韓瀟，付永濤

（1.中國科學(xué)院海洋研究所 海洋地質(zhì)與環(huán)境重點實驗室,山東 青島 266071；2.中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049）

洋脊俯沖是洋脊與俯沖帶交叉而隨俯沖板片一起俯沖至地幔的一種現(xiàn)象，洋脊的俯沖對俯沖板片的形態(tài)、相關(guān)構(gòu)造巖漿活動以及俯沖帶的地質(zhì)地球物理特征具有重要的控制作用[1-3]。加羅林洋脊位于加羅林板塊之上，由加羅林島脊和西加羅林隆起構(gòu)成，被認(rèn)為是晚漸新世時期的熱點作用形成的海底洋脊[4]。加羅林島脊隨加羅林板塊一起沿雅浦海溝北部和馬里亞納海溝西南端俯沖至菲律賓海板塊之下，對雅浦俯沖帶北段和馬里亞納俯沖帶西南端的地球物理特征和構(gòu)造演化進(jìn)程產(chǎn)生了重要影響。

前人研究了加羅林洋脊的形成和演化[4-5]，認(rèn)為加羅林洋脊是晚漸新世時期熱點作用形成的海底洋脊；分析了雅浦俯沖帶的地質(zhì)地球物理特征和構(gòu)造演化過程[6-14]，發(fā)現(xiàn)雅浦俯沖帶的地球物理特征具有明顯的分段特征，并且將雅浦俯沖帶的形成演化大致分為古雅浦俯沖帶的形成和加羅林洋脊俯沖碰撞兩個主要階段；探討了加羅林洋脊的俯沖對雅浦俯沖帶的影響[15-16]，認(rèn)為加羅林洋脊的俯沖碰撞是導(dǎo)致雅浦俯沖帶南北段產(chǎn)生地球物理差異的主要原因。但是有關(guān)加羅林洋脊俯沖對馬里亞納俯沖帶西南端的影響研究甚少。

作為加羅林洋脊的一部分，加羅林島脊同時沿雅浦海溝北部和馬里亞納海溝西南端俯沖，加羅林島脊的俯沖碰撞對馬里亞納俯沖帶西南端的地球物理特征和構(gòu)造演化過程產(chǎn)生了哪些影響？這些影響與加羅林島脊對雅浦俯沖帶的影響有何異同？基于此問題，本文擬通過分析受加羅林島脊影響的雅浦俯沖帶北段和馬里亞納俯沖帶西南端的地球物理特征，對比二者的地球物理差異，揭示加羅林島脊俯沖的動力學(xué)意義。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

在西太平洋構(gòu)造帶中，有很多受海底高原、海山、洋脊等海底高地形俯沖影響的俯沖帶，例如加羅林洋脊俯沖影響的雅浦俯沖帶和南馬里亞納俯沖帶、小笠原海臺（馬庫斯-內(nèi)克海嶺的西部）俯沖影響的馬里亞納俯沖帶、九州-帕勞海脊俯沖影響的九州俯沖帶、加瓜海脊俯沖影響的琉球海溝俯沖帶以及南海古擴(kuò)張脊俯沖影響的馬尼拉俯沖帶等（圖1a）。受洋脊等俯沖的影響，這些俯沖帶顯示出較正常洋殼俯沖帶更為復(fù)雜的地形地貌與地球物理特征。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of the study area

加羅林洋脊大致沿WNW—ESE 向延伸，東西長約500 km，南北寬約300 km。洋脊被索羅爾海槽分割為兩部分：北部的加羅林島脊和南部的西加羅林隆起。加羅林島脊北部為馬里亞納俯沖帶，西側(cè)為雅浦俯沖帶，由于研究角度不同，對雅浦俯沖帶的分段不盡相同[15,17]。本文為了研究加羅林島脊俯沖的影響，將雅浦俯沖帶分為3 段，本文的研究區(qū)域只包含雅浦俯沖帶北段，即加羅林島脊對應(yīng)的雅浦俯沖帶（圖1b）。

