Abstract Controlled-source seismic studies at most subduction zones show that bending of the subducting plate results in reduced seismic wave-speeds in the crust and upper mantle near the trench. Similar studies also have found unusually high P-wave-speeds (Vp) in the upper mantle under oceanic plateaus. Onshore-offshore seismic profiling at the southern Hikurangi margin, where the ≈120 Ma old oceanic Hikurangi Plateau is subducting, indicates that a fast (Vp≈8.7±0.2 km/s) upper mantle layer lies beneath a ≈25 km thick mantle layer with more regular wave-speeds (Vp≈8.0±0.2 km/s) under the Hikurangi trough. This is consistent with previous findings of upper mantle Vp≈8.7-9.0 km/s in the margin-parallel direction under the North Island (≈100 km northwest of the deformation front) at depths ≈8-10 km below the Moho. Our profiles are margin-perpendicular, thus we show that the upper mantle lid of the subducting Pacific Plate is characterized by unusually high P-wave-speeds along all azimuths. We find an area of lowered Vp in the ≈12±1 km thick Hikurangi Plateau crust beneath the trough. This drop in Vp is ≈10%, and a similar drop in Vp is deduced to depths of 25±2 km into the upper mantle. We interpret that the increase in thickness of the regular mantle beneath the trough results from the formation of a low-velocity zone in the faster upper mantle layer; this zone formed from serpentinisation by hydration through bending-induced normal faults and/or due to crack porosity introduced by thermal cracking, further enhanced by bending-related faulting. Thus the “regular mantle” (Vp≈8 km/s) is not in fact regular, but rather the high-speed mantle has mechanically bent, fractured, and altered. The absolute depth of fast mantle Vp under the Hikurangi trough is around 50 km. The onset of the lower band of seismicity of the double seismic zone and high upper mantle Vp under the North Island is observed at similar depths. This is consistent with the hypothesis that the lower band of earthquakes in a double seismic zone is due to antigorite dehydration processes, a hydrous mineral formed in the low velocity zone in the upper mantle beneath the trough. Our study on the Hikurangi margin is different, as the subducting plate here contains a ≈120 Ma old oceanic plateau with a ≈12 km thick crust, but the results are similar to other subduction margins where regular oceanic crust is subducting.

中文翻译：

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希库朗伊高原在希库朗伊南部边缘俯冲时地壳和上地幔的水化作用

摘要 大多数俯冲带的控源地震研究表明，俯冲板块的弯曲导致海沟附近地壳和上地幔的地震波速降低。类似的研究还发现了大洋高原下的上地幔中异常高的 P 波速度 (Vp)。Hikurangi 南部边缘的陆上-海上地震剖面，大约 120 Ma 的古老海洋 Hikurangi 高原正在俯冲，表明快速 (Vp≈8.7±0.2 km/s) 上地幔层位于约 25 km 厚的地幔层之下在 Hikurangi 海槽下更规则的波速 (Vp≈8.0±0.2 km/s)。这与之前在北岛下方（变形前缘西北约 100 公里）边缘平行方向上的上地幔 Vp≈8.7-9.0 公里/秒的发现一致，在莫霍面下方约 8-10 公里的深度。我们的剖面是边缘垂直的，因此我们表明俯冲太平洋板块的上地幔盖的特征是沿所有方位角的 P 波速度异常高。我们在槽下方约 12±1 公里厚的 Hikurangi 高原地壳中发现了一个 Vp 降低的区域。Vp 的这种下降约为 10%，并且在上地幔 25±2 公里的深度推断出类似的 Vp 下降。我们解释说，槽下方规则地幔厚度的增加是由于在较快的上地幔层中形成了一个低速带；该区域由通过弯曲引起的正断层和/或由于热裂解引入的裂缝孔隙度水化形成的蛇纹石化形成，并通过弯曲相关的断层进一步增强。因此，“规则地幔”（Vp≈8 km/s）实际上并不规则，而是高速地幔发生了机械弯曲、断裂和改变。Hikurangi海槽下快速地幔Vp的绝对深度约为50公里。在相似的深度观察到北岛下方双地震带和高上地幔 Vp 的低地震带的开始。这与双地震带下地震带是由叶蛇纹石脱水过程引起的假设一致，叶蛇纹石脱水过程是在槽下方的上地幔低速带中形成的含水矿物。我们对 Hikurangi 边缘的研究不同，因为这里的俯冲板块包含一个 ≈120 Ma 的旧大洋高原，具有 ≈12 km 厚的地壳，但结果与其他常规大洋地壳正在俯冲的俯冲边缘相似。Hikurangi海槽下快速地幔Vp的绝对深度约为50公里。在相似的深度观察到北岛下方双地震带和高上地幔 Vp 的低地震带的开始。这与双地震带下地震带是由叶蛇纹石脱水过程引起的假设一致，叶蛇纹石脱水过程是在槽下方的上地幔低速带中形成的含水矿物。我们对 Hikurangi 边缘的研究不同，因为这里的俯冲板块包含一个 ≈120 Ma 的旧大洋高原，具有 ≈12 km 厚的地壳，但结果与其他常规大洋地壳正在俯冲的俯冲边缘相似。Hikurangi海槽下快速地幔Vp的绝对深度约为50公里。在相似的深度观察到北岛下方双地震带和高上地幔 Vp 的低地震带的开始。这与双地震带下地震带是由叶蛇纹石脱水过程引起的假设一致，叶蛇纹石脱水过程是在槽下方的上地幔低速带中形成的含水矿物。我们对 Hikurangi 边缘的研究不同，因为这里的俯冲板块包含一个 ≈120 Ma 的旧大洋高原，具有 ≈12 km 厚的地壳，但结果与其他常规大洋地壳正在俯冲的俯冲边缘相似。在相似的深度观察到北岛下方双地震带和高上地幔 Vp 的低地震带的开始。这与双地震带下地震带是由叶蛇纹石脱水过程引起的假设一致，叶蛇纹石脱水过程是在槽下方的上地幔低速带中形成的含水矿物。我们对 Hikurangi 边缘的研究不同，因为这里的俯冲板块包含一个 ≈120 Ma 的旧大洋高原，具有 ≈12 km 厚的地壳，但结果与其他常规大洋地壳正在俯冲的俯冲边缘相似。在相似的深度观察到北岛下方双地震带和高上地幔 Vp 的低地震带的开始。这与双地震带下地震带是由叶蛇纹石脱水过程引起的假设一致，叶蛇纹石脱水过程是在槽下方的上地幔低速带中形成的含水矿物。我们对 Hikurangi 边缘的研究不同，因为这里的俯冲板块包含一个 ≈120 Ma 的旧大洋高原，具有 ≈12 公里厚的地壳，但结果与其他常规大洋地壳正在俯冲的俯冲边缘相似。在槽下方上地幔的低速区形成的含水矿物。我们对 Hikurangi 边缘的研究不同，因为这里的俯冲板块包含一个 ≈120 Ma 的旧大洋高原，具有 ≈12 km 厚的地壳，但结果与其他常规大洋地壳正在俯冲的俯冲边缘相似。在槽下方上地幔的低速区形成的含水矿物。我们对 Hikurangi 边缘的研究不同，因为这里的俯冲板块包含一个 ≈120 Ma 的旧大洋高原，具有 ≈12 公里厚的地壳，但结果与其他常规大洋地壳正在俯冲的俯冲边缘相似。