从垂向俯冲到斜向俯冲：爪哇和苏门答腊之间的构造关系

通过对毕鸟夫带滑动向量的研究表明,印度一澳大利亚和东南亚板块之间发生着接近N-S向的汇聚运动。因此,沿着苏门答腊的俯冲运动是斜向的,而在爪哇岛西南部则几乎是垂向的俯冲运动（图1）。苏门答腊下方的斜向俯冲运动导致了汇聚运动的分离,走滑分量沿着苏门答腊主走滑断裂和明打威断裂被吸收。基于地震证据和对俯冲运动有关的深层地震的研究表明,在苏门答腊南部和巽他海峡下面,俯冲板块内部呈不连续状态。有研究者认为两个俯冲带之间的转换带发生在爪哇西南部。     

九州-帕劳海脊南段的深部结构探测及对板块俯冲起始机制的可能启示

板块俯冲起始机制是板块构造理论发展的关键和新方向,九州-帕劳海脊是研究俯冲带起始机制的典型地区。在回顾板块俯冲起始机制研究历史的基础上,对九州-帕劳海脊及邻区研究现状和存在问题以及对板块俯冲起始机制的指示进行了概述。计划通过在九州-帕劳海脊南段及邻区开展海底地震仪为主的深地震探测,获得研究区高分辨率的岩石圈固体-流体结构,以了解古太平洋板块向西菲律宾海盆俯冲不同阶段的板块深部行为,并在动力学模拟实验及与实际对比的基础上,建立九州-帕劳海脊及邻区从俯冲起始-岛弧裂离-弧后伸展的完整演化历史,揭示板块俯冲起始机制、动力学过程及其控制因素。     

太平洋南部菲尼克斯海岭的年代学

菲尼克斯岩石圈板块是太平洋中面积最大的板块之一。它从侏罗纪就开始形成,然后沉降于俯冲区。如今菲尼克斯板块只剩下位于菲尼克斯海岭古扩张轴、南设得兰海槽俯冲区和赫洛、沙克尔顿转换断层之间不大的一块地方。     

俯冲区最古老的地壳及海底的地球物理观测站

1　俯冲区最古老的地壳构造板块在俯冲区的相互作用是研究得最少的地质问题之一。很明显 ,被吸收的物质应当改变位于俯冲区的岛弧火山岩的地球化学参数。但是不知道这个物质的哪一部分参与了喷发产物的形成 ,而哪一部分在地幔中被再改造。在俯冲区被改造的地球陆壳成分在很大程度上决定于海洋板块沉积盖层中的化学元素(如稀土元素、Ｔｈ、Ｂａ、Ｂｅ) ,而在其火山基底最上部氧化带则为Ｋ、Ｂ、Ｖ、ＣＯ2 和Ｈ2 Ｏ。因此 ,研究海洋板块和位于俯冲区的大陆板块边缘部分剖面的地球化学参数 ,可以提供计算物质平衡及其在这些地区被改造的必需的…     

苏拉威西俯冲带结构与俯冲起始机制的三维地震观测

苏拉威西海具有独特的演化过程—位于北婆罗洲及苏禄岛弧下的苏拉威西海板块停止俯冲后,其俯冲板块的另一侧开始向苏拉威西岛俯冲,形成了诸如俯冲转换边缘、对向俯冲系统等独特的地质现象。针对这种同一板块一侧俯冲停止后在板块另一侧发育新俯冲的过程,科学界提出了众多的板块初始俯冲机制模式,如前陆盆地碰撞后发育新俯冲、大陆/岛弧边缘重力失稳后解耦后俯冲、岩石圈浅部小范围的地幔对流活动导致俯冲等14种初始模式。由于难以获得处于俯冲初始阶段俯冲带的深部岩石圈的地震观测资料,造成这些板块活动模式仍止步于推测。苏拉威西海区的天然地震观测资料不仅是研究苏拉威西海俯冲系统岩石圈深部构造及演化的基础,而且也是认识俯冲过程初始机制的关键一环。本文重点介绍了国家自然科学基金委员会重大研究计划“西太平洋地球系统多圈层相互作用”所属重点项目“苏拉威西海与古南海对向俯冲系统的三维地震观测与板块活动机制”在苏拉威西海区针对北苏拉威西海俯冲板片结构所开展的三维地震观测研究。该项研究实验以揭示俯冲系统深部结构与板块活动机制为目标,通过多边国际合作,于2019年8月15—25日在苏拉威西海区成功投放了27台国产宽频带海底地震仪（BBOBS）,拟采集10个月的天然地震数据。同时计划利用印尼合作方的陆区地震台站数据,与OBS数据一同开展研究区岩石圈三维结构的地震学研究与数值模拟,认识俯冲下插板片的变形形态与特征、上覆地壳增厚程度及与俯冲系统持续作用过程之间的关系,讨论该地区独特俯冲系统的初始机制。     

