智利三联点南部含洋脊海洋板块俯冲过程的数值模拟

"三联点"是全球板块运动系统的重要组成部分.扩张的智利洋脊向南美板块俯冲形成了智利三联点,并造成了智利三联点以南数百千米范围内剧烈的地形变化.智利三联点区域的初始板块俯冲角度、洋脊扩张速率等因素的差异对南美板块岩石层热结构及地形起伏造成了显著影响.本文采用有限差分方法,构建了智利三联点区域洋脊俯冲的二维数值模型,模拟洋...     

智利三联点南部扩张洋脊俯冲区域岩石层热结构的数值模拟

智利三联点(CTJ)位于纳兹卡板块、南极洲板块与南美板块的交界处,由南极洲—纳兹卡板块之间的智利洋脊俯冲到智利海沟而形成.巴塔哥尼亚板片窗的发展是智利洋脊长期扩张俯冲的结果之一.随着纳兹卡板块的不断东向俯冲,纳兹卡板块范围逐渐变小,CTJ同时向北移动.本文采用数值模拟方法,建立了关于洋脊海沟碰撞的简单二维模型,来研究智利三联点南部扩张洋脊俯冲区域岩石层的热结构.模拟结果表明,洋脊的位置、板块相对汇聚速度及上覆大陆板块的存在均对俯冲区域海洋板块的温度结构有着很大影响,并且大陆板块下方海洋板块温度变化最大的位置距洋脊的水平距离与洋脊到板片窗范围的水平距离两者之间具有较好的一致性.同时,当存在两两板块间的相对汇聚时,洋脊右侧大陆板块下表面的温度升高,俯冲带内海洋板块温度接近于地幔温度.纳兹卡板块以7.8 cm·a~(-1)的速度急速俯冲于南美板块之下的过程中,同时伴随着智利洋脊的持续扩张俯冲,在智利三联点南部,南美板块之下纳兹卡板块的温度因而可以更快地达到地幔软流层的约1300℃温度,并最终消亡于地幔之中.     

走滑断层对洋中脊热结构与流动场的影响规律及对太平洋南部边界RRF型三联点的解释

选取太平洋板块南部边界的板块相对运动速度不同的两个洋脊－洋脊－转换断层（RRF）型三联点,即麦夸里（Macquarie）三联点和南太平洋三联点,为研究对象,通过数值模拟的方法,研究该类型三联点走滑断层边界两侧的板块相对运动速度对三联点附近地区地幔流动场和温度结构的影响。模拟结果表明:太平洋南部边界RRF三联点走滑断层边界两侧的板块相对运动速度控制着三联点附近的温度分布和地幔流动;随着走滑断层边界两侧板块相对运动速度的增加,转换断层相对滑动速度增加,温度上升,距洋脊边界100 km范围内的地幔流体速度变大;麦夸里三联点和南太平洋三联点处3个板块的相对运动,使得三联点的转换断层边界浅部产生剪应力集中,导致震源深度集中在15—25 km;同时相对运动产生的地幔流动引起温度结构变化,该变化控制着地形变化。      

洋脊俯冲与斑岩铜金矿成矿

很多大型、超大型斑岩铜、金矿都与洋脊俯冲密切相关. 环太平洋地区是世界上探明的超大型斑岩铜、金矿聚集的地区, 其中东太平洋沿岸中、南美洲的智利、秘鲁等地分布着多个正在俯冲的洋脊, 多数洋脊俯冲带都形成了大型、超大型斑岩铜、金矿; 而西太平洋的洋脊俯冲的数量少、规模小, 相应的斑岩铜、金矿的规模和数量都明显少于东太平洋, 造成了环太平洋地区斑岩铜、金矿分布不均一的特征. 其原因在于, 在洋脊俯冲过程中, 热的、年轻的洋壳容易发生部分熔融形成埃达克岩, 由于铜、金是中度不相容元素, 其在洋壳中的含量远比地幔和陆壳的平均丰度高, 因此, 洋壳部分熔融形成的岩浆具有系统偏高的铜、金含量, 有利于形成斑岩铜、金矿. 在中国东部、中亚造山带等地区剥蚀程度较低的地段寻找洋脊俯冲的迹象将有助于寻找大型、超大型斑岩铜、金矿以及其他相关矿床.     

ITRF97下空间对地观测站速度矢量显示的全球构造运动

利用ITRF97的站速度矢量研究现代地壳运动特征，发现ITRF97站速度矢量与NUVEL-1A板块运动模型有很好的一致性. 它们共同显示，北半球以北大西洋为轴向北东、北西向裂开，欧亚大陆向北东、东、南东运动; 北美大陆向北西、西、南西运动, 但南半球板块运动状态截然不同, 南美、非洲、印-澳三板块各自的本体运动几乎全部指向北东-北北东, 三者之间以南大西洋脊和印度洋脊为界, 而且运动矢量逐次加大, 呈现南半球整体运动与洋脊张裂运动的叠加所造成的“落后式”拉张关系, 北半球和南半球之间速度矢量场的差异十分明显, 显示其间运动场不协调带, 此带内地质调查早已确定存在一组斜列式断续延伸的剪切破裂带. 沿此南/北半球之间的运动不协调带及其内部的大断裂带自1999年8月至2001年1月连续发生8次M≥7.8地震, 而环太平洋俯冲带内地震活动则明显降低, 充分显示了南/北半球之间的运动不协调带在全球板块运动中所显示的全球尺度的独立地位. 验算结果初步揭示了南/北半球之间的相对错动关系.     