加羅林洋脊在晚漸新世時期形成于加羅林板塊和太平洋板塊之上，并隨著加羅林板塊和太平洋板塊向北西向運動，在21 Ma 與古馬里亞納海溝發(fā)生碰撞[16]，年輕且具有較大浮力的加羅林洋脊阻塞了俯沖板塊的俯沖，進(jìn)而減緩了俯沖碰撞區(qū)域海溝的后撤速率[17]。約10 Ma 時，加羅林洋脊裂陷為加羅林島脊和西加羅林隆起兩部分，中間形成索羅爾海槽。此后，加羅林島脊以緩慢的速率沿著雅浦海溝北段和馬里亞納海溝西南端俯沖，影響雅浦俯沖帶北段和馬里亞納俯沖帶西南端的構(gòu)造演化進(jìn)程[15-17]，并最終形成現(xiàn)今馬里亞納海溝西南端E—W 向延伸，雅浦海溝“J”形展布的構(gòu)造格局。

2 海底地形與地球物理特征

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理方法

本文采用的水深數(shù)據(jù)來自分辨率為15″×15″的全球地形模型GEBCO_2020[18-19]?？臻g重力異常數(shù)據(jù)源自美國加州大學(xué)圣地亞哥分校Scripps 海洋研究所發(fā)布的最新的1′×1′衛(wèi)星測高反演重力數(shù)據(jù)[20-21]。簡單布格異常是使用ETOPO1 全球數(shù)據(jù)庫中的海底地形信息[22]和衛(wèi)星測高儀得出的空間重力異?；谌S地形校正得到的。假設(shè)地殼密度為2 670 kg/m3，海水密度為1 030 kg/m3。完全布格異常采用的是全球重力場BGI 發(fā)布的1′×1′分辨率的重力異常數(shù)據(jù)。本文采用的震源信息來自于美國地質(zhì)調(diào)查局（United States Geological Survey）國家地震信息中心。用于分析研究區(qū)應(yīng)力場特征的震源機(jī)制解數(shù)據(jù)來源于哈佛大學(xué)矩心矩張量（Centroid Moment Tensor）地震目錄[23-24]。

2.2 海底地形特征

加羅林島脊在海底地形上表現(xiàn)為一明顯的海底高地，平均水深比周邊淺2 km，中間被一NW 向延伸的走滑斷裂分割開來，斷裂兩側(cè)的淺點分別為西部的烏利西環(huán)礁和東部的法斯島。西側(cè)對應(yīng)的雅浦海溝北段沿北偏東10°延伸，軸部水深為6 500～7 500 m，在雅浦海溝與加羅林島脊之間的過渡帶上發(fā)育一南北長約100 km、東西寬約50 km、與加羅林島脊相對高差為1～2 km 的壘塹構(gòu)造帶（圖2a），該構(gòu)造帶由一系列正斷層組成，北寬南窄，向南逐漸尖滅于西加羅林隆起西側(cè)。

圖2 加羅林洋脊俯沖帶的海底地形和地球物理特征Fig.2 Seafloor topography and geophysical characteristics of the Caroline Ridge subduction zone

加羅林島脊北側(cè)對應(yīng)的馬里亞納海溝西南端整體呈近E—W 向延伸，海溝在海溝軸（139°56′E，10°58′N）發(fā)生了明顯的轉(zhuǎn)向，在加羅林島脊向馬里亞納海溝俯沖的位置，海溝軸向海溝陸側(cè)坡彎曲。馬里亞納海溝水深在加羅林島脊俯沖區(qū)域明顯變淺，海溝在139°56′～141°00′E，軸部水深為5 500～6 000 m，該段西側(cè)和東側(cè)海溝軸部水深均大于7 000 m。壘塹構(gòu)造帶北緣海溝洋側(cè)坡發(fā)育一組與海溝軸斜交的斷裂構(gòu)造。

