岩石圈-软流圈边界（Lithosphere-Asthenosphere Boundary，LAB）是地球内部刚性岩石圈和粘塑性软流圈之间的分界面，对理解板块构造至关重要。在大洋地区，LAB在地震学成像中通常表现为尖锐的地震波速间断面（称为plate-LAB），其形成机制普遍认为与部分熔融相关(Rychert et al., 2020)。富含熔体的LAB能在一定程度上使岩石圈板块与下覆软流圈解耦，从而促进板块运动(Debayle et al., 2020; Stern et al., 2015)。大洋板块俯冲进入地幔后（即俯冲板片），其LAB是否仍富含熔体、因而表现为尖锐的地震波速间断面（称为slab-LAB）？迄今为止，地球物理成像研究仅在日本俯冲带（年龄～130 Ma）和新西兰俯冲带（年龄～120 Ma）观测到slab-LAB，而年轻的俯冲带地区是否存在slab-LAB尚不清楚（图1）。富含熔体的plate-LAB和slab-LAB是否与板块的年龄相关是理解俯冲动力学的基本问题之一。
图1 俯冲带地区富含熔体的slab-LAB研究现状及争议(Hawley et al., 2016; Kawakatsu et al., 2009; Naif et al., 2013; Rychert et al., 2018; Stern et al., 2015)
中国科学院地质与地球物理研究所王新特聘研究员、陈凌研究员、陈棋福研究员、杨建锋特聘研究员，联合加拿大地质调查局王克林研究员和美国加州理工学院詹中文教授，基于密集台阵接收函数界面成像技术，首次在年轻且热的北美Cascadia俯冲带地区（年龄～10 Ma）观测到尖锐的slab-LAB地震学间断面（图2）。对比研究显示，该间断面位于地震层析成像约束的俯冲Cascadia高速板片(Delph et al., 2018)下边界，且与俯冲前Juan de Fuca板块的plate-LAB间断面成像结果(Rychert et al., 2018)较好匹配连接，表明不同研究结果之间相互吻合、印证。进一步通过多频段接收函数波形模拟，定量约束slab-LAB处S波速度在3km深度范围内降低近10%（图3），可以用约1%的部分熔融来解释。
图2 研究区域 (a-c)及成像结果(d-f)。其中，d-f分别表示基于密集台阵的相干接收函数成像结果、相应信号的可靠性和对应剖面的地震层析成像模型(Delph et al., 2018)
图3 该研究中关注的俯冲板片地震波速间断面属性分析结果
该研究中探测到的位于年轻（～10 Ma）且热的Cascadia俯冲带地区的slab-LAB，与老（～130 Ma）而冷的日本俯冲带地区观测的slab-LAB在界面强度和尖锐程度上相一致。全球综合对比表明，无论是老的还是年轻的俯冲带地区，或是俯冲前的大洋岩石圈底部，均观测到相似强度和尖锐程度的地震波速间断面，可能表明了富含熔体LAB的普遍存在。slab-LAB处富含熔体会显著降低地幔的粘滞度，一定程度上使俯冲板片与下伏软流圈解耦，从而影响俯冲动力学过程(Carluccio et al., 2019; Sun et al., 2024)。富含熔体的slab-LAB的全球性分布可能需要我们重新审视俯冲带流变性，进而增进对俯冲速率、俯冲板片形态，以及俯冲带大地震成因及周期形变等的理解和认识。
该研究提供了年轻俯冲带地区存在富含熔体slab-LAB的地震学证据。但到目前为止，不同研究中关于slab-LAB精细结构的成像结果仍有较大的差异（图1）。例如，基于天然地震资料观测到的slab-LAB为负的地震波速间断面，而基于勘探地震学资料得到的slab-LAB为一组包含负-正的地震波速间断面（LAB系统），与此对应的部分熔融程度、动力学成因、岩石圈与软流圈解耦作用等仍然存在较大争议。综合不同地球物理学探测方法，并对比研究不同俯冲带地区slab-LAB的地球物理属性，以及俯冲前plate-LAB与俯冲后slab-LAB的结构异同，对深入理解大洋岩石圈性质、流变行为和俯冲动力学过程具有重要意义。
研究成果发表于国际学术期刊Nature Communications（王新，陈凌*，王克林，陈棋福，詹中文，杨建锋. Seismic evidence for melt-rich lithosphere-asthenosphere boundary beneath young slab at Cascadia [J]. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-47887-0.）。研究受国家重点研发计划青年科学家项目（2022YFF0802600）、国家自然学科基金（91958209 和42288201）、中国科协青年人才托举工程（2020QNRC001）和中国科学院地质与地球物理研究所自主部署项目（IGGCAS-201904）联合资助。