡形成了長約1000km的NE-SW走向的科科斯脊,其西北翼為高出海底1~2km的、30個(gè)主要火山組成的海山省(寬約20km),它們是中太平洋東部最大和最復(fù)雜的地貌構(gòu)造,從現(xiàn)今的加拉帕戈斯熱點(diǎn)延伸到巴拿馬-哥斯達(dá)黎加濱岸外的哥倫比亞海溝?？瓶扑辜故且粭l具加厚洋殼的脊,比周圍海底高出約2.5km,最大的厚度約25km,大于正常大洋地殼厚度的3倍。在哥斯達(dá)黎加岸外,正在俯沖消減的科科斯洋脊(年齡13~14.5Ma)寬度達(dá)300km,向西南變淺、變寬。正在巴拿馬南側(cè)俯沖消減的柯義巴(Coiba)脊(年齡38.2Ma)為一南北走向的構(gòu)造:長約150km、寬約100km?？铝x巴脊似乎為一巨大的、沉積物覆蓋的海底高原,陡峭的西、南翼部高為1500m,向東坡度變緩。加拉帕戈斯熱點(diǎn)在納茲卡板塊上的熱點(diǎn)軌跡上形成了長約600km、寬約300km的E-W走向的卡內(nèi)基脊,從現(xiàn)今的加拉帕戈斯熱點(diǎn)延伸到厄瓜多爾濱岸外的哥倫比亞海溝(此處脊年齡約20Ma)。測深和地震剖面數(shù)據(jù)顯示此脊的寬度和體積向東均明顯增加。此脊上分布有眾多的海山,單一的巨大海山分散在洋脊翼部及其附近。在南翼上的5個(gè)主要海山(位于86°~82°W之間)似乎呈E-W排列,但是此脊上并沒有出現(xiàn)如科科斯脊北翼的巨大海山群。馬爾佩羅(Malpelo)脊是一伸長的、NE-SW走向無震脊,長約300km,寬約100km(見圖1c)。此脊被一個(gè)中央地塹分開成為一個(gè)狹窄的、陡峭的西北脊以及一個(gè)更廣闊的東南海底高原。雖然多數(shù)學(xué)者都同意馬爾佩羅脊(年齡16~17Ma)是由科科斯-納茲卡擴(kuò)張中心與加拉帕戈斯熱點(diǎn)之間的復(fù)雜的相互作用所形成的,但是馬爾佩羅脊與周邊脊的關(guān)系還不甚清楚,如Marcaillou等指出馬爾佩羅脊曾經(jīng)與科科斯脊相連,后來因此脊沿著右旋走滑的巴拿馬斷裂帶的差異運(yùn)動(dòng)而與科科斯脊分開并相對于科科斯脊向南漂移,而Werner等等據(jù)磁異常條帶資料認(rèn)為馬爾佩羅脊曾經(jīng)與卡內(nèi)基脊相連,并在距今14.5~9.5Ma期間因加拉帕戈斯熱點(diǎn)作用導(dǎo)致的洋脊跳躍以及科科斯-納茲卡擴(kuò)張中心的不斷擴(kuò)張而分開。2.1.4海表方面的年齡地震層析成像顯示復(fù)活島(Easter)熱點(diǎn)的P波和S波可示蹤至2890km的核幔邊界附近,結(jié)合其具高3He/4He比值,表明其來自下地?；蚝酸＿吔?此地幔柱頭部形成的海底高原推測為中太平洋海山。納茲卡脊是一個(gè)巨大的NE-SW走向的線性無震脊(見圖1d),平均水深小于3000m,高于周圍水深4000~4500m的洋底。此脊大約寬200km、長1100km,在西南端與復(fù)活島海山鏈相交,在大約15°S處交切智利海溝。納茲卡脊被認(rèn)為是由復(fù)活島熱點(diǎn)與擴(kuò)張中心相互作用所形成的,類似于現(xiàn)在的冰島熱點(diǎn)與大西洋洋中脊相互作用的情形,因此被認(rèn)為是具有與周圍洋底類似的年齡,地震反射及重力研究表明此脊之下的地殼要比周圍洋底至少厚1倍。納茲卡脊與土阿莫土(Tuamotu)海底高原具有相同的源區(qū)。正在俯沖的納茲卡脊片段的年齡為早第三系,是在太平洋-法拉隆/納茲卡擴(kuò)張中心處形成的,納茲卡脊是在11Ma前俯沖于11.2°S處的南美板塊之下的。地震層析成像顯示胡安費(fèi)爾南德斯(JuanFer-nandez)熱點(diǎn)的P波和S波可示蹤至2350km的中下地幔附近,具高3He/4He比值,表明其來自下地幔或核幔邊界。E-W走向的胡安費(fèi)爾南德斯脊是納茲卡板塊(距今30~50Ma)在胡安費(fèi)爾南德斯熱點(diǎn)之上運(yùn)移所形成的,且斜向俯沖于智利海溝之下(見圖1d),這得到了衛(wèi)星推斷的重力異常帶的支持。此脊由脊本身及其周圍11個(gè)海山組組成,長約900km。此脊具有明顯的正地形,其正在俯沖的奧希金斯(Oue10bHiggins)平頂海山的年齡為8.5Ma。