2.3 重力異常特征

2.3.1 空間重力異常

研究區(qū)的空間重力異常與海底地形變化趨勢相同（圖2b）。加羅林島脊、雅浦島弧和馬里亞納島弧等高地形表現(xiàn)為正高空間重力異常，雅浦海溝等負(fù)地形則表現(xiàn)為負(fù)高空間重力異常，并且空間重力異常最低值往往出現(xiàn)在海溝軸部。加羅林島脊表現(xiàn)為區(qū)域正異常，烏利西環(huán)礁和法斯島表現(xiàn)為高異常圈閉，最高值出現(xiàn)在烏利西環(huán)礁，異常值約195×10?5m/s2。加羅林島脊向北迅速過渡為馬里亞納海溝的負(fù)異常，異常梯度變化大，在烏利西環(huán)礁對應(yīng)的俯沖方向存在負(fù)異常圈閉，最低值可達(dá)?195×10?5m/s2。加羅林島脊向西并沒有迅速變?yōu)樨?fù)異常值，而是由于壘塹構(gòu)造帶的存在，表現(xiàn)為異常零值過渡帶。雅浦海溝和馬里亞納海溝西南端軸部空間重力異常等值線與海溝走向平行，在海溝軸部形成負(fù)重力異常圈閉。

2.3.2 布格重力異常

研究區(qū)的簡單布格異常與海底地形呈近似鏡像關(guān)系（圖2c）。通常來講，俯沖帶地區(qū)的布格重力異常高峰值和低峰值一般分別出現(xiàn)在海溝軸部和島弧上[25]，從而能夠反映海溝較薄的地殼和島弧較厚的地殼。馬里亞納海溝和雅浦海溝的軸部簡單布格異常表現(xiàn)為高異常帶，但是馬里亞納島弧南段和雅浦島弧基本呈條帶狀高異常值。并且，馬里亞納島弧最南端，遠(yuǎn)離海溝的海底高地形（圖2a 中區(qū)域A）簡單布格異常比靠近海溝的海底高地形（圖2a 中區(qū)域B）高近100×10?5m/s2，但是區(qū)域A 水深卻比區(qū)域B 淺1 000 m 以上，并沒有表現(xiàn)出簡單布格異常與海底地形的近似鏡像關(guān)系。加羅林島脊表現(xiàn)為布格異常低值，但是西側(cè)的壘塹構(gòu)造帶表現(xiàn)為布格異常高值帶。

在海底地形相對平坦或者水深變化較小的區(qū)域只做簡單布格校正得到簡單布格重力異常，可用來解釋地殼厚度和物質(zhì)密度。但是在海底地形變化劇烈的區(qū)域，不經(jīng)過地形校正的重力異常必然會影響解釋結(jié)果。因此，對簡單布格重力異常經(jīng)過地形改正后得到的完全布格重力異常能夠更加真實地反映地殼密度變化以及構(gòu)造信息[26]。由圖2d 可看出，馬里亞納海溝和雅浦海溝完全布格異常表現(xiàn)為串珠狀高異常值條帶，異常等值線與海溝走向平行，在海溝軸部形成多個高布格異常圈閉，反映了海溝地殼較薄。加羅林島脊上的烏利西環(huán)礁表現(xiàn)為布格異常低值圈閉，表明該處地殼厚度較大。在馬里亞納島弧南端地形相對較高的區(qū)域A，完全布格異常仍然高于區(qū)域B（50×10?5m/s2）以上，弧后區(qū)域C 為布格異常高值。加羅林島海脊與海溝之間的壘塹構(gòu)造帶完全布格重力異常明顯高于東側(cè)，推測是由該區(qū)域拉張斷裂、地殼減薄所致。

2.4 地震活動特征

本文采用了1976 年1 月1 日—2020 年12 月31 日震級大于或等于4 級的914 個地震的震源信息。由圖3a可以看出，馬里亞納俯沖帶西南端～雅浦俯沖帶北段地震空間和數(shù)量的區(qū)域分布規(guī)律。雅浦俯沖帶北段的地震活動性較弱，地震數(shù)量較少，震源深度較淺，基本小于60 km，最深的震源深度為66 km，缺乏中、深源地震。馬里亞納俯沖帶西南端92%的地震震源深度小于70 km，中源地震占地震總數(shù)量的8%，最深的震源深度為153 km，缺乏深源地震。

