俯冲带中的水迁移

The transport of water in subduction zones

摘要水从俯冲地壳迁移到地幔主要受地壳中含水矿物的稳定性支配，而俯冲带的热结构是决定俯冲地壳在哪个深度发生脱水的关键．大洋俯冲带的地温梯度变化很大，既有冷俯冲带也有热俯冲带，但是地震活动和弧火山作用在冷俯冲带相对突出．大陆俯冲带的地温梯度较低，地壳岩石总是在冷俯冲带发生变质作用，但是缺乏同俯冲弧火山作用。超冷俯冲带地温梯度很低（〈5℃／km），俯冲地壳中的硬柱石可以把水带到〈300km的深度．热俯冲带地温梯度很高（〉25℃／km），俯冲地壳在浅部就大量脱水，在〈80km的深度会产生长英质熔体．由于水大量溶解在这种熔体中，结果只有少量的水会运移到80—160km的弧下深度．在这两种脱水方式之外还存在大量介于两者之间的方式，使得俯冲带表现出多种水迁移现象．在暖俯冲带，低温／低压含水矿物在俯冲到60～80km的弧前深度时就发生分解，释放出大量的水．在冷俯冲带，低温／低压含水矿物随俯冲深度增加转变成低温／高压含水矿物，允许大量的水被迁移到弧下深度．无论在何种情况下，俯冲地壳的脱水不仅启动了地震活动，而且引起了地幔楔的水化．不过，总有少量水被超高压含水矿物和名义上无水矿物带至更深部地幔．俯冲板片之上的地幔楔并没有因为水的加入而立即发生部分熔融引起弧火山作用，而是首先在板片．地幔界面上发生水化．由于这里温度最低，比水化橄榄岩的湿固相线要低几百度，结果直到水化橄榄岩受到加热之后才能发生部分熔融．因此，弧火山作用一般发生在地幔楔被流体交代之后的某个时间．