此外在納茲卡脊與胡安費(fèi)爾南德斯脊之間存在一規(guī)模較小的無震脊:伊奎科脊(Iquiqueridge)。在太平洋地區(qū),還包括一些小的正在俯沖的無震脊,如西太平洋地區(qū)新赫布里底(Hebrides)弧附近正在俯沖的無震脊、東北太平洋地區(qū)內(nèi)的阿留申弧外的無震脊等,以及一些正在俯沖的海山和正在拼貼于周圍島弧的海底高原,如伊豆-小笠原-馬里亞納(IBM)弧附近俯沖的組成西太平洋海山省一部分的小笠原(Ogasawana)海底高原、勞海盆北部的翁通爪哇海底高原和薩摩亞(Samoa)海底高原等。2.2巴拉克達(dá)脊que-q基層大西洋板塊內(nèi)主要地幔柱熱點(diǎn)的火山鏈,包括里奧格蘭德(RioGrande)脊和瓦維斯(Walvis)脊。由于大西洋兩側(cè)主要為被動(dòng)大陸邊緣,因此并沒有顯著的俯沖帶存在,在加勒比地區(qū)及南美洲南側(cè)存在俯沖帶。在加勒比地區(qū),大西洋板塊正在加勒比板塊之下俯沖,在東北加勒比地區(qū)內(nèi)的波多黎各及北小安德列斯海溝處正在輸入的正常洋殼被一系列的北美和南美板塊上的無震脊所分割,發(fā)育在此俯沖板塊(在大西洋洋中脊處80~110Ma以上的洋殼)之上的巴拉克達(dá)脊(Barracuda)和蒂勃朗(Tiburon)脊是大西洋地區(qū)僅有的接近俯沖帶主要的兩條海嶺,并正在隨著大西洋板塊向加勒比板塊之下俯沖(見圖1e)。巴拉克達(dá)脊,是中大西洋的較大脊,從小安德列斯海溝延伸到55°W處(見圖1e),被認(rèn)為與15°20′N斷裂帶相連。地球物理學(xué)資料顯示上此脊向西延伸到小安德列斯俯沖帶之下以及維爾京(Virgin)群島北側(cè)的邁恩(Main)脊。此脊高于周圍海底1.5~2km,寬約30~50km,長度超過450km。巴拉克達(dá)脊南側(cè)的蒂勃朗脊長約150km,寬約30~40km,此脊部分已經(jīng)在過去的10Ma中俯沖于加勒比板塊之下。巴拉克達(dá)脊、蒂勃朗脊以及南部被沉積物覆蓋的圣盧西(StLucia)脊被Stein等命名為“轉(zhuǎn)化斷層翼側(cè)脊”,為轉(zhuǎn)換斷層發(fā)育起來的深海洋脊,類似于菲律賓海板塊內(nèi)的九州-帕勞海脊(KPR)。盡管這些脊與KPR的起源類似,但前者主要表現(xiàn)為富集的地球化學(xué)特征,而KPR為一具Nb-Ta強(qiáng)烈虧損的不成熟洋內(nèi)弧脊。2.3阿拉杰瑪哈爾raj背景的地潭支柱部n印度洋地區(qū)內(nèi)的無震脊主要存在于印度洋中北部,包括被中印度洋脊分開的70°E附近的拉克代夫(Laccadives)-馬爾代夫(Maldives)-查戈斯(Cha-gos)脊(LMCR)和毛里求斯(Maritus)-塞舌爾(Sey-chelles)拱形脊(MS脊)、85°E脊、90°E海嶺(見圖1f)。其中LMCR脊(距今約60~32Ma)和MS脊(距今約0~45Ma)被認(rèn)為是現(xiàn)今的留尼汪(Reunion)熱點(diǎn)在向北移動(dòng)的印度洋板塊之上所形成的,隨后因中印度洋脊的擴(kuò)張而分開,其地幔柱頭部形成了65Ma的德干(Deccan)高原,此地幔柱的P波異常達(dá)1900km且具高3He/4He。LMC脊為N-S走向,從9°S延伸到14°N,長約2350km,寬約200km。90°E海嶺(距今38.3~82.5Ma)被認(rèn)為是克爾蓋朗(Kerguelen)地幔柱在向北移動(dòng)的印度洋板塊之上所形成的,其地幔柱頭部為117Ma的拉杰瑪哈爾(Rajmahal)高原,此地幔柱的P波異常達(dá)2800km且具高3He/4He。90°E海嶺與克爾蓋朗地幔柱熱點(diǎn)具類似的富集地球化學(xué)特征,暗示此地幔柱熱點(diǎn)保持了較長期的均一性,但最新的研究顯示此海嶺的地幔源區(qū)可以受到了東南印度洋脊底地幔源區(qū)的影響。研究顯示,與夏威夷和路易維爾熱點(diǎn)并非固定的一樣,在印度洋板塊北移期間,克爾蓋朗、留尼旺和克羅澤(Crozet)熱點(diǎn)分別向南運(yùn)動(dòng)了7°、5°和10°的距離。90°E海嶺從33°S延伸到17°N,長約5000km,平均寬度約200km。