此外，由圖3b 和圖3c 可知，在加羅林島脊俯沖的區(qū)域，中、深源地震減少或缺失。在俯沖過程中，俯沖的海底高地形會增強(qiáng)板間的局部耦合，俯沖板塊的非均質(zhì)性也與地震活動密切相關(guān)，海山和洋脊等高地形進(jìn)入板塊的不均一性被認(rèn)為是影響板塊邊界周圍地震活動的因素。無震海脊、海山、海臺等高地形的俯沖導(dǎo)致俯沖帶地震活動性弱并且缺乏高震級地震，構(gòu)造侵蝕產(chǎn)生的大量破碎物質(zhì)形成破碎帶，利于流體的大量流入[27]，從而使得破碎帶表現(xiàn)為低黏度的蠕變性質(zhì)，吸收板片之間的部分構(gòu)造應(yīng)力，從而抑制了地震，特別是大地震的發(fā)生。這也印證了海山在俯沖帶的俯沖有利于形成無震蠕動和小地震，但不利于形成大型地震的觀點[28-29]。

圖3 研究區(qū)的地震分布Fig.3 Earthquakes distribution of the study area

2.5 應(yīng)力場特征

在1976 年1 月1 日—2021 年1 月1 日期間Mw（矩震級）≥5 的全球震源機(jī)制解（CMT）目錄中[27-28]，本研究區(qū)共有141 個斷層面解，本文選取了45 個典型事件（圖4）。震源機(jī)制主要有以下7 種類型：①雅浦海溝俯沖帶的淺層逆沖擠壓（事件1～8）；②雅浦海溝俯沖帶的淺層拉張（事件9～12）；③加羅林海脊碰撞引發(fā)的雅浦海溝南段和馬里亞納海溝西南端的走滑事件（事件13～17）；④馬里亞納俯沖帶淺層逆沖擠壓（事件18～27）；⑤索羅爾海槽斷裂帶的左旋走滑（事件28～34）；⑥馬里亞納俯沖帶南端的淺層拉張（事件35～39）；⑦馬里亞納弧后的拉張（事件40～45）。

圖4 研究區(qū)45 個典型事件的震源機(jī)制解Fig.4 The CMT solutions of 45 typical events in the study area

震源機(jī)制解表明加羅林洋脊俯沖帶的應(yīng)力特征相對復(fù)雜，在雅浦海溝和馬里亞納海溝存在應(yīng)力差異。其中，加羅林島脊以西的雅浦俯沖帶拉張和擠壓狀態(tài)并存，雅浦島弧最北端和索羅爾海槽以西的島弧應(yīng)力場為俯沖擠壓型，主要是加羅林島脊與雅浦島弧的碰撞引起的擠壓效應(yīng)，島脊與島弧的碰撞也得到了地球物理和地球化學(xué)的證實[12,14,16]。壘塹構(gòu)造帶內(nèi)和雅浦島弧的局部區(qū)域處于拉張狀態(tài)，應(yīng)力場呈現(xiàn)俯沖拉張型，主要是由于俯沖板片的彎曲產(chǎn)生了張性應(yīng)力場，這也解釋了琳島海脊西側(cè)的正斷層、裂隙、基底垮塌以及俯沖板塊的沉積序列等伸展性特征[30]。加羅林島脊西北部以及索羅爾海槽內(nèi)的地震都表現(xiàn)為走滑性質(zhì)，這與太平洋板塊和加羅林板塊之間的相對運動有關(guān)。馬里亞納俯沖帶南端的應(yīng)力特征較雅浦俯沖帶更為復(fù)雜，除了島脊與島弧碰撞產(chǎn)生的俯沖擠壓型應(yīng)力場和俯沖板片彎曲產(chǎn)生的張性應(yīng)力場之外，E—W 向展布的馬里亞納海溝西南端震源機(jī)制解具有較大的走滑分量，推測是加羅林海脊碰撞引起的動力學(xué)效應(yīng)。

3 討論

3.1 馬里亞納俯沖帶西南端與雅浦俯沖帶北段的地球物理差異及成因機(jī)制

巖石學(xué)和地球化學(xué)證據(jù)表明雅浦海溝是由古馬里亞納-雅浦海溝演化而來的[17,31-32]，并且二者的俯沖動力學(xué)環(huán)境相似，都是受加羅林島脊俯沖影響的俯沖帶，但是二者在海底地形、重力異常、地震活動等方面卻表現(xiàn)出顯著的差異（表1）。

表1 馬里亞納俯沖帶西南端與雅浦俯沖帶北段的地球物理差異Table 1 Differences in geophysical characteristics between the southwestern end of the Mariana subduction zone and the northern part of the Yap subduction zone

