大陆的增生与演化是固体地球科学研究的重要课题。观察发现，在板块汇聚过程中，发育在大洋板块之上的洋内弧易于拼贴至活动边缘导致大陆的侧向增生。进一步的野外地质研究与地球物理观测显示，在造山带中，一些洋内弧（如科希斯坦弧）的地壳几乎完全被增生到活动边缘，相比之下，其他洋内弧（如塔尔基特纳弧和博南扎弧）则仅有上地壳或中地壳被增生至陆壳边缘。正在进行的汇聚边缘研究显示，菲律宾海板块上的伊豆-小笠原弧与九州-帕劳残余弧正同时向本州弧汇聚，但二者所导致的岛弧地壳物质增生量及效率明显不同。其中，活跃的伊豆-小笠原弧只有部分弧壳被刮擦增生，而夭折的九州-帕劳残余弧则全部被俯冲消耗至地幔。已有的地球动力学模拟研究表明，岛弧地壳内部的剪切带或富水矿物可形成流变弱层，进而影响岛弧地体拼贴行为和增生效率。然而，普遍的岩浆活动往往导致岛弧地壳物质成分差异和流变学性质不同，二者如何影响岛弧地质体在活动陆缘的增生是项待解之谜。

针对上述科学问题，中国地质大学（北京）地球科学与资源学院博士研究生唐盛轩，在导师蔡克大教授的指导下，与南方科技大学博士研究生王凯和崂山国家实验室周皓副研究员合作，开展了系统的二维动力学数值模拟研究。重点关注以下问题（1）弧壳岩性成分和流变性质对其拼贴行为和增生效率的影响；（2）洋内弧增生机制对研究地球历史时期增生造山带的启示。主要认识如下：

1）洋内弧的地壳成分和流变性质与弧岩浆的长期活动密切相关。依据全球洋内弧的地球物理观测和岩性特征，本文将其划分为四类（图1）：A类（仅壳-幔过渡带发育弱层，如南马里亚纳弧）；B类（中弧壳和壳-幔过渡带发育弱层，例巴厘岛弧）；C类（仅中弧壳发育弱层，如伊豆-小笠原弧）；D类（弧壳冷却、无弱层发育，如九州-帕劳残余弧）。

2） 本研究引入“增生效率”和“增生稳定性”两个定量指标，以表征洋内弧在增生过程中的物质贡献和增生弧壳的保留程度。结果显示，有弱层发育的洋内弧普遍发生增生，而缺乏弱层发育的洋内弧则更容易完全被俯冲进地幔，难以被增生（图2）。此外，具有不同深度与数量弱层的洋内弧具有不同的增生行为与增生效率（图3）。

3） 流变性质是决定洋内弧增生与否的主控因素，而厚度、宽度与成分为次要因素。从D类到A类模型，弧壳的增生效率和稳定性随弱层的加深和集中而逐渐增强。壳-幔过渡带发育弱层的洋内弧容易因应力集中而引发板片断离，最大增生效率可达76.4%、稳定性最高（图4）。

4） 中亚造山带为显生宙时期形成的全球规模最大的增生型造山带且具有巨量的新生大陆地壳岩石，广泛出露古生代洋内弧的上-中弧壳物质，其增生效率和地球动力学过程需要进一步的评估和深入研究（图5）。

图1 洋内弧按地壳岩性组成和流变性质的分类

图2  模型案例的物质场与粘度场（a）参考模型Anw_t³²w²⁵⁰v⁵：无弱层，壳-幔过渡带、下地壳、中地壳和上地壳分别由超镁铁质堆晶、辉长岩、长英质侵入体和火山碎屑岩组成。（b）Aowc_t²⁴w²⁵⁰v⁵：壳-幔过渡带设有一个弱层，且分别由熔融地幔橄榄岩、辉长岩和玄武岩组成。（c）Atw^c+m_t²⁸w²⁵⁰v⁵：两个弱层分别为中弧地壳和壳-幔过渡带，各地壳及过渡带组成见图例；（d）Aow^m_t²⁸w²⁵⁰v⁵：仅一个弱层位于洋内弧中地壳，壳-幔过渡带、下地壳、中地壳和上地壳分别由超镁铁质堆晶、辉长岩、熔融的花岗质岩石和火山碎屑岩构成

图3 洋内弧地壳的增生系数（φ）随时间的演化。纵轴为洋内弧地壳体积百分比，横轴为时间（百万年）。黑色实线代表增生系数，不同颜色虚线或实线表示不同地壳层（见图例）；饼图中色块为各地壳层增生比例，灰色为洋内弧地壳俯冲比例（洋内弧地壳末端抵达最深莫霍面时）

图4  所有模拟结果的增生效率（Ф）与稳定性（ω）小提琴图。小提琴图展示数据分布范围与密度，嵌入的箱线图（黑色菱形）显示四分位范围，白色对角线表示中位数，图旁标注中位数数值。彩色菱形为完全俯冲案例的增生效率与稳定性。其中，BF 指板片断离模型

图5 中亚造山带西部的 εNd(t) 插值图及增生洋内弧分布

该研究得到了国家科技重大专项（2024ZD1003401）、国家自然科学基金（41872082，4162205）和中央高校基本科研基金（2652023001）的支持。上述研究成果发表在Journal of Geophysical Research-Solid Earth：Tang, S. X., Cai, K.D.*, Wang, K. & Zhou, H. (2026). Quantifying accretion of intra-oceanic arcs to continent: numerical modeling of their crustal composition and rheological property. doi:10.1029/2025JB033391

全文链接：https://doi.org/10.1029/2025JB033391