西太平洋是研究俯沖帶發(fā)育和演化的重要海區(qū)。雅浦島弧位于菲律賓海板塊、太平洋板塊和卡洛琳板塊之間的三聯(lián)點處，經(jīng)受了復雜的板塊構(gòu)造運動。雅浦島弧被認為最初與馬里亞納島弧起源于同一個島弧，但卻表現(xiàn)出與馬里亞納島弧截然不同的地形和構(gòu)造發(fā)育歷史。一般認為，卡洛琳洋底高原與古雅浦島弧的相互作用對雅浦-馬里亞納俯沖帶的構(gòu)造演化產(chǎn)生了嚴重影響。然而，關(guān)于二者之間碰撞發(fā)生的時代、雅浦島弧基巖性質(zhì)和起源、雅浦島弧目前發(fā)育階段等都缺少明確的年代學和巖石地球化學證據(jù)。
針對以上問題，中國科學院海洋研究所張國良研究員指導博士研究生，利用“科學”號科考船在雅浦島弧獲取的基巖，開展了一系列詳細的礦物學、年代學和地球化學研究（全巖主微量元素和Sr-Nd-Pb-Hf同位素等）。研究發(fā)現(xiàn)，所獲得的基巖均由角山巖相變質(zhì)巖組成，首次通過角閃石40Ar/39Ar定年和離子探針（SIMS）進行榍石U-Pb定年，獲得了一致的年齡結(jié)果顯示雅浦島弧變質(zhì)作用發(fā)生在約21 Ma（圖2）。地球化學的結(jié)果（圖3）將雅浦島弧變質(zhì)巖分為三組：第一組具有極其虧損型微量元素模式和Dupal型同位素特征，推測來源于初始雅浦弧前玄武巖（FAB）；第二組具有堿性洋島玄武巖的富集型微量元素特征和太平洋型地幔特征，推測來源于卡洛琳洋底高原的碰撞作用；第三組具有典型的成熟島弧火山巖微量元素特征，來源于原始雅浦島弧火山巖。
現(xiàn)代雅浦島弧角閃巖基巖來源于弧前玄武巖、島弧火山巖和洋底高原，反映了雅浦島弧角閃巖的形成是原始雅浦島弧與卡洛琳洋底高原相互作用的結(jié)果。角閃巖放射性年齡指示卡洛林高原與原始雅浦島弧碰撞事件發(fā)生的時間大約在21 Ma。這個年齡僅僅略小于卡洛琳高原的形成時代，說明卡洛琳高原形成不久就與原始雅浦發(fā)生了碰撞。而現(xiàn)代在雅浦島弧前發(fā)育的海溝、匯聚速率（1-6mm /yr），以及雅浦島弧出現(xiàn)的年輕火山巖（<11 Ma）均顯示，二者經(jīng)歷碰撞后，卡洛琳洋底高原在雅浦海溝前再次發(fā)生重新發(fā)生新的初始俯沖。
綜合研究認為，雅浦俯沖體系經(jīng)歷了三個演化階段（圖4）:卡洛琳板塊俯沖的早期階段(原雅浦島弧火山巖形成)，原雅浦島弧與卡洛琳高原的碰撞階段（雅浦島弧變質(zhì)巖形成），卡洛琳高原向雅浦海溝的超慢速俯沖階段（伴隨強烈俯沖侵蝕，以及年輕島弧火山巖的產(chǎn)生）。
該成果發(fā)表于國際期刊《Lithos》上，文章信息：Zhang, J., Zhang, G., 2020. Geochemical and chronological evidence for collision of proto-Yap arc/Caroline plateau and rejuvenated plate subduction at Yap trench. Lithos 370-371, 105616. DOI: 10.1016/j.lithos.2020.105616
圖1 西太平洋雅浦島弧地質(zhì)概況及采樣區(qū)位置
圖2 角閃石40Ar/39Ar定年結(jié)果
圖3 雅浦島弧變質(zhì)巖的微量元素蛛網(wǎng)圖與稀土元素配分型式圖
圖4 雅浦島弧構(gòu)造演化模式圖