日本九州俯冲带b值成像及其构造意义 *

日本九州俯冲带是菲律宾海板块与欧亚板块汇聚边界上一个独具特色的区域, 也是研究俯冲带内板块构造作用的理想场所。为了解该俯冲带内的板间应力状态和相互作用, 本研究利用震源深度大于20km的97251个地震事件, 通过b值计算详细刻画了该俯冲板片上表面以及垂直海沟走向的剖面特征。结果发现, b值表现出明显的空间变化, 整体上沿南海海槽和琉球海沟从东北往西南方向逐渐增大, 同时在俯冲的九州-帕劳海脊上存在显著的低值区。从b值与应力的负相关性推断, 进入俯冲带的海脊以及海脊东北侧的四国海盆洋壳与俯冲带上覆板片耦合作用较强; 而在海脊西南侧, 俯冲带内汇聚板片的耦合作用相对较弱。究其原因, 本文认为九州-帕劳海脊两侧俯冲洋壳在形成时代和汇聚速率上的差异起着重要作用。对于九州-帕劳海脊来说, 俯冲带浅部的低b值区主要是由于隆起的海脊增强了与上覆板块的耦合作用。随着俯冲深度的增加和俯冲板片倾角的急剧变陡, 沿海脊可能发生了板片撕裂, 从而释放了海脊与上覆板片间的挤压-剪切应力, 使耦合程度大大减弱。     

南桑威奇俯冲带大地水准面异常及其地幔对流特征分析

以南桑威奇俯冲带为例,根据EGM2008超高阶地球重力场模型、卫星重力数据为基础,利用移去-恢复原理计算了研究区大地水准面,实现了研究区不同场源深度大地水准面异常信息的分离,根据Runcorn模型计算了研究区小尺度地幔对流应力场,并结合天然地震空间展布和前人研究成果,对俯冲带结构特征与地幔对流模式进行了探讨。结果表明:南桑威奇俯冲带具有俯冲倾角较大、地震震级较低、弧前侵蚀明显等典型的马里亚纳型俯冲带特征,俯冲带南北部俯冲深度存在明显差异,中段偏北俯冲深度可达500 km;受到软流圈与上地幔上部物质密度差异的控制,东斯科舍海脊下存在沿海脊轴向南流动强地幔流;俯冲带结构与小尺度地幔对流应力场具有很强的相关性。本研究对于搞清南桑威奇俯冲带深部构造特征,理解俯冲运动、地幔对流方向及其动力控制机制提供了新的研究思路和方法。     

千岛-勘察加俯冲带俯冲特征的空间差异性及成因的初步探讨

基于地震震中分布、地震层析成像方法,系统阐述了俯冲带从南到北俯冲角度、俯冲深度、形态以及板上地幔楔熔融程度等方面的空间差异特征,同时结合岛弧火山岩中的Sr、Nd、Pb同位素信息进一步探讨了该区域岩浆作用的空间差异性,最终将千岛-勘察加俯冲带分为6段。综合以往研究可知,俯冲带分段性的成因比较复杂,与岩浆源区地幔中流体成分和含量、板片与海沟的汇聚速率、沿贝尼奥夫带的应力状态等皆有着密切的联系,而基于板块运动模型,板片的汇聚速率与俯冲结构的空间差异性有着较好的对应关系,因此本研究认为板片的汇聚速率是影响该地区空间差异性的重要因素,而更系统的成因有待进一步研究。综合分析千岛-勘察加俯冲带的俯冲特征对于丰富研究区板块构造理论,深入理解俯冲带动力学过程具有重要意义。     

海山俯冲过程中的变形特征——物理模拟和数值模拟证据

文章通过物理模拟和数值模拟相结合的方法,探讨了海山在俯冲过程中自身出现的变化特征。结果表明,海山在增生楔体中俯冲时,主要变化特征表现为其上覆的大洋沉积物的刮落,唯有海山尾部的洋壳有小部分大洋沉积物得以保存;当海山开始进入俯冲通道时,海山逐渐由向陆壳之下硬挤入变为向地幔挠曲,而向地幔的挠曲变形为海山进入俯冲提供了充足的空间并使俯冲洋壳的俯冲角度增加。俯冲挠曲过程有效降低了陆壳与海山之间的耦合度,从而降低大震的发生概率。此外,文章也对多手段研究俯冲带变形的尝试进行了探讨。     

新西兰弧后塔拉纳基地区地幔楔各向异性

太平洋板块沿希库兰吉海沟俯冲至新西兰北岛下方300km左右,向南与新西兰南岛发生碰撞,导致北岛发生顺时针旋转。该区域为研究俯冲带地幔楔变形,理解俯冲过程中地幔物质运动及其动力学过程的理想场所。本研究利用近震(深度范围在70～150km) S波分裂计算获得了北岛弧后塔拉纳基地区的地幔楔各向异性特征,结果显示快波方向和延迟时间在空间上存在一定的变化。深度在120km之上的地震对应的快波优势方向为NE—SW,近似平行于海沟走向,反映了地幔楔中平行于海沟方向的地幔流动引起的橄榄岩晶格优势排列;而120km之下地震主要集中在塔拉纳基地区北部,快波方向为NNE—SSW向,且延迟时间随深度增大而增加。由于太平洋板块俯冲到100～150km处的俯冲角度急剧变陡至近似直立,引起深部地幔楔强烈变形。因此,推测弧后北部深度>120km地震的NNE—SSW快波方向可能是受到地幔楔中平行于海沟走向的地幔流动,以及俯冲角度变陡而使深部地幔楔强烈变形的共同作用的结果。弧后北部地幔楔深部的拉张作用更为强烈,是造成各向异性在空间上变化的主要原因。