在海底地形方面，雅浦俯沖帶最顯著的特點是海溝外緣發(fā)育一南北長100 km、東西寬約50 km 的新月形壘塹構(gòu)造帶[15]，而在馬里亞納海溝西南端外緣沒有發(fā)育壘塹構(gòu)造帶。Dong等[12]利用簡單的力學(xué)模型分析得知俯沖的海底高地形表面張力更大，周邊更容易形成正斷層，說明該壘塹構(gòu)造帶與加羅林海脊的俯沖碰撞以及深部俯沖板片的拖曳作用引起的俯沖板片彎折拉張作用密切相關(guān)。而馬里亞納海溝西南端外緣沒有發(fā)育壘塹構(gòu)造帶可能是由加羅林島脊相對于菲律賓海板塊斜向俯沖造成的。

馬里亞納海溝西南端水深表現(xiàn)出明顯的分段特征，在加羅林島脊俯沖區(qū)域，水深明顯變淺，并且在島脊俯沖的最前端形成了明顯的凹角，上述變形特征與加羅林島脊的俯沖密切相關(guān)，前人對海山俯沖產(chǎn)生的變形特征研究中也發(fā)現(xiàn)了類似的地形特征[33-34]。雅浦海溝的水深變化相對較小，基本在6 500 m 以深，可能是由壘塹構(gòu)造帶的存在所致，并且雅浦俯沖帶當(dāng)前處于極慢速俯沖中。

雅浦俯沖帶北段和馬里亞納俯沖帶西南端的布格重力異常變化規(guī)律相似，布格異常高值出現(xiàn)在海溝軸部，海溝弧側(cè)坡布格異常值降低，而島弧又變?yōu)椴几癞惓８咧?。雅浦島弧北段高布格異常值反映出強(qiáng)烈的構(gòu)造侵蝕可能導(dǎo)致火山弧地殼缺失，雅浦島弧之下高密度物質(zhì)上涌[15]。研究區(qū)內(nèi)的馬里亞納島弧除了區(qū)域A 均表現(xiàn)為布格異常低值，表明馬里亞納島弧南端除了區(qū)域A 均為正常的火山弧地殼。區(qū)域A 的布格重力異常相對較高，并且高于俯沖的加羅林島脊，說明區(qū)域A 的島弧地殼厚度小于加羅林島脊或者島弧之下有高密度物質(zhì)上涌。而菲律賓海地區(qū)的地殼厚度研究表明，馬里亞納島弧西南端的地殼厚度大于加羅林島脊[35]，因此區(qū)域A 島弧可能類似于雅浦島弧北段，遭受了強(qiáng)烈的構(gòu)造侵蝕，高密度物質(zhì)上涌。區(qū)域B 弧后區(qū)域C 是馬里亞納海槽擴(kuò)張中心的最南端，該擴(kuò)張中心以每年厘米級的速度擴(kuò)張，并擁有一個活躍的熱液系統(tǒng)[36-39]，因此具有較高的布格異常值。

海山和洋脊等高地形進(jìn)入板塊的不均一性被認(rèn)為是影響板塊邊界周圍地震活動的重要因素[40-42]。雅浦俯沖帶北段和馬里亞納俯沖帶西南端地震活動性弱并且缺乏高震級地震，本文認(rèn)為是由于加羅林島脊的俯沖阻塞大大降低了俯沖帶的構(gòu)造活動性，導(dǎo)致地震活動減少。馬里亞納俯沖帶西南端與雅浦俯沖帶北段均缺乏中、深源地震可能是加羅林島脊的碰撞導(dǎo)致俯沖停滯或減緩，使得其構(gòu)造應(yīng)力集中的深度較淺。這種現(xiàn)象在許多洋脊俯沖帶地區(qū)存在，例如北馬里亞納島弧、九州弧前以及北安第斯邊緣等[43-45]。馬里亞納俯沖帶西南端存在少量的中源地震，表明該區(qū)域板片俯沖深度比雅浦俯沖帶北段更深。