85°E脊(距今85~55Ma)為N-S走向,被認(rèn)為是克羅澤熱點(diǎn)(其S波異常達(dá)到2800km,Montelli等)在向北移動(dòng)的印度洋板塊之上所形成的,其地幔柱頭部可能也為117Ma的拉杰瑪哈爾高原,但是地球化學(xué)證據(jù)似乎并不支持這個(gè)觀點(diǎn)。85°E脊從5°S附近的阿法納西-尼基汀(AfanasyNikitin)海山延伸到19°N的孟加拉灣,長約2400km。3無震脊或海底高原沖刷產(chǎn)生的效應(yīng)大洋內(nèi)一些洋脊(如背離板塊邊緣的大洋中脊和匯聚板塊邊緣的島弧脊)經(jīng)常有伴隨巖漿活動(dòng)的地震發(fā)生,與之相對的是,在大洋內(nèi)部有一些無地震發(fā)生的海嶺或脊,因此被命名為“無震”脊。當(dāng)發(fā)育于巨大構(gòu)造板塊之上的這些無震脊(或海山)隨著板塊運(yùn)移至板塊構(gòu)造動(dòng)力系統(tǒng)主導(dǎo)的俯沖帶并與之發(fā)生相互作用時(shí),顯示出了與正常洋殼俯沖迥異的動(dòng)力學(xué)和巖漿效應(yīng),主要表現(xiàn)在超俯沖帶的形貌(因無震脊的正浮力而抑制弧內(nèi)擴(kuò)張等)、地震發(fā)生的頻度和烈度以及火山弧巖漿作用方面[19,37,42,57,58,59,60]。無震脊(或海山)俯沖產(chǎn)生的更多明顯的效應(yīng)還包括:深部和淺部地震活動(dòng)的明顯變化、火山弧分段性和/或弧火山作用的抑制、以及以上馱板塊的快速地殼抬升為特征的濱岸地貌的改變[19,50,57,61,62,63,64]。已有對無震脊或海山(海底高原)俯沖產(chǎn)生效應(yīng)的研究包括模擬模型、數(shù)字模型和實(shí)例研究(見圖2和圖3)。以下先介紹無震脊俯沖的模型,接下來對典型實(shí)例從動(dòng)力學(xué)和巖漿效應(yīng)角度進(jìn)行詳細(xì)介紹。3.1模擬實(shí)驗(yàn)3.1.1巖石圈和海底高原對板片傾角的影響Martinod等使用模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M了浮力脊和高原的俯沖作用來研究了它們對于板片動(dòng)力學(xué)的效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵配置簡述如下:(1)浮力條件和實(shí)驗(yàn)幾何學(xué),上地幔軟流圈(巖石圈底部至660km地震不連續(xù)面)模擬物質(zhì)為蜂蜜,被充填在一個(gè)剛性的樹脂玻璃容器,在容器中心,設(shè)置一在蜂蜜中具負(fù)浮力的硅樹脂板模擬俯沖前的大洋巖石圈;(2)大洋巖石圈的流變學(xué),用黏-彈性的硅樹脂灰泥(可被認(rèn)為是準(zhǔn)牛頓流體)模擬巖石圈板塊,大洋巖石圈黏性/上地幔黏度的比值被設(shè)置為104,這可能是地幔巖石流變學(xué)的一個(gè)合理值;(3)大洋板塊的浮力,在80km厚的巖石圈條件下,如果上伏為正常洋殼(7km),那么負(fù)浮力(-35kg/m3);如果上伏為加厚洋殼(14km)即存在正地形的洋脊和海底高原,那么浮力為0;(4)等溫實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)證明高速俯沖作用(大于1cm/a)條件下板塊是準(zhǔn)絕熱條件的,且忽略了板塊相轉(zhuǎn)變作用。利用以上實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置開展的一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,簡單的局部(1D)均衡考慮并不適于來預(yù)計(jì)垂直海溝的浮力脊的俯沖作用期間的板片行為。平行海溝的洋脊對俯沖過程具有更強(qiáng)烈的效應(yīng)。巨大的浮力板片片段更慢地下沉到軟流圈,它們的俯沖導(dǎo)致了板塊俯沖速率的減小。實(shí)驗(yàn)也觀察到那些浮力異常之下的板片變陡,導(dǎo)致了板片的更小的曲度半徑,能量加速消失在褶皺板塊內(nèi),并進(jìn)一步降低了俯沖速度。當(dāng)模擬浮力高原的3D幾何學(xué)時(shí),海底高原之下的板片傾角減小這是海底高原兩側(cè)密度大的“正?！