Articulating a comprehensive plate-tectonic theory requires understanding how new subduction zones form (subduction initiation). Because subduction initiation is a tectonomagmatic singularity with few active examples, reconstructing subduction initiation is challenging. The lithosphere of many intra-oceanic forearcs preserves a high-fidelity magmatic and stratigraphic record of subduction initiation. We have heretofore been remarkably ignorant of this record, because the “naked forearcs” that expose subduction initiation crustal sections are distant from continents and lie in the deep trenches, and it is difficult and expensive to study and sample this record via dredging, diving, and drilling. Studies of the Izu-Bonin-Mariana convergent margin indicate that subduction initiation there was accompanied by seafloor spreading in what ultimately became the forearc of the new convergent margin. Izu-Bonin-Mariana subduction initiation encompassed ∼7 m.y. for the complete transition from initial seafloor spreading and eruption of voluminous mid-ocean-ridge basalts (forearc basalts) to normal arc volcanism, perhaps consistent with how long it might take for slowly subsiding lithosphere to sink ∼100 km deep and for mantle motions to evolve from upwelling beneath the infant arc to downwelling beneath the magmatic front. Many ophiolites have chemical features that indicate formation above a convergent plate margin, and most of those formed in forearcs, where they were well positioned to be tectonically emplaced on land when buoyant crust jammed the associated subduction zone. We propose a strategy to better understand forearcs and thus subduction initiation by studying ophiolites, which preserve the magmatic stratigraphy, as seen in the Izu-Bonin-Mariana forearc; we call these “subduction initiation rule” ophiolites. This understanding opens the door for on-land geologists to contribute fundamentally to understanding subduction initiation.

The Quaternary Damavand stratovolcano, with an elevation of 5670 m, is the highest mountain in Iran and is the subject of this study. The main rocks are trachyandesite and trachybasalt, and Sr-Nd isotope ratios of whole rock samples show small variations in ɛSr (+3.2 to + 6.4) and ɛNd (−1 to + 1). Overall, rock chemistry and Sr-Nd isotope ratios support a metasomatic asthenospheric mantle with minor pelagic sediments from the oceanic subducted slab and/or carbonatite melts from the deep mantle as sources. Collision of the Arabian and Eurasian plates compressed the Iranian plateau between them, resulting in compressional and extensional domains in different regions. As a result of continuous pressure from the Arabian plate, thrusting and folding in compressional domains increased crustal thickness while thinning occurred in extensional areas. These processes cause thermal gradient perturbations at the boundaries between the two, leading to the melting of the mantle and/or lower crustal mafic rocks and production of alkaline rocks. Damavand volcano is located at the junction of compressional and extensional regimes, and its activity has been influenced by the variation of crustal thickness along the Alborz Mountain in the southern Caspian Sea. Therefore, the variation of crustal thickness can be suggested as a main mechanism for the generation of magmatic activity along the entire Iranian plateau in a post-collision system.

Summary Planning for large-scale CO2 and H2 storage is underway in several parts of the world. In subsurface geologic storage, however, there are many unknowns before the gas is injected and safely placed there for a long time to avoid any unwanted incidence. It is necessary to model all the possible scenarios to reduce these uncertainties before making a significant decision for gas storage. It is essential to know the gas plume movement during injection and its subsequent influence on the elastic properties at the reservoir-caprock interface. The Amplitude vs. Offset (AVO) technique can provide a tool to detect the plume location and injected gas saturation in a reservoir. The Early Jurassic Cook Formation is a potential CO2 storage reservoir sandstone overlain by Drake Formation caprock shale in the Aurora area, northern North Sea. In this study, we considered three fluids for comparison (H2, CH4, and CO2) by numerically substituting in the Cook Formation reservoir to observe the AVO sensitivity on the Cook-Drake interface. These findings will help understand the variations in elastic properties at the reservoir-caprock interface and associated changes in AVO signatures as a function of H2/CO2/CH4 saturation for gas storage monitoring, and identification of natural hydrogen accumulations.