Geology：板块边界演化新机制

地刊速览 · 公众号 · · 2024-12-24 14:21

主要观点总结

本文介绍了美国加州边缘海地区的独特火山活动和板块边界演化。通过Geology期刊的最新文章，研究团队对火山岩进行了年龄测定和地球化学分析，发现了与扩张中心的俯冲有关的火山活动，并提出了“喷灯效应”的概念。该地区的火山活动分为渐新世和中新世两个阶段，与板块边界演化存在联系。研究还发现，加州边缘海地区的火山活动导致了广泛的火山活动，使地壳变得脆弱，并促成了大规模的伸展和地壳垂直轴向旋转。

关键观点总结

关键观点1: 火山活动与板块边界演化存在联系。

研究团队发现，加州边缘海地区的火山活动与一个活跃的扩张中心的俯冲有关，这一联系被称为“喷灯效应”。该效应导致地幔软流圈向上涌升，并在弧前地区引发火山活动。

关键观点2: 加州边缘海地区的火山活动经历了两个阶段。

研究指出，这些火山活动分为渐新世和中新世两个阶段，与板块边界演化的转变过程有关。

关键观点3: 火山活动对地壳的影响。

研究还发现，加州边缘海地区的广泛火山活动使地壳变得脆弱，并促成了大规模的伸展和地壳垂直轴向旋转。

正文

美国加州边缘海地区具有独特的火山活动和板块边界演化。近日Geology期刊发表最新文章，对该地区的火山岩进行了年龄测定和地球化学分析，发现火山活动与扩张中心的俯冲有关，并提出了“ “ b lowtorch effect ”（ 喷灯效应） 的概念。研究发现，加州地区经历了两次“ 喷灯效应”，这导致了广泛的火山活动，并使地壳变得脆弱，从而促成了大规模的伸展和地壳垂直轴向旋转。

加州边缘海地区是一个广阔而复杂的区域，主要由水下盆地、山脊和岛屿组成，是现代转换型板块边界的一个典型例子。这里记录了板块边界动力学变化的痕迹，从一个长期的俯冲边界演变为一个转换边界。从大约 3000 万年前到 500 万年前，在从俯冲到转换运动的转变过程中，加州边境地区经历了多种独特的变形，包括地壳块体沿垂直轴的旋转。这些变形方式在其他板块边界上并不常见，而其形成机制一直是科学家们关注的焦点。

图1. 加州边缘海地区的海底地形图。虚线将局部构造块体划分为外陆和内陆。本研究中使用的样品位置已显示，包括年龄测定值

加州边缘海地区火山活动为何如此独特？是什么原因导致了大规模的牵张和地壳旋转？这些火山活动与板块边界演化之间是否存在联系？

为了回答这些问题，研究团队对来自加州边境地区不同位置的火山岩进行了采样，对火山岩进行了 ⁴⁰ Ar/ ³⁹ Ar年龄测定和地球化学分析，并结合区域构造模型进行研究。

研究结果表明，加州边缘海地区火山活动可以分为两个不同的阶段：渐新世（ 31−30 Ma ）和中新世（ 19−13 Ma ）。这两个阶段的火山岩都属于钙碱性火山岩，但其成分和矿物组成存在差异。

图2. 研究样品的火成岩分类图。总碱-硅图表明岩石主要落在玄武岩到英安岩的趋势上。碱-铁-镁 (AFM) 三元图表明几乎所有样品本质上都是钙碱性的。

渐新世火山岩显示出高程度的部分熔融特征，表明它们来自地幔软流圈，并吸收了含水的弧前岩石圈成分。而中新世火山岩则显示出低程度的部分熔融特征，表明它们可能来自地幔深处，并受到俯冲带流体的影响。

图3. 加州地区海底熔岩流的关键微量元素特征。（A）Dy/Yb 和 La/Sm。（B）Th/Yb 和 Nb/Yb

研究团队发现，这些火山活动与一个活跃的扩张中心的俯冲有关。在渐新世和中新世，这个扩张中心分别到达了加州海域地区的俯冲带，并引发了火山活动。

图4. 加州地区火山和构造记录的时间协调。（左）边境地区的主要构造事件。（右）板块边界演化在文中讨论。F - 变换断层；R - 海岭；T - 海沟；C# - 磁性年代；BL - 边境地区；MOR - 中洋脊。

这项研究首次提出了 “ b lowtorch effect ” 喷灯效应的概念，以解释加州边境地区独特的火山活动和构造变形。

喷灯：又名喷火灯、冲灯，是利用喷射火焰对工件进行加热的一种工具，常用于焊接时加热烙铁，铸造时烘烤砂型，热处理时加热工件，汽车水箱的加热解冻等。包括煤油喷灯，燃料为灯用煤油；汽油喷灯，燃料为工业汽油。

“blowtorch effect”指的是当一个活跃的扩张中心俯冲到俯冲带时，会造成地幔软流圈向上涌升，并在弧前地区引发火山活动。研究团队发现，加州边境地区在渐新世和中新世经历了两次“ 喷灯效应”，这导致了广泛的火山活动，并使地壳变得脆弱，从而促成了大规模的伸展和地壳垂直轴向旋转。

这为加州地区独特的火山活动和构造演化提供了新的解释。持续的沟-脊相互作用会产生“ 喷灯效应”，导致弧前火山活动和地壳弱化，从而影响板块边界演化。

论文信息： Andrea Balbas , Kevin Konrad , Nathan Onderdonk , Paterno R. Castillo , Richard Behl; Oligocene and Miocene blowtorch volcanism within the California Borderland and its influence on the plate-boundary transition. Geology 2024; doi: