近日，中国科学院海洋研究所海底构造与地球物理研究组基于伊豆-小笠原-马里亚纳（IBM）俯冲带及邻区陆地地震台站和海底地震仪记录的天然地震数据，开展了三维P波各向同性层析成像研究，揭示了深部地幔上涌对俯冲带岛弧裂解和弧后扩张过程的重要促进作用。研究成果发表在地学领域期刊 Journal of Geophysical Research: Solid Earth。

俯冲带是地球内外物质循环的重要场所，也是驱动地球演化和宜居性的关键动力。板块俯冲驱动的岛弧裂解与弧后扩张是除大陆裂解外洋壳形成的重要方式，也是理解物质循环与俯冲系统演化的重要切入点。前人研究认为，深部地幔上涌与浅部驱动力共同导致了大陆裂解，而对于俯冲带岛弧裂解与弧后扩张，则通常认为浅部动力为主控因素。IBM俯冲带沿走向表现出显著的岛弧-弧后系统演化差异，伊豆-小笠原俯冲带和马里亚纳俯冲带分别处于岛弧裂解与弧后扩张阶段，前人提出的浅部动力机制无法较好地解释上述差异性。而由于缺少清晰的层析成像结果的约束，尚无法准确评估深部地幔上涌对俯冲带岛弧裂解-弧后扩张的影响。

针对上述问题，研究团队整合了IBM俯冲带及周边陆地台站与海底地震仪记录的天然地震数据，反演获得了研究区20~700 km 深度范围内的三维P波速度结构。结果表明，伊豆-小笠原俯冲带与马里亚纳俯冲带下方存在空间展布形态差异显著的低速异常（图1），这可能与板块深俯冲导致的洋壳脱水、部分熔融、深部物质循环、双板块俯冲等因素有关（图2）。研究团队进一步认为，与大陆裂解产生新洋壳类似，除浅部动力因素外，深部地幔上涌及引发的物质循环可能也是驱动俯冲带岛弧裂解与弧后扩张的重要动力学因素。该成果进一步加深了对IBM俯冲带构造演化与俯冲带深浅部构造活动动力耦合的认识，同时也为深浅部动力因素共同驱动地球内外演化提供了新的地震学约束。

图1 伊豆-小笠原-马里亚纳俯冲带P波速度剖面

图2 IBM地区深部地幔上涌、物质循环、岛弧裂解和弧后扩张示意图

论文第一作者为中国科学院海洋研究所博士后佘丽娟，通讯作者为范建柯研究员，论文合作者还包括日本东北大学赵大鹏教授、中国科学院海洋研究所董冬冬研究员、李翠琳研究员、吴晓阳副研究员以及同济大学薛梅教授。上述研究得到了国家重点研发计划、深地国家科技重大专项、国家自然科学基金等项目的资助。

论文信息：

She, L., Fan, J.*, Zhao, D., Li, C., Wu, X., Dong, D., & Xue, M. (2026). Material circulation, arc rifting and back-arc spreading promoted by deep mantle upwelling in Izu-Bonin-Mariana. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,131, e2025JB033662. https://doi.org/10.1029/2025JB033662.