贝笱蟀鍓K的更大俯沖速率所導(dǎo)致的。在海底高原完整被吸收進(jìn)俯沖帶之后,產(chǎn)生淺平坦板片俯沖作用,如此的板片傾角擾動(dòng)要維持很長時(shí)間(見圖2a)。板塊傾角減小或平坦板片俯沖導(dǎo)致了熱地幔楔的消失,且含水俯沖地殼與上伏熱軟流圈之間缺乏接觸從而阻止了部分熔融作用最終導(dǎo)致伴隨平坦板片俯沖的火山作用的缺乏。3.1.2無震脊特性及邊界Gerya等基于二維熱機(jī)械模擬實(shí)驗(yàn)(吸收了板塊脫水、地幔楔熔融作用和地表地貌發(fā)育的效應(yīng))研究了無震脊俯沖的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵配置簡述如下:(1)使用Gorczyk等的關(guān)鍵參數(shù),包括板塊無彎曲、釋放自俯沖板片(2km的蝕變洋殼+5km的輝長巖)的水的傳遞以及部分熔融作用,俯沖板片及上馱陸殼板塊的所有巖石的物理性質(zhì)詳見Gerya等,模擬的無震脊規(guī)模為:寬200km,厚18km;(2)邊界條件,即除了箱的下邊界(垂直方向上可滲透的)外,在實(shí)驗(yàn)容器的所有邊界處是自由滑移,實(shí)驗(yàn)相關(guān)控制公式參照Gorczyk等執(zhí)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,中等尺度的洋脊(如南美西側(cè)的納茲卡脊)的俯沖作用不會(huì)導(dǎo)致剛性板塊變平以及巖漿活動(dòng)的減少(見圖2b)。這反過來表明,當(dāng)與洋脊俯沖伴隨的俯沖板片變平時(shí),板塊本身應(yīng)該是接近臨界值狀態(tài)(即從傾斜到平坦的瞬間過渡狀態(tài)),俯沖洋脊可作為板塊過渡狀態(tài)的指示。同時(shí),伴隨平坦板塊導(dǎo)致的強(qiáng)烈的巖漿產(chǎn)生量的減少,可解釋低角度俯沖邊緣處近期活動(dòng)的火山作用的間隔。此外,此實(shí)驗(yàn)也記錄了與中等規(guī)模洋脊俯沖伴隨的幾個(gè)顯著的地表效應(yīng),如上馱邊緣抬升的局部增加、俯沖剝蝕作用的加強(qiáng)以及海溝的向陸移置。值得指出的,以上兩實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要是與安第斯型大陸邊緣(陸緣弧)的胡安費(fèi)爾南德斯脊的俯沖地質(zhì)事實(shí)較為符合,而對于在洋內(nèi)弧之下俯沖的無震脊的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)并沒有任何相關(guān)性研究。3.2思想原因及意義由一系列相對孤立海山組成的無震脊的俯沖可被理解為在一定地質(zhì)時(shí)期內(nèi)海山的俯沖。衛(wèi)星推斷的重力異常數(shù)據(jù)表明海底大約有高于周圍海底大于1.5km的12000座巨大的海山。不管這些海山是處于火山建造期間還是后建造下沉階段,一旦它們變得不活動(dòng)時(shí),它們將被板塊運(yùn)動(dòng)所攜帶并將最終被俯沖。一旦這些海山進(jìn)入俯沖帶,它將深遠(yuǎn)地影響著海溝軸部與火山弧之間的前弧地區(qū)的形貌、構(gòu)造和垂直運(yùn)動(dòng)歷史(見圖2c)。海山俯沖也可能影響著上馱板塊與俯沖板塊之間的耦合程度,且影響著地震,特別是巨大地震的規(guī)模和頻度。而有一系列海山組成的無震脊或海山鏈的俯沖可能誘導(dǎo)了一個(gè)“變形波”,當(dāng)海山漸進(jìn)地被板塊運(yùn)動(dòng)攜帶進(jìn)俯沖帶時(shí),將交替地使前弧地區(qū)變大和縮小。總之,海山俯沖的最終命運(yùn)可能取決于以下幾個(gè)因素:俯沖通道的厚度、俯沖板塊與上馱板塊的相對強(qiáng)度、俯沖海山的內(nèi)部構(gòu)造以及俯沖海山的浮力。除了海山俯沖產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)外,雖然海山總體積還比洋殼少得多,但是海山俯沖對超俯沖帶巖漿效應(yīng)也很明顯。