馬里亞納俯沖帶西南端與雅浦俯沖帶北段的應(yīng)力狀態(tài)也存在差異。在馬里亞納俯沖帶西南端存在一組表現(xiàn)為走滑機(jī)制的地震，其震源機(jī)制解具有較大的走滑分量，本文認(rèn)為該走滑事件與加羅林板塊的傾斜俯沖、加羅林島脊的傾斜碰撞有關(guān)，同時也可以解釋位于馬里亞納海溝西南端軸部、呈階梯狀分布的深淵的方向和形態(tài)。另外，馬里亞納西南端弧后區(qū)域處于拉張應(yīng)力，是由于此處為馬里亞納海槽最南端的擴(kuò)張中心，隨著馬里亞納海溝的后撤，該區(qū)域正以每年幾厘米的速度擴(kuò)張。

馬里亞納俯沖帶西南端的相對運動速率比雅浦俯沖帶北段高得多，因為雅浦俯沖帶北段是加羅林板塊俯沖至菲律賓海板塊之下，并且受加羅林島脊的碰撞影響，俯沖速率極低；而馬里亞納俯沖帶西南端是古老的太平洋板塊俯沖至菲律賓海板塊之下，并且加羅林島脊在此處是傾斜俯沖，雖受碰撞阻塞影響，但是對其影響相對較弱。

3.2 加羅林島脊的俯沖過程及其動力學(xué)效應(yīng)

加羅林洋脊在晚漸新世時期由熱點作用形成于加羅林板塊和太平洋板塊之上[4-5]（圖5a），隨著加羅林板塊和太平洋板塊NW 向運動，并于21 Ma 與古馬里亞納海溝發(fā)生碰撞，導(dǎo)致島弧火山活動停止[46]，帕里西維拉海盆的部分洋殼逆沖至雅浦島弧之上，使得雅浦島弧上出現(xiàn)了大量帕里西維拉海盆的輝綠巖和變質(zhì)巖。擴(kuò)張中心靠近島弧并逐漸與俯沖帶交叉，導(dǎo)致弧后盆地中玻安巖的形成。帕里西維拉海盆最南端巖石學(xué)特征以及復(fù)雜的海底地形和重力異常表明該構(gòu)造形成期間發(fā)生了強(qiáng)烈的巖漿活動[47]，這可能也與加羅林島脊的碰撞作用相關(guān)。年輕的、具有較大浮力的加羅林洋脊減緩了加羅林板塊向菲律賓海板塊的俯沖進(jìn)程，同時也會阻礙海溝的后撤。隨著北部馬里亞納海溝的不斷后撤，加羅林洋脊碰撞點南北兩側(cè)存在橫向遷移差異，導(dǎo)致古馬里亞納島弧在加羅林洋脊碰撞區(qū)域形成凹點（圖5b）。

隨著橫向遷移差異的不斷增大，雅浦島弧從古馬里亞納島弧中分離出來。太平洋板塊逐漸沿著近E—W 向的馬里亞納海溝南端傾斜俯沖至菲律賓海板塊之下。馬里亞納海溝南端俯沖的太平洋板片是地球上最老的洋殼，所以馬里亞納海溝最南端俯沖的太平洋板塊會引發(fā)垂直于海溝的張應(yīng)力，從而使得加羅林洋脊撕裂[48]，形成加羅林島脊、西加羅林隆起和索羅爾海槽（圖5c）。加羅林洋脊裂解過程中，地幔組分被動上涌并部分熔融，形成索羅爾海槽現(xiàn)今的玄武巖基底[49]。

雅浦海溝北段與馬里亞納海溝最南端逐漸形成垂直交叉的形態(tài)，從而形成了兩種俯沖狀態(tài)：上馱西加羅林隆起的加羅林板塊向北西沿雅浦海溝俯沖至雅浦島弧之下，上馱加羅林島脊的太平洋板塊沿雅浦海溝北段近乎垂直俯沖至雅浦島弧之下，沿馬里亞納海溝西南端傾斜俯沖至馬里亞納島弧之下。洋殼更老的太平洋板塊俯沖解釋了加羅林板塊與菲律賓海板塊相對運動速率沿雅浦海溝呈北高南低的現(xiàn)狀（圖5d）。

圖5 加羅林島脊的形成及俯沖過程[15,50-51]Fig.5 Formation and subduction process of the Caroline Ridge[15,50-51]