板块运动与地震各向异性及应力场的相关性统计分析

利用收集到的各种来源共计7 959组的地震各向异性观测数据和21 750组应力场数据,结合板块绝对运动模型计算给出的各板块的运动规律,分别统计分析了板块运动与地震各向异性及应力场的相关性,并对板块运动对地震各向异性及应力场特征产生的影响进行了分析． 统计结果表明,阿拉伯、 加勒比、 胡安德富卡、 北美、 纳兹卡、 太平洋和南美板块上地震各向异性与板块运动均具有较好的相关性,而非洲、 南极洲、 澳大利亚、 欧亚、 印度和菲律宾板块上二者的相关性则相对较差. 讨论分析发现,板块运动拖动软流圈流动、 橄榄岩晶格优选方位、 化石各向异性和地幔流动或岩石圈流动等因素均在一定程度上控制并影响着地震各向异性与板块运动的一致性． 而板块基底拖曳力、 洋脊推力、 浮力作用和碰撞及俯冲作用等多种因素共同制约了板块运动与应力场的相关性,使得非洲、 可可斯、 欧亚、 胡安德富卡、 北美、 纳兹卡、 菲律宾和南美板块上二者的相关性较好,其它板块上其相关性则较差． 对于俯冲带地区,由于俯冲机制的复杂性和软流圈、 岩石圈地幔流动方向的不确定性,其板块运动与地震各向异性及应力场的相关性图像表现复杂,需要结合具体的俯冲带构造进行近一步研究．      

板块运动驱动力的大小

以全部岩石圈板块处于动力学平衡为条件,可估计贡献给板块运动的各种驱动力的绝对大小。本文采用的方法是,先从已知参数估计出洋脊推力和下插板块拉力,然后解所有板块这些力的转矩的平衡方程。洋脊的推力是根据洋底年龄、海洋板块的深度和厚度,以及横向密度变化来估计,而下插板块的拉力是根据下行板块和周围地幔的密度差、下插板块的厚度和长度来估计。目前,计算的结果表明下插板块的拉力大约比洋脊推力大五倍;然而,具有短而浅的下插板块,但洋脊长的北美和南美板块似乎是由洋脊推力驱动。作用在太平洋板块上的下插板块拉力超过全部下插板块拉力的40％,作用在太平洋板块上的洋脊推力在所有板块中是最大的,地幔曳力与下插板块拉力和洋脊推力的和之间的高相关性使估计绝对纯驱动力变得困难。然而,下插板块阻力对抵消板块驱动力的贡献比地幔曳力的贡献似乎更大。根据应力估计,发现高应力集中在下行板块的前沿。     

北太平洋板块及太平洋-FaraUon-lzanagi三联点区在晚侏罗世和早白垩世的构造演化

太平洋西北部Shatsky海台附近的磁性条带表明了从M21到M10时间,北太平洋板块的构造历史痕迹。在M22期间,太平洋-Farallon-Izanagi(P-F-I)三联点位于海台的西南,并向北北西方向迁移。此后不久,由于作用于三个板的应力场发生了显著的变化,而太平洋-Izanagj洋脊受其影响,M21到M19期间顺时针方向旋转了24°。当某洋脊扩展的事件     

南海海槽西部俯冲带日向滩地区俯冲九州—帕劳洋脊的成像

为了研究九州—帕劳洋脊(KPR)俯冲部分与同震破裂扩展、地震活动性和浅部甚低频地震的关系,对南海海槽西部俯冲带日向滩地区进行了三维地震层析成像。结合岸上和近海记录的主动源和被动源地震数据,成像了从该海槽轴附近到海岸地区的深部板块。我们的结果表明,俯冲的九州—帕劳洋脊为西北—东南向的低速带,向下扩展到约30km的深度。在这个深度,我们认为俯冲的九州—帕劳洋脊与板块分离,成为上覆大陆板块的底座。由于过去大地震的同震滑动地区没有延伸到俯冲的九州—帕劳洋脊,我们认为九州—帕劳洋脊可能阻碍了破裂的扩展。俯冲的九州—帕劳洋脊的内部在很宽的深度上分布有活跃的板内地震活动。浅部甚低频地震在俯冲的九州—帕劳洋脊上部连续发生,而在俯冲的九州—帕劳洋脊的东北部却是间歇地出现。因此,俯冲的九州—帕劳洋脊看来是这个地区同震破裂扩展和地震现象的一个重要因素。     

快速演变的三板块边界上的一次大地震破裂

2007年4月1日,一次大海啸地震(MW8.1)使得所罗门群岛俯冲带在一个三联点处破裂。在这个三联点上,澳大利亚板块、所罗门海-伍德拉克盆地板块在不同滑动方向上同时向太平洋板块俯冲。大地震过程中,相关的滑动方向突变使得太平洋板块上部收敛滞弹性变形,这就产生了Simbo俯冲断层之上弧前的局部隆起,潜在地放大了局地海啸振幅。地震周期过程中的弹性形变似乎主要通过上冲的太平洋弧前来调节。这次地震显示了极其年轻的俯冲大洋岩石圈的孕震潜力和横贯坚实地质边界的破裂能力,也显示了引起隆起和海啸的复杂同震滑动的后果。