兰海强等-EPSL：伊朗莫克兰俯冲带弧前盆地下仍保存着古老洋中脊残片

摘要：地球上的海洋并不会永久存在。它们在大陆裂解时诞生，在大陆碰撞时消亡。许多已经消失的古海洋，实际上并没有彻底从地球上抹去，而是以洋壳残片、蛇绿岩、增生杂岩、弧前盆地沉积以及变质岩带的形式，被零散地保存在今天的大陆内部。新特提斯洋就是这样一个典型例子。它曾广泛分布于欧亚大陆南缘，此后随着持续俯冲逐步关闭，重塑了从地中海到青藏高原的构造格局。然而，一个长期困扰地球科学界的问题是：那些已经消失的古老海洋，究竟在地球深部留下了怎样的痕迹？我们能否从这些痕迹中，追溯出一片海洋从诞生到消亡的完整动力学演化过程？近日，中国科学院地质与地球物理研究所兰海强研究员、陈凌研究员、万博研究员、褚杨研究员、王旭副研究员、肖文交院士、朱日祥院士等联合自然资源航空物探遥感中心徐曦研究员、伊朗地质调查局Morteza Talebian教授、法国图卢兹第三大学Sebastien Chevrot教授等，在伊朗东南部的Jaz Murian盆地及其所在的莫克兰俯冲带研究中取得了重要进展。他们的研究表明，Jaz Murian盆地厚沉积层之下隐藏的，是一套带有强蛇纹石化特征、呈蛇绿岩性质的基底。这套基底很可能代表了一段在新特提斯洋关闭过程中被保存下来的慢速扩张洋中脊遗迹。正是这种“与众不同”的大洋岩石圈进入海沟，塑造了今天盆地下方的基底，也为理解特提斯域中段沿欧亚大陆南缘发育的蛇绿岩—弧前盆地体系提供了新的统一视角。相关成果发表于Earth and Planetary Science Letters。

从消失的海洋到今天的盆地

莫克兰是今天仍然保留活动俯冲的少数新特提斯残余之一。这里的阿拉伯板块仍在向北俯冲到欧亚板块之下，形成了世界上最宽广的弧前增生楔之一；在地表上，它既保留着活动俯冲带，又保留着大量与古洋盆关闭有关的蛇绿岩和混杂岩，因此兼具“现代过程”和“古老记录”两重意义（图1）。Jaz Murian盆地正位于这一关键位置。其北侧邻近大陆岩浆弧，西侧和南侧邻近北莫克兰蛇绿岩出露带，本身又处在活动俯冲体系上方，是保存极好的陆上弧前盆地之一（图1）。该盆地自侏罗纪以来经历了多阶段构造活动，是理解新特提斯洋中段俯冲-增生过程的“交汇点”。这里的沉积物，记录着周边山脉、火山弧和俯冲带物质被侵蚀、搬运和堆积的历史；而沉积物之下的基底，则保存着盆地诞生时上覆板块是什么、俯冲带怎样启动、后来又经历了怎样的改造。换句话说，弧前盆地像一本写在俯冲带前缘的地质档案，既记“当下的沉积”，也记“最早的底本”。这也是为什么弧前盆地研究一直被视为理解俯冲带动力学的重要入口。

图1 地理与地质背景

尽管Jaz Murian盆地具有关键的研究价值，但其构造属性长期存在认识分歧。尽管大部分研究将其视为弧前盆地，也有观点认为其可能源于弧后或弧内伸展盆地；而更大尺度的地震结构资料显示，盆地不同区段可能表现出显著差异。因此，盆地下方基底的性质，已经不只是一个局部岩性问题，而是决定区域构造模型的关键约束。这一问题不仅关系到局部构造解释，更直接影响对新特提斯洋消亡过程的整体认识。

多学科手段约束地下结构

研究首先使用了2017到2018年间团队在西部Jaz Murian盆地内部布设的5个宽频带地震台站（L14-L18）资料。这些台站沿近南北向展开，跨越了从岩浆弧南缘到蛇绿岩带北界的区域。研究团队从全球地震中筛选出适合的远震事件，利用P波和S波尾波自相关技术，提取出沉积层底界的反射信息（图2）。

图2 直接根据原始地震道计算出的自相关图清晰显示了P波和S波反射

为了尽可能保留真实的反射振幅，研究团队未采用常规处理中常见的谱白化和滤波等手段，而是直接对原始远震记录进行自相关分析，并严格剔除了可能受路径效应及浅层散射干扰的波形。在此基础上，他们测量反射系数并评估其稳定性，进而结合已有沉积层波速与厚度约束，反演出沉积层之下基底的纵波速度、横波速度及泊松比（图3）。此外，研究团队利用历史航磁资料反演三维磁化强度（图4），以进一步约束盆地基底的物质组成。磁异常对蛇纹石化过程尤为敏感，因为蛇纹石化常伴随磁铁矿的生成，从而显著增强磁性。这意味着，高波速、高泊松比与强磁化三者相互印证。

图3 L14–L18台站的反演结果，展示了实测的纵波速度（Vₚ）和横波速度（Vₛ）值（圆圈）及其对应的不确定度（水平和垂直误差棒）

图4 Jaz Murian盆地及其周边地区的航磁图

地震反演结果显示，盆地内部四个台站（L15–L18）下方的基底具有较高的P波速度，且Vp/Vs比值≥2.0，指示泊松比偏高；仅最北端的L14台站表现出过渡或混合性质。需要指出的是，高速本身并不必然指向地幔物质，某些基性岩也可呈现较高的波速；然而，“高速”与“高泊松比”同时出现，则明显偏离普通大陆地壳和典型洋壳的常见组合，而更接近蛇纹石化上地幔或蛇绿岩性质的基底。多频接收函数模拟进一步揭示了底部高速层的存在，并对其厚度提供了良好的约束。