海山是板內(nèi)火山作用的產(chǎn)物,由深部地幔源區(qū)的部分熔融作用所產(chǎn)生的,它們提供了地球深部地幔區(qū)域的化學(xué)發(fā)育和不均一性的獨(dú)特認(rèn)識角度。海山上出現(xiàn)的具富集地球化學(xué)(洋島玄武巖)特征(富集大離子親石元素元素和高場強(qiáng)元素)的火山巖(見圖3a)或火山碎屑沉積物將對弧及弧后地區(qū)火山巖以及地幔地球化學(xué)不均一性的形成產(chǎn)生明顯影響。3.2.1所形成的超沖帶與難以保留的前弧地區(qū)此無震脊可追蹤的最老部分處的海山[如底特律(Detroit)海山年齡為76~81Ma和明治(Meiji)海山年齡大于81Ma]現(xiàn)今位于堪察加(Kamchatka)-阿留申(Aleutian)弧交匯處的海溝外側(cè)。盡管對于81Ma以來的此無震鏈的巖漿作用保留著很好的記錄,但是對于之前的歷史(如地幔柱頭部形成的大火成巖省及地幔柱尾部形成的早于81Ma的海山)的資料極少。Courtillot等推斷夏威夷地幔柱頭部所形成的大火成巖省(LIP)可能已經(jīng)被俯沖于歐亞板塊的堪察加半島之下,而其他一些研究者認(rèn)為LIP和老于81Ma的海山可能沒被俯沖,而是被保留下來了。無論是被俯沖還是被保留下來,夏威夷-皇帝海嶺在靠近堪察加半島附近的俯沖帶時(shí),究竟對此處的超俯沖帶產(chǎn)生了怎樣的地質(zhì)效應(yīng)呢?堪察加半島上的克羅諾基(Kronotsky)地體(由白堊紀(jì)-始新世的玄武巖、火山碎屑砂巖、火山角礫巖等組成)位于正在俯沖的皇帝無震海嶺之上。克羅諾基半島地層學(xué)和構(gòu)造數(shù)據(jù)顯示夏威夷-皇帝海嶺的俯沖作用導(dǎo)致了堪察加火山弧的前弧地區(qū)的下沉和縮短/抬升。最近的研究顯示,位于堪察加內(nèi)的堪察加茨克(KamchatskyMys)半島的蛇綠巖套內(nèi)的玄武巖(距今120~93Ma)在地球化學(xué)上類似于靠近俯沖帶的底特律和明治海山巖石,表明夏威夷-皇帝海嶺的早-中白堊紀(jì)段可能被增加于堪察加火山弧的前弧地區(qū)(見圖3b)。此外,克羅諾基半島的玄武巖地球化學(xué)組成為弧火山巖與海山巖石的中間類型,顯示一個(gè)強(qiáng)烈的海山特征信號,細(xì)致的巖石學(xué)研究表明,克羅諾基半島的始新世拉斑或堿性系列玄武巖具低大離子親石元素(LILE)和輕稀土(LREE)以及抬升的鈦(Ti)和鈮(Nb)含量、低Ba/Nb和Ba/Ce比值,以及多變的87Sr/86Sr和相對均一的143Nd/144Nd,顯示似富集型洋中脊玄武巖(EMORB)特征,暗示受到了夏威夷皇帝無震脊(其地球化學(xué)特征已經(jīng)被許多學(xué)者廣泛報(bào)道)的俯沖的影響,然而,克羅諾基半島上的火山巖地球化學(xué)時(shí)空演變規(guī)律表明,從始新世到近期的火山巖,皇帝海山鏈俯沖對弧火山巖的影響(或物質(zhì)貢獻(xiàn))逐漸減少。3.2.2沸石成因分析在湯加海溝處,太平洋板塊正西向俯沖于印澳板塊之下,從南到北,會(huì)聚速度增加,進(jìn)入海溝的沉積層厚度逐漸減少。太平洋板塊正攜帶著具年齡線性增長的路易維爾無震脊俯沖于湯加(Tonga)-克馬德克(Kermadec)弧之下(見圖1),此脊上正在俯沖的海山年齡老于70Ma。路易維爾無震脊對湯加-克馬德克弧的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)主要表現(xiàn)如下:因?yàn)榫哒×Φ穆芬拙S爾無震脊的俯沖,在路易維爾無震脊與湯加-克馬德克弧結(jié)合處的海溝西側(cè)部分形成了曲度稍小、向西彎曲的弧形貌,且把湯加-克馬德克弧分成為兩段,即湯加弧和克馬德克弧,對應(yīng)的弧后擴(kuò)張區(qū)分別為勞海盆和哈維(Harvre)海槽,輕微變形的弧形貌也與數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致?？梢詮牡厍騽?dòng)力學(xué)角度推測,如果沒有路易維爾無震脊的俯沖,湯加-克馬德克弧后不會(huì)分成為勞海盆和哈維海槽兩端,也將不會(huì)呈現(xiàn)勞海盆瓦路發(fā)(ValuFa)脊處的向南增進(jìn)裂解動(dòng)力學(xué)過程。