吴福元院士：大洋岛弧的前世今

根据板块构造理论，板块的边界是地质作用最为强烈的地区，因而它们是当今固体地球科学研究的重点。依据应力性质的不同，地球上板块的边界类型有扩张的洋中脊、汇聚的俯冲带和调节板块运动差异的转换断层三种。就汇聚型板块边界而言，它又可进一步划分为洋-洋俯冲的大洋或洋内岛弧带（Intra-oceanic arc）、洋-陆俯冲的安第斯型活动大陆边缘带和陆-陆接触的大陆碰撞带三种。相对而言，大洋岛弧的研究程度最低。传统认为最典型的大洋岛弧——日本诸岛，已不再被认为是洋-洋俯冲的产物，因为已有研究显示它是从亚洲大陆裂解的碎块。

图1　全球汇聚型板块构造边界图

根据目前的调查，现今的大洋岛弧主要集中在西太平洋地区，以太平洋与菲律宾板块间的Izu-Bonin-Mariana弧（IBM)和太平洋-澳大利亚间的西南太平洋岛弧为代表(图1,2)。

图2-IBM主要地质单元分布及早期弧岩浆作用序列

大洋岛弧研究的最重要问题是，洋洋之间如何产生了俯冲。

目前多倾向于认为：大洋中的转换断层可使不同时代的大洋岩石圈相互接触，在这种情况下，较老的岩石圈由于冷却时间较长而密度相对较大，因而可下沉而俯冲到较年轻的岩石圈之下。这一模型也被誉为蛇绿岩形成的初始俯冲定律（Subduction Initial Rule，简称SIR）。

但存在的问题是，目前全球还没发现有转换断层转变为俯冲带的实例。更何况，全球大洋中发育如此众多的转换断层，但为何只在西太平洋发育大洋岛弧?

图3 初始俯冲模式图（据Stern and Gerya 2018)

根据目前的调查，洋-洋俯冲及其所形成的大洋岛弧仅在西太平洋广泛存在，而在其它大洋以及太平洋的其它部位出现频率明显降低。对这些大洋岛弧仔细研究发现，它们基本上存在两种形成方式。在加勒比海、斯科舍海和阿留申等地区，当大洋中的洋底高原随板块运移而到达俯冲带时，它的低密度将引发洋底高原的夹塞，致使俯冲带跳跃到洋底高原的另一侧，从而开始洋-洋俯冲，继而形成大洋岛弧。

图4 沟-弧-盆体系地质剖面示意

示上盘地壳性质的不同，可划分为Mariana和Japan两种类型，前者即为大洋岛

然而，西太平洋的大洋岛弧却显示另一番不同的景象，它们的基底或多或少都显示古老大陆的特征，表明它们原本并非大洋板块的部分，而更可能是从周边大陆上裂解的碎块。在太平洋的西缘，大洋板块向大陆下的高角度俯冲，形成西太平洋的沟-弧-盆体系（图4）。而俯冲大洋板块的回返与后撤，致使早先形成的大陆岛弧发生裂解，并向大洋岩石圈方向演化。因此，从本质上看，这类大洋岛弧实际上是从大陆岛弧演化而来，目前盛行的洋-洋俯冲的大洋岛弧初始启动模式，既没有理论基础，也无实际资料的支持，因而需要进一步研究的检验。但大陆边缘岛弧又是如何产生的，这又涉及到被动陆缘如何转化为俯冲带这一重要理论问题。尽管这一问题极为重要，但它已远远超出本文要讨论的范围。

节选自: 吴福元,王建刚,刘传周,刘通,张畅,纪伟强. 2019. 大洋岛弧的前世今生. 岩石学报, 35(1): 1-15.