作為俯沖工廠的重要組成部分，弧后盆地是我們了解俯沖帶發(fā)展和深部地幔動力學(xué)的關(guān)鍵。與弧后盆地形成相關(guān)的弧后伸展和/或弧后周期性伸展在板塊構(gòu)造體制中已經(jīng)得到了很好的印證。然而，導(dǎo)致弧后伸展或擴張的機制卻一直存在爭論。對于不同俯沖帶的弧后擴張或周期性弧后擴張?zhí)岢隽瞬煌某梢蚰Ｊ剑欢捎谌狈ο嚓P(guān)的地球化學(xué)、地質(zhì)年代學(xué)和地球物理測深資料，使得檢驗這些模式很困難。
針對弧后周期性伸展或擴張形成機制這一關(guān)鍵科學(xué)問題，吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院許文良教授研究團隊選擇東北亞陸緣新生代不同期次玄武巖作為研究對象（圖1），通過詳細(xì)的巖石地球化學(xué)研究，尤其是利用新生代玄武巖地球化學(xué)的時空變異和對構(gòu)造屬性敏感的元素及其比值，同時結(jié)合地球物理資料，探討了東北亞陸緣新生代弧后周期性伸展/擴張的機制。得出如下主要認(rèn)識：
1. 東北亞陸緣新生代玄武質(zhì)巖漿作用至少可以劃分6個階段：55–50Ma、34–33Ma、22–21Ma、11–10Ma、5–2Ma 和<2.0Ma。本文考慮到庫頁弧與歐亞大陸的碰撞發(fā)生在15Ma左右，并且導(dǎo)致了弧后擴張的停止，本文只選擇了55–50Ma、34–33Ma、22–21Ma和11–10Ma四期鈉質(zhì)玄武巖作為研究對象（圖1）。
2. 東北亞陸緣新生代板內(nèi)型（與弧后伸展有關(guān)的）玄武巖先后經(jīng)歷了自西向東兩次遷移：即第一次從松遼盆地中的雙遼玄武巖（約51Ma）向東（約400km）至敦化地區(qū)33Ma板內(nèi)玄武巖，第二次從敦化地區(qū)33Ma板內(nèi)玄武巖向東至日本海約20Ma弧后盆地玄武巖（具有MORB地球化學(xué)屬性），日本海為第二次弧后擴張中心（圖2, 3）。
3. 東北亞陸緣新生代早期弧型玄武巖同樣經(jīng)歷了兩次向東遷移的過程，即從汪清地區(qū)（距同時代板內(nèi)型雙遼玄武巖約500km）52Ma的弧型玄武巖向東至日本海東部奧尻島34Ma的弱弧型玄武巖，乃至到日本北海道西南部22Ma的典型弧型玄武巖（圖2, 3）。
4. 東北亞陸緣新生代盆地沉積中心經(jīng)歷了自西向東逐漸變新的遷移過程（圖1），反映了對地幔深部過程的淺表響應(yīng)。這也得到了最新深部地震各向異性資料的證實——向東深部地幔流的存在，且比地表具有更快的速度。
5. 日本北海道西南部10Ma玄武巖具有典型弧型玄武巖的地球化學(xué)屬性，而東北汪清地區(qū)約11Ma板內(nèi)玄武巖則表現(xiàn)出弱弧型的地球化學(xué)特征，并且與約52Ma的弧型玄武巖相比，具有相對低的LILE含量和相對弱的HFSE豐度以及更為虧損的Sr-Nd-Pb-Hf同位素成分。上述特征表明，前者（10Ma）起源于受俯沖流體交代地幔楔的部分熔融，且形成于島弧環(huán)境，而后者（11Ma）則起源于早期（可能為52Ma）受俯沖流體交代地幔楔熔融后再次熔融的產(chǎn)物，且形成于板內(nèi)環(huán)境。
6. 東北亞陸緣新生代玄武巖地球化學(xué)的時空變異（圖3），揭示了向東的地幔流是導(dǎo)致弧后伸展（或擴張）的主導(dǎo)機制（圖4）。板片后撤引起的地幔流應(yīng)是導(dǎo)致第一次弧后伸展的動因（圖4b），而東向地幔流則是導(dǎo)致第二次弧后伸展（擴張）和海溝后撤的主導(dǎo)機制（圖4c）。庫頁弧與歐亞大陸的碰撞（約15Ma）導(dǎo)致弧后擴展的停止，進而引發(fā)了板內(nèi)（中國東北約11Ma）和弧（日本北海道約10Ma）巖漿作用的發(fā)生（圖4d）。
圖1. 東北亞陸緣新生代玄武巖和新生代早期沉積盆地分布圖
圖2. 東北亞陸緣新生代玄武巖的地球化學(xué)
圖3. 東北亞陸緣新生代玄武巖的Nb/Zr和 Ta/Zr比值與松遼盆地的距離
圖4 東北亞陸緣新生代弧后擴張隨時間遷移的動力學(xué)模式
該項研究得到了國家自然科學(xué)基金項目（91858211和42002055）和吉林大學(xué)創(chuàng)新團隊項目（No.2021-TD-05）的資助。本文第一作者為董玉和熊帥博士，通訊作者為王楓教授和許文良教授，參與者包括吉林大學(xué)紀(jì)政博士、中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所李毅兵研究員、日本北海道大學(xué)Niida教授和日本橫濱國立大學(xué)Yamamoto 準(zhǔn)教授。該研究成果發(fā)表在國際權(quán)威地學(xué)期刊Geology上，論文信息如下：
Yu Dong, Shuai Xiong, Feng Wang*, Zheng Ji, Yi-Bing Li, Shinji Yamamoto, Kiyoaki Niida, Wen-Liang Xu*. 2022. Triggering of episodic back-arc extensions in the NE Asian continental margin by deep mantle flow. Geology, DOI:10.1130/G50724.1