路易維爾無震脊為路易維爾地幔柱熱點(diǎn)形成,具有與火山弧巖石迥異的富集的地球化學(xué)特征(見圖3a),其上的海山巖石的同位素和微量元素組分表明其具有一等同于FOZO地幔端元的長期的、均一的地幔源區(qū),如此脊的約44m厚的火山碎屑巖(DSDP204站位揭示)及其下伏的基底玄武質(zhì)巖石具極度放射性成因的Pb同位素,206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb分別為(19.45vs.19.49)、(15.63vs.15.63)和(39.22vs.39.08)。研究表明,路易維爾無震脊并沒有影響其俯沖位置的最近弧系統(tǒng)(如勞海盆南段)的巖漿成因(見圖3c)。由于路易維爾無震脊斜向俯沖于湯加弧之下,且其俯沖過程受到了印澳板塊與太平洋板塊運(yùn)動(dòng)矢量及強(qiáng)烈相互作用的影響,因此路易維爾無震脊俯沖對湯加超俯沖帶(SSZ)的影響體現(xiàn)在湯加弧北段的塔法西(Tafahi)島和努奧圖布達(dá)布(Niuatoputapu)島的火山巖的地球化學(xué)上(見圖3c)。最新的研究顯示,簡單的端元模擬表明北湯加弧熔巖的42%~90%的Pb來自于正在俯沖的海山鏈的玄武質(zhì)地殼。值得指出的,除路易維爾海山鏈對勞海盆北部海底熔巖做出貢獻(xiàn)外,靠近俯沖帶的海底高原也強(qiáng)烈地影響弧后地區(qū)的火山巖地球化學(xué),如最近的研究顯示,薩摩亞(Somoa)海底高原通過軟流圈物質(zhì)流對勞海盆北部海底熔巖地球化學(xué)做出的貢獻(xiàn)也被識別出來。3.2.3成因與構(gòu)造背景在中美海溝走向上,顯示了輸入板塊的年齡、匯聚速率、傾斜度、地貌及傾角等多方面的顯著變化,其中俯沖組分的差異可能是第一序的影響因素,如除正常洋殼[東太平洋擴(kuò)張中心(EPR)產(chǎn)生的洋殼及科科斯-納茲卡擴(kuò)張中心(CNS)所形成的洋殼]俯沖外,也存在科科斯無震脊及其北側(cè)的海山群等正浮力地形的俯沖?？瓶扑辜辜昂Ｉ降母_作用已經(jīng)產(chǎn)生了弧前外緣的實(shí)質(zhì)的俯沖剝蝕作用。此外,加厚的科科斯無震脊要比正常洋殼更具浮力,且已經(jīng)抬升了奧撒(Osa)、尼科亞(Nicoya)半島及克波斯(Quepos)地區(qū)?？瓶扑篃o震脊俯沖也表現(xiàn)在了比尼奧夫帶(Wadati-Benioff)的傾角和深度上的變化,如在尼加拉瓜邊緣附近傾角約65°到科科斯脊變淺了幾度,具有孕育大地震的充分條件,已被這里頻發(fā)地震所證實(shí)。哥斯達(dá)黎加火山弧巖石的最大年齡超過24Ma,直到晚中新世仍有深成巖體侵位,在此之后,與俯沖有關(guān)的鈣堿性巖漿作用消失。約距今6Ma到3Ma期間產(chǎn)生了弧后堿性巖漿作用,在中央巖漿弧南部,年齡為5.8Ma到2.0Ma的火山熔巖的微量元素特征顯示其為俯沖洋殼部分熔融(源區(qū)殘留石榴石)的產(chǎn)物,且具有一個(gè)與地幔柱(似加拉帕戈斯地幔柱熱點(diǎn))有關(guān)的同位素特征,可能為科科斯脊及其北側(cè)海山群俯沖組分加入弧巖漿源區(qū)的結(jié)果。最近研究表明,從哥斯達(dá)黎加中部到尼加拉瓜西北,富集的地球化學(xué)特征逐漸變得不明顯,反映可能在哥斯達(dá)黎加和尼加拉瓜之下的地幔楔內(nèi)可能存在平行弧的物質(zhì)流(見圖3d)。此外,雖然多數(shù)學(xué)者認(rèn)為加勒比大火成巖省是由加拉帕戈斯地幔柱熱點(diǎn)所形成的,但是Hoernal等指出加勒比大火成巖省可能不是單一的地幔柱(如加拉帕戈斯熱點(diǎn))頭部所形成的,而是多個(gè)大洋板內(nèi)構(gòu)造(如海底高原和無震脊等熱點(diǎn)軌跡)通過俯沖作用綜合作用的結(jié)果,暗示科科斯脊俯沖作用不僅影響著中美火山弧,而且影響著更遠(yuǎn)處的加勒比大火成巖省的形成?？▋?nèi)基脊俯沖于安第斯會(huì)聚邊緣北部。在20世紀(jì),此處發(fā)生了6次與俯沖作用有關(guān)的、超過里氏7.8級的地震。