外来块体（如微陆块或大洋高原）增生涉及多期次俯冲起始和俯冲带跃迁，是特提斯演化、大陆生长和超大陆形成历史中的一个重要构造过程（图1A）古生代以来，从冈瓦纳大陆裂解的多个微陆块先后增生到亚洲大陆南缘，导致原、古、新特提斯洋的闭合以及亚洲大陆的持续生长。因此，特提斯构造域是研究多期次块体增生、俯冲起始和俯冲带跃迁的理想天然实验室（图1B、图1C）。
↑ 图1 （A）块体碰撞增生诱发俯冲起始的示意图；（B）青藏高原内特提斯的构造划分；
（C）从原特提斯到新特提斯洋的演化及主要拼合块体分布的示意图
已有相关数值模型主要研究单个外来块体的碰撞拼贴和伴随的单次俯冲带跃迁过程，并预测的从块体拼贴到俯冲带跃迁完成的时间间隔<10 Ma，明显短于地质观察的俯冲带跃迁时间 （~10-30 Ma）。对于多期块体增生的动力学过程以及多期俯冲带跃迁的形成机制的理解目前仍然十分薄弱，尤其是忽视了外来块体周边沉积物的影响。低纬度地区有利于海底细粒碎屑物沉积，长期位于赤道附近的外来块体周边可能发育碳酸盐岩。大量地质和地球物理观测资料表明，泥岩和碳酸盐岩具有摩擦润滑作用和较高的孔隙流体压力，从而可减小板块之间的耦合力并改变俯冲速度。然而，对于外来块体周边沉积物如何影响多期块体增生和俯冲带跃迁仍不清楚。
针对上述科学问题，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室颜智勇博士后、陈林研究员、孟庆任研究员，联合美国内华达大学里诺分校的Andrew Zuza副教授，在系统分析昆仑缝合带、金沙缝合带、班公缝合带和雅江缝合带的相关地质数据的基础上，利用二维热-力学数值模拟方法探索了特提斯演化过程中外来块体漂移引发的多期次大陆增生和俯冲带跃迁的动力学过程。模拟结果显示，外来块体周缘的沉积物和上覆板块的结构是控制多个块体增生和引导俯冲极性的重要因素，所有模型中的外来块体均表现为单向聚合并增生于大陆边缘。当沉积物位于浮力块体右侧时，模型表现为单向俯冲起始，即多期次俯冲带跃迁（图2），俯冲跃迁的时间为3到20+ Myr，主要由先前块体碰撞的复合体和汇聚速度决定，与汇聚速率和增生块体的数量呈反相关。当沉积物位于浮力块体左侧时，模型呈现出多种极性的洋内俯冲（图3）。块体周围的沉积物促进俯冲起始，但增生拼合块体往往更容易遭受挤压变形，导致应变累积，从而诱发后续大洋板块的俯冲起始（图3），即外来块体周围的横向密度和粘度差异决定了俯冲起始的位置。
↑ 图2 多个外来块体拼贴增生引发多期次俯冲带跃迁（端元模型1：沉积物位于外来块体的右侧，俯冲极性一致）。
色标：0，空气；1、水；2和3，沉积物；4和5分别为大陆上地壳和下地壳；
6和7，海洋上地壳和下地壳；8、大洋岩石圈地幔；9、软流圈地幔；
10、水化地幔；11、FAT（贫瘠）岩石圈地幔；12、大陆岩石圈地幔；
13和14，FAT上地壳和下地壳；15、部分熔融；16、榴辉岩；17、蛇纹石地幔
↑ 图3 多个外来块体拼贴增生引发多极性俯冲起始（端元模型2：沉积物位于外来块体的左侧，俯冲极性不一致）。组分色标与图2一致
模拟结果揭示多个外来块体依次碰撞拼贴可引发多期次俯冲带跃迁，为理解特提斯构造域的构造演化提供了重要参考。特提斯构造域个别增生块体可能发育弧后盆地以及大洋板块向南的俯冲，但这不会改变特提斯整体向北演化的趋势（图 1）。端元模型1重现了多个俯冲带逐次跃迁的过程，岩浆活动也随之远离欧亚大陆（图 2）。通过进一步对比分析特提斯域的主要缝合带特征（图 4A），发现块体左侧有沉积物的端元模型2（图 3）演化过程与这4条缝合线的俯冲极性具有很好的一致性（图 4）。此外，模型结果也为长时间板块俯冲跃迁提供了一个可能的解释，即由较低汇聚速度和碰撞拼贴形成的复合块体可能在俯冲起始的滞后过程中发挥重要的作用。在印度-亚洲碰撞后的～50 Ma时间内，印度大陆南缘或印度洋内部仍未发生俯冲，我们认为这可能是板块汇聚速度较慢和喜马拉雅-青藏高原造山带吸收了变形的共同结果，同时推断印度大陆南缘沉积物积累到一定厚度和/或在远场力（洋脊或地幔柱）的作用下将会触发印度洋向北开始俯冲。
↑ 图4 （A）喜马拉雅-青藏造山带岩石圈尺度横截面示意图；
（B）多期次俯冲跃迁的模型示意图。 YS，雅鲁缝合线；BS，班公缝合线；JS，金砂缝合线；KS，昆仑缝合线；
QS，祁连缝合线；KQ-NCB、昆仑-柴达木-华北区块
该研究利用数值模拟方法再现了多个外来块体依次增生和多期次俯冲带跃迁的动力学过程，并在宏观层面上讨论了特提斯构造域的演化历史，为进一步理解特提斯动力系统提供了重要的理论依据。
研究成果发表于国际学术期刊GSA Bulletin（颜智勇，陈林*，Andrew V. Zuza，孟庆任. Successive accretions of future allochthonous terranes and multiple subduction zone jumps: Implications for Tethyan evolution[J]. Geological Society of America Bulletin, 2024. DOI: 10.1130/B37263.1）。研究得到国家自然科学基金项目（91955311，2204099）和美国国家科学基金项目（EAR 1914501, 2210074）的联合资助。
原标题：《颜智勇等- GSAB: 多个外来块体依次增生与多期俯冲带跃迁：对特提斯演化的启示 》
来源：中国科学院地质与地球物理研究所
作者：颜智勇
编辑：诸鹏飞
审核：盛捷