航磁反演结果进一步强化了上述认识。Jaz Murian盆地表现出大尺度、长波长的正磁异常，其空间分布与盆地范围及主要构造边界高度一致。综合“高波速、高泊松比、强磁化、区域连续性以及邻近蛇绿岩出露”等多重证据，可以得出一致认识：在西部Jaz Murian盆地厚层沉积物之下，存在一套具有蛇绿岩性质的基底，其中相当部分以蛇纹石化上地幔物质为主体。

一条被保留下来的慢速洋中脊

研究团队进一步将地球物理结果与盆地物源分析、北莫克兰蛇绿岩年代学及区域构造演化相结合，提出了一个具体的成因模型：这套基底很可能代表了一段形成于慢速至超慢速扩张环境的大洋岩石圈（图5）。在这种扩张环境下，洋壳发育不完整，甚至局部缺失，导致上地幔物质更接近地表，并在后期经历强烈蛇纹石化。当这类特殊洋中脊进入俯冲带时，并未像普通板块那样简单消亡，而是有部分被保存下来，成为大陆边缘和弧前盆地的基底。

这一解释得到了现代海底过程类比的支持。在慢速和超慢速扩张洋脊区域，岩浆供应通常较弱；低角度拆离断层能够长期活动，使上地幔岩石得以出露，洋壳厚度变化悬殊，甚至形成“地壳不连续”的富地幔大洋岩石圈。现代西南印度洋脊和大西洋慢速洋脊的研究已表明，这类海底并非“标准教科书式”的完整洋壳。研究团队将这些现代洋脊的认识引入对新特提斯古洋盆的解释之中。

先前的岩石地球化学与年代学分析表明，北莫克兰蛇绿岩形成于晚侏罗世至早白垩世（主体在~120 Ma之前），源于亏损的上地幔源区，并在海底经历了蛇纹石化，指示其形成于岩浆供给较低的慢速扩张洋中脊环境。莫克兰沉积物中的碎屑锆石记录了~170 Ma和~50 Ma等重要年龄峰，却明显缺乏早白垩世的峰值。这表明，Jaz Murian弧前盆地的基底最初即以蛇纹石化地幔为主，缺乏玄武质洋壳并非后期被剥蚀所致。

图5 新特提斯洋不同时期的地球动力学演化及Jaz Murian盆地的形成 这项研究有什么意义

首先，它深化了人们对新特提斯洋关闭方式的理解。过去在许多区域构造图景中，海洋板块常被视为一条相对均一的“传送带”，一旦进入俯冲带，差异主要体现在俯冲角度与速率上。这项研究则提醒我们，进入俯冲带的海底本身可能就极不均匀。如果来袭的是一段由慢速洋脊产生、地壳不完整、上地幔物质埋藏较浅甚至直接出露的大洋岩石圈，那么它在俯冲边界上的表现、被保存下来的可能性，以及对上覆板块的改造方式，都可能与普通大洋板块截然不同。换言之，决定俯冲结局的，不仅仅是“俯冲怎么发生”，还包括俯冲板块本身的性质。

其次，它为欧亚大陆南缘一系列“蛇绿岩-弧前盆地”提供了新的解释思路。在青藏高原南缘等地区，弧前盆地与蛇绿岩之间的先后关系、成因联系及其动力学背景，长期以来都是研究热点。西藏日喀则弧前盆地的研究表明，弧前盆地的诞生与早期俯冲及蛇绿岩形成密切相关；而Lhaze相关工作则显示，新特提斯洋消亡洋脊与俯冲重启之间可能存在直接联系。该研究将类似的思路推进至伊朗-莫克兰地区，暗示新特提斯沿线的若干蛇绿岩和弧前盆地，或许并非彼此孤立的“构造碎片”，而更可能是洋中脊在不同地段保存下来的产物。

再次，它为北莫克兰蛇绿岩及相关变质杂岩等的来源提供了新的几何背景。该工作将深埋于盆地下方的富地幔（mantle-rich）基底纳入同一演化框架，这意味着，未来重新审视这些片岩和变质单元时，可以将它们置于“慢速洋中脊俯冲-弧前保存”这一更宏大的背景中去理解。

这项研究的重要性，归根到底在于它告诉我们：海洋的消失，并不意味着信息的消失。即便一片古海洋已不复存在，它的洋中脊、上地幔残片、俯冲前缘盆地以及后来的蛇绿岩，仍可能共同保存在今天的大陆内部。Jaz Murian盆地下方被揭示出的古老深部遗迹，既是重建新特提斯洋中段关闭历史的一块关键拼图，也提醒我们：板块构造的真实过程，常常比教科书中的“整齐模型”复杂得多。而正是这种复杂性，构成了地球最值得被探索的地方。

研究成果发表于国际学术期刊EPSL（兰海强*，陈凌，万博，Morteza Talebian, Sebastien Chevrot，褚杨、王旭，陈洁，高一帆，吴子木，Naeim Mousavi，徐曦*，肖文交，朱日祥. A relic slow-spreading ridge preserved beneath the western Makran forearc basin in Iran [J]. Earth and Planetary Science Letters, 2026. DOI:  10.1016/j.epsl.2026.119998）。研究受国家重点研发计划项目（2023YFF0803500）和国家自然科学基金（91855103、42595564、91855207）共同资助。