洋脊等高地形與島弧的碰撞會導(dǎo)致弧前持續(xù)旋轉(zhuǎn)[52]，在一定距離范圍內(nèi)，距離碰撞點越遠(yuǎn)，旋轉(zhuǎn)弧度越大。K-Ar 測年和古生物研究表明，塞班島和關(guān)島上的火山巖年齡相近，但是古地磁研究表明早漸新世以來，塞班島和關(guān)島分別順時針旋轉(zhuǎn)了35°和50°[46]。本文認(rèn)為加羅林洋脊碰撞引發(fā)的菲律賓海板塊的旋轉(zhuǎn)是塞班島和關(guān)島旋轉(zhuǎn)的重要原因，但卻無法解釋距離碰撞點更近的關(guān)島旋轉(zhuǎn)角度更大。GPS 證據(jù)表明，現(xiàn)今加羅林洋脊的碰撞不再影響現(xiàn)今南馬里亞納島弧的旋轉(zhuǎn)[52]。因此，馬里亞納南端俯沖板片可能發(fā)生撕裂或者形成了轉(zhuǎn)換斷層，從而減弱了加羅林洋脊的碰撞對馬里亞納島弧旋轉(zhuǎn)的影響。沿E—W 向馬里亞納海溝俯沖的太平洋板塊是地球上最老的洋殼，因此，馬里亞納島弧南部轉(zhuǎn)換邊界的下拉力差異導(dǎo)致關(guān)島發(fā)生了更大的旋轉(zhuǎn)[53-54]。

馬里亞納島弧南部轉(zhuǎn)換邊界的存在導(dǎo)致馬里亞納海溝南端的俯沖板片和仰沖板塊之間主要為橫向移動，而垂直拉張作用減弱，使得索羅爾海槽拉張減弱或者停止，成為一非成熟的擴(kuò)張盆地[48]。

4 結(jié)論

本文利用公開的綜合地球物理數(shù)據(jù)詳細(xì)分析了馬里亞納俯沖帶西南端與雅浦俯沖帶北段的地球物理差異，并進(jìn)一步探討了加羅林島脊的俯沖過程及其對馬里亞納俯沖帶西南端與雅浦俯沖帶北段的影響，得到以下結(jié)論。

1）雅浦俯沖帶北段和馬里亞納俯沖帶西南端俯沖動力學(xué)環(huán)境相似，都是受上馱加羅林島脊的太平洋板塊俯沖影響，但是二者卻在海底地形、重力異常、地震活動、應(yīng)力狀態(tài)等方面表現(xiàn)出顯著的差異。這是由加羅林島脊相對于海溝的俯沖角度不同導(dǎo)致的，加羅林島脊的俯沖方向近乎垂直于雅浦海溝北段走向，而在馬里亞納海溝西南端，加羅林島脊NW 向傾斜俯沖。

2）加羅林島脊西側(cè)發(fā)育壘塹構(gòu)造帶，北側(cè)未發(fā)育壘塹構(gòu)造帶。但加羅林島脊在馬里亞納海溝俯沖區(qū)域水深明顯變淺，加羅林島脊俯沖的最前端形成了明顯的凹角。雅浦島弧北段和馬里亞納島弧西南端加羅林島脊俯沖區(qū)域高布格異常值反映了強(qiáng)烈的構(gòu)造侵蝕可能導(dǎo)致火山弧地殼缺失，島弧之下高密度物質(zhì)上涌。雅浦俯沖帶北段和馬里亞納俯沖帶西南端地震活動性弱并且缺乏高震級地震，說明加羅林海脊島脊的俯沖阻塞降低了俯沖帶的構(gòu)造活動性；馬里亞納俯沖帶西南端存在少量的中源地震，表明該區(qū)域板片俯沖深度比雅浦俯沖帶北段更深。馬里亞納俯沖帶西南端的地震存在更多的走滑分量，與太平洋板塊的傾斜俯沖、加羅林島脊的傾斜碰撞有關(guān)。

3）加羅林島脊的俯沖碰撞減緩了俯沖板片的后撤速率，導(dǎo)致碰撞區(qū)域南北兩側(cè)的橫向張裂程度差異逐漸增大，使得雅浦島弧從古馬里亞納島弧中分離出來，并最終造成了馬里亞納海溝西南端E—W 向延伸，并形成轉(zhuǎn)換邊界。