俯沖作用從以正常洋殼的陡俯沖角度變化到無震脊俯沖參與的平坦俯沖,這與納茲卡板內(nèi)的俯沖體的多樣性(包括卡內(nèi)基無震脊)有關(guān),從而導(dǎo)致地震和火山作用的區(qū)域樣式沿安第斯走向顯示高度的分段性?？▋?nèi)基脊自2Ma來就與此邊緣發(fā)生了碰撞作用,進(jìn)入海溝的時(shí)間為1Ma。卡內(nèi)基俯沖作用導(dǎo)致了上馱板塊的擠壓變形。淺俯沖的卡內(nèi)基無震脊和馬爾佩羅脊-具加拉帕戈斯地幔柱熱點(diǎn)地球化學(xué)可能導(dǎo)致了厄瓜多爾寬廣的火山弧內(nèi)的異常的地球化學(xué)(埃達(dá)克質(zhì))特征。3.2.4納茲卡脊沖沖層序安第斯秘魯段(5°~18°S)約2000km,總體上此段呈現(xiàn)一個(gè)高度不對稱的地形,具有陡峭的西坡以及一個(gè)寬廣的東側(cè)。納茲卡無震洋脊的俯沖及向南躍遷后的俯沖導(dǎo)致了俯沖帶處似波狀的地形。如導(dǎo)致海溝深度和附近的前弧地區(qū)抬升了至少1500m;在5°~14°S之間的碰撞帶,存在長1500km的平坦(傾角小于30°)俯沖作用(flat-slabsubduction);導(dǎo)致了剝蝕俯沖作用;導(dǎo)致了地表抬升2~3km。此外,納茲卡脊的俯沖將孕育強(qiáng)烈的地震。研究已表明,在過去幾十年內(nèi),秘魯之下3個(gè)強(qiáng)烈的板內(nèi)地震(1942年的8.1級地震,1996年的7.7級地震以及2001年的8.4級地震)位于納茲卡脊俯沖投影面上。由于大體積的平坦俯沖作用,導(dǎo)致近期的火山作用幾近消失,僅在位于9°~11°S的布蘭卡(Blanca)山脈處包含了新近紀(jì)巖漿活動(dòng)的記錄,這是與Gerya等的數(shù)字模型結(jié)果是一致的,即此處平坦俯沖作用導(dǎo)致了俯沖板片之上地溫梯度不足以使巖石熔融,從而導(dǎo)致缺乏熱地幔楔以及巖漿活動(dòng)的減少。與兩側(cè)正常洋殼板塊俯沖形成對比的是,胡安費(fèi)爾南德斯脊俯沖作用導(dǎo)致了與俯沖等緯度的智利西海岸地區(qū)的畢鳥夫帶形態(tài)、火山弧活動(dòng)以及大陸邊緣構(gòu)造的明顯變化。胡安費(fèi)爾南德斯脊的俯沖伴隨著類似于上述的納茲卡無震脊的平坦板片俯沖作用,因此兩者的俯沖動(dòng)力學(xué)和巖漿效應(yīng)相似。3.2.5無震脊沖帶的地質(zhì)效應(yīng)上已述及,正在俯沖于小安德烈斯弧之下的巴拉克達(dá)脊、蒂勃朗脊以及南部被沉積物覆蓋的圣盧西(StLucia)脊為轉(zhuǎn)換斷層發(fā)育起來的深海洋脊,與地幔柱熱點(diǎn)形成的無震脊在密度和地球化學(xué)組分上存在明顯差異。由于這些脊不具浮力且并沒有表現(xiàn)出富集的地球化學(xué)特征。因此,對這些脊俯沖的地質(zhì)效應(yīng)的研究主要集中在小安德列斯弧的動(dòng)力學(xué)(如地震)上。如巴拉克達(dá)脊不具浮力且并不影響畢鳥夫帶的傾角,此脊的俯沖產(chǎn)生了正斷層(斷層面垂直于小安德列斯弧及其東側(cè)海溝)型地震。正與小安德列斯俯沖帶發(fā)生相互作用的這些洋脊的北端(如巴拉克達(dá)脊)正旋切著安德列斯弧的高地震活動(dòng)區(qū)域。一些地震(包括1974年的巨大地震)是出現(xiàn)在上沖板塊內(nèi),可能與因這些無震脊的俯沖導(dǎo)致上覆于這些脊的加勒比板塊的變形有關(guān)。此外,這些無震脊的俯沖對小安德列斯的火山前緣的位置產(chǎn)生明顯影響。3.2.6無震脊成巖與機(jī)制在印度洋,歐亞板塊與印澳板塊之間邊界處的兩個(gè)主要的尖端位于大陸內(nèi)部,這可以從它們的弧形特征及與印度尼西亞弧的連續(xù)性而被推斷出來,喜馬拉雅弧呈現(xiàn)出了一個(gè)位于特提斯洋(位于印度與中亞之間,因晚第三系的俯沖作用而被關(guān)閉)內(nèi)的已經(jīng)絕跡的島弧系統(tǒng)的形狀。無論喜馬拉雅弧是否保留著一個(gè)古老島弧的形狀,印度洋內(nèi)的兩個(gè)顯著的無震脊延伸進(jìn)了喜馬拉雅構(gòu)造弧的兩個(gè)主要的尖端處。弧內(nèi)擴(kuò)張(也許是事件性的)導(dǎo)致了火山弧遷移離開大陸,同時(shí)攜帶無震脊的洋殼按現(xiàn)今傳統(tǒng)的模型而被俯沖。