Các mặt cắt phản xạ địa chấn và các nghiên cứu địa chất ở hệ thống cung bị nâng lên và xâm thực đã cung cấp nhiều kiến thức về sự tiến hóa cung và về sự phát triển các lăng trụ bồi kết và các bồn trước cung. Các chiều rộng của các khoảng trống giữa cung và máng hiện đại (75-250km) là tỉ lệ với các tuổi của các đá magma giàu nhất đã lộ ra ở các cung lân cận. Thí dụ như chiều rộng khoảng trống giữa cung và máng ở Solomon Islands khoảng 50km, với các đá magma già nhất khoảng 25 triệu năm, và chiều rộng khoảng trống giữa cung và máng ở Bắc Nhật Bản (Honshu) khoảng 225km, với các đá magma già nhất khoảng 125 triệu năm. Sự đối sánh đó cho thấy chiều rộng khoảng trống từ cung đến máng tăng trưởng dần với thời gian. Sự tăng trưởng như thế dường như phản ánh một số kết
65
hợp giữa sự di cư ra phía ngoài của đới chúc chìm bới các quá trình bồi kết với sự
di cư vào phía trong của đới hoạt động magma cực đại. Sự bồi kết đới chúc chìm
(subduction zone accretion) bao hàm sự bổ sung các trầm tích và đá núi lửa vào rìa cung ở lăng trụ bồi kết. Việc đo lập mặt cắt địa chấn cho thấy các thấu kính bồi kết bao gồm các nêm trầm tích tách biệt nhau bởi các đứt gãy chồm khá dốc được tạo ra bởi sự đào thải các trầm tích đại dương. Sự đào thải này không chỉ gây ra sự tăng trưởng ra ngoài của lăng trụ đó và còn khống chế vị trí và các kiểu hình tiến hóa của các bồn trước cung nằm trên. Khoảng chừng một nửa các cung hiện đại đang tăng trưởng bởi sự bồi kết đào thải. Các mặt cắt phản xạ cho thấy các kiểu hình biến dạng khá phức tạp hơn so với các nêm vảy chồm đơn giản. Sự biến dạng có thể bao gồm sự trộn lẫn cấu tạo qui mô lớn và sự uốn nếp các trầm tích bồn trước cung. Chứng cớ địa chất về sự trộn lẫn đó được dẫn ra từ các lăng trụ bồi kết trồi lộ, thí dụ như ở phức hệ Franciscan ở California (Mỹ). Các chất lưu (fluids) cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc làm cho dễ dàng hơn sự trộn lẫn và trao đổi biến chất ở các lăng trụ bồi kết.
Thêm vào sự bồi kết vào phía lục địa của máng, các vật liệu có thể được tấp vào dưới cung bởi một quá trình gọi là bồi kết chồng vảy (duplex accretion). Một chồng vảy (duplex) là một mớ phức tạp các vảy đứt rời có ranh giới trên đỉnh là một đứt gãy chồm và ở dưới là một đứt gãy bong tách thoải. Trong quá trình đổi sự dịch chuyển từ một mặt thấp, các lát dăm của cánh trụ (footwall) bồi kết vào cánh treo (hanging wall) tức lăng trụ bồi kết, và bị xoay bởi sự uốn cong của phần dốc mặt trượt chính (by bending of the frontal ramp).
66
H3.20 sự chúc chìm trầm tích và sự xâm thực trầm tích ở ranh giới mảng hội tụ
Các quan sát từ các mặt cắt địa chấn phản xạ cũng như các lăng trụ bồi kết trồi lộ cho thấy sự bồi kết chồng vẩy xuất hiện ở các độ sâu lớn hơn so với sự bồi kết đào thải (offscraping accretion). Mặc dù một số cung, như các cung Trung Mỹ và Sunda, dường như tăng trưởng đáng kể bởi các quá trình bồi kết, nhưng ở các cung khác, như cung New Hebrides, thì lăng trụ bồi kết nếu có cũng rất nhỏ. Ở các cung kể sau, hoặc chỉ có rất ít trầm tích lắng đọng ở máng, hoặc phần lớn các trầm tích đã bị chúc chìm. Một cách khả dĩ chúc chìm các trầm tích là trong các địa hào ở
67
tấm chúc chìm và đó là một cơ chế phù hợp với sự phân bố các phản xạ địa chấn ở các mảng chúc chìm. Đáng chú ý là nếu các trầm tích chúc chìm với khối lượng lớn bên dưới cung thì chúng không thể góp phần đáng kể vào việc sản xuất magma như được hạn định bởi các phân bố nguyên tố vết và đồng vị ở các núi lửa cung hiện đại.
Xâm thực chúc chìm (subduction erosion) là một quá trình khác xảy ra ở các lăng trụ bồi kết không đáng kể. Đó là sự chụp giật (plucking) và mài mòn dọc theo đỉnh của tấm mảng chúc chìm, khiến cho sườn phía lục địa của móng lùi về phía bờ. Sự xâm thực chúc chìm có thể xuất hiện dọc theo đỉnh của tấm chúc chìm (h.3.11b), hoặc ở rìa chính của mảng chồm lên (h.3.11c). Bằng chứng được dẫn ra phổ biến về xâm thực chúc chìm bao gồm:
1- Sự dịch chuyển vào đất liền của tiền tuyến núi lửa, như đã xuất hiện ở Andes trong 100 triệu năm vừa qua.
2- Các xu hướng bị cắt cụt về phía biển và các phản xạ địa chấn ở các lăng trụ bồi kết và bồn trước cung.
3- Không đủ trầm tích ở các máng nếu đem so với lượng được các sông cung cấp
4- Bằng chứng về sự làm mỏng vỏ như là các bất chỉnh hợp để nghiêng về phía máng chứng tỏ lăng trụ bồi kết bị sụt lún
Tất cả các điều đó có thể được giải thích bởi sự xâm thực dọc theo đỉnh của tấm mảng cắm chìm. Các tốc độ xâm thực đã được đánh giá dọc theo các phần của các máng Nhật Bản và Chi lê là 25-50km/triệu năm cho mỗi kilomet đường bờ.
Bồi kết, trộn lẫn, xâm thực chúc chìm và chúc chìm trầm tích đều là các quá trình quan trọng tiềm tàng ở các đới chúc chìm và không riêng một quá trình nào trong chúng có thể chiếm ưu thế ở một chỗ nào đó và trong giai đoạn tiến hóa nào đó. Các nghiên cứu ở các cung hiện đại cho thấy khoảng một nửa trầm tích đáy đại dương đổ vào các máng bị chúc chìm và không góp phần làm tăng trưởng các lăng trụ bồi kết, hoặc là bị đào thải hay bồi kết chồng vảy. Ở các cung có lăng trụ bồi kết đáng kể thì 70-80% trầm tích thu vào bị chúc chìm, và ở cung không có lăng trụ bồi kết thì tất cả trầm tích đều bị chúc chìm. Các tốc độ trung bình kết hợp lại của xâm thực chúc chìm (0,9km3/năm) và chúc chìm trầm tích (0,7km3/năm) cho thấy, tính trung bình, 1,6km3 trầm tích bị chúc chìm mỗi năm.