然而,大塊的非震脊進(jìn)入到海溝,因?yàn)闊o震脊具正浮力而導(dǎo)致內(nèi)弧擴(kuò)張火山建造變慢,從而抑制了俯沖作用。據(jù)此,Vogt認(rèn)為無震脊與島弧系統(tǒng)相交切時(shí),應(yīng)該存在一個(gè)尖端。最新的研究結(jié)果也顯示,喜馬拉雅弧的弧形形狀及在喜馬拉雅東、西形態(tài)上的兩個(gè)尖端似乎是與拉克代夫-馬爾代夫-查戈斯脊(LMCR)和90°E海嶺以及85°E海嶺相互作用的結(jié)果,類似于馬里亞納海溝處小笠原海臺和湯加海溝處路易維爾脊所產(chǎn)生的地質(zhì)效應(yīng)。拉克代夫-馬爾代夫-查戈斯脊(LMCR)脊和90°E海嶺以及85°E海嶺與古喜馬拉雅弧所發(fā)生的強(qiáng)烈的相互作用,導(dǎo)致了匯聚速率、流變學(xué)、應(yīng)力相互作用、俯沖沉積物厚度等方面的明顯變化,從而明顯影響著喜馬拉雅地區(qū)的地震變化并導(dǎo)致喜馬拉雅巨大的、主要的地震的破裂程度。這些也控制喜馬拉雅未來地震的斷裂程度及震級。對印度洋北側(cè)無震脊俯沖效應(yīng)研究主要集中在上述的動(dòng)力學(xué)方面。最近的研究顯示,LMCR無震脊可被追蹤到位于印度與歐亞板塊之間的古特提斯洋閉合所形成的縫合帶處,在此縫合帶處的白堊紀(jì)火山巖具有現(xiàn)今留尼汪(Reunion)地幔柱熱點(diǎn)的地球化學(xué)組分。至于LMCR無震脊是否俯沖于古特提斯洋北側(cè)的島弧之下并對后者產(chǎn)生強(qiáng)烈的效應(yīng),這需要從地質(zhì)歷史記錄尋找證據(jù)。同時(shí),其他兩條主要洋脊(90°E海嶺和85°E海嶺)的情況是否如同LMCR無震脊,需要進(jìn)一步展開研究。4無震脊和火山鏈的正地形沖刷無震脊(或海山鏈)俯沖除了對超俯沖帶產(chǎn)生重要的地質(zhì)效應(yīng)外,還具有潛在的資源效應(yīng)。正常洋脊(如洋中脊)主要來自于經(jīng)大陸地殼萃取后留下的虧損地幔部分熔融所形成的,其上出露的巖石主要為正常洋中脊玄武巖-NMORB(除了少量的富集型洋中脊玄武巖-EMORB),具有低豐度的大離子親石元素和強(qiáng)-中不相容元素,同時(shí)火山弧脊由正常洋殼俯沖釋放的流體與虧損的地幔楔相互作用進(jìn)而產(chǎn)生部分熔融作用所形成的(如KPR和伊豆-小笠原弧脊),產(chǎn)生的火山巖具有Nb-Ta強(qiáng)烈虧損的典型弧火山巖(鈣堿性巖石)特征(圖4)。與以上兩種洋脊相比,絕大多數(shù)無震脊或海山鏈的成因是與地幔柱熱點(diǎn)有關(guān)的,具有富集的洋島玄武巖(OIB)的地球化學(xué)特征(見圖3a和圖4)。因此,這些無震脊或海山鏈上的巖石及火山碎屑沉積物的俯沖把大量強(qiáng)-中等不相容元素(K、Ba、La、Ce、U、Th、Pb、Rb、Sr、Cs、Au、Ag及Cu等)(這些元素的豐度比MORB對應(yīng)元素高1個(gè)數(shù)量級)帶進(jìn)了超俯沖帶。因此,在超俯沖帶(SSZ)處的礦床形成中,無震脊或海山鏈的俯沖可能產(chǎn)生與正常洋殼或正常洋脊等俯沖不一樣的樣式,比如,稍晚于正常洋殼板塊形成的無震脊,在與正常洋殼板塊一道運(yùn)移至俯沖帶并俯沖消減時(shí),其熔融釋放的強(qiáng)-中等不相容元素含量可能明顯要高于正常洋脊,其中的一些不相容元素(如Au、Ag及Cu)與巖漿-熱液型金屬礦床成礦關(guān)系密切。最近的研究表明,在南美安第斯弧內(nèi)出現(xiàn)了豐富的巖漿-熱液礦床,被認(rèn)為是過去200Ma期間伴隨無震脊的納茲卡板塊俯沖于南美板塊之下所導(dǎo)致的結(jié)果。如安第斯中段(秘魯北部和智利中部)的中新世成礦帶可能是與納茲卡板塊的具正浮力的高地形(納茲卡脊和印加(Inca)海底高原)的俯沖密切相關(guān),同時(shí),熱的洋中脊俯沖會(huì)形成板片窗(slabwindow)效應(yīng),這些正地形影響了俯沖系統(tǒng)的整個(gè)動(dòng)力學(xué)機(jī)制(平坦板片俯沖樣式)并啟動(dòng)了金屬成礦過程,形成大量的巖漿-熱液礦床。孫衛(wèi)東等指出與南美地區(qū)情況類似,中國東部大型、超大型斑巖銅