大陆深俯冲的动力学机制:观测和模拟结果

• 作者: 单建新 张可丰 张家声 徐备 方之楚 王化宇 蔡永恩 许鹤华
• 来源期刊: 岩石学报
• 学科: 地球科学
• 关键词: 帕米尔 大陆深俯冲 数值模拟
• 年，卷（期）: 2005,（4）
• 页码范围: 1303-1310
• 页数: 8页
• 分类号: P541
• 字数: 7581字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3321/j.issn:1000-0569.2005.04.026

摘要

兴都库什-帕米尔-中国西部1975～2003年期间的地震活动记录、地表地质构造和地壳速度结构数据证明,沿特提斯陆-陆碰撞带正在进行大陆深俯冲作用.帕米尔地区大陆地壳的下部物质与上地幔一起俯冲到200 km以下,而中、上地壳在不同深度上被反冲断层所剥离.帕米尔地区向南的大陆深俯冲作用限于西部恰曼左行走滑断裂和东部喀喇昆仑右行走滑断裂之间.沿深俯冲带存在上、中、下3个地震群.上地震群出现在30～50km附近,对应于中、上地壳的反冲剥离构造作用,地震成因与长英质地壳的脆-韧转换和"二相变形"机制有关.中地震群大体出现在90～120km深度上,与帕米尔深俯冲岩板向下由缓倾变陡的深度大体相当.下地震群的主体出现在180～220km,代表深俯冲岩板的最前端.帕米尔大陆深俯冲岩板为上宽下窄、上缓(20～30°)下陡(60～70°),转变深度在80～120km的楔形体,深度超过200km的走向宽度只有500～600km.在探讨大陆深俯冲的动力学过程中采用了2种模拟方法.利用考虑温度场和负浮力的二维数值模拟表明:(1)地幔对流拖曳力对俯冲深度和俯冲速度有重要控制作用,从100MPa到20MPa的变化将导致俯冲深度由231km减到151km,速率由10.79 mm/a减到5.46mm/a.(2)俯冲角30°与45°相比,前者的俯冲深度要深约25～50km.(3)俯冲板块厚度越大,则俯冲深度越浅.(4)在俯冲板块的负浮力、洋脊推力为10～30 MPa及地幔对流拖曳力为100 MPa的综合作用下,陆壳俯冲实际垂向位移可达120km,最终俯冲深度达到150km,而洋壳实际垂向位移约170km,最终俯冲深度达到230km.在考虑岩石圈和软流圈相互耦合的俯冲模拟中,块体间的接触判断采用了LDDA方法的接触判断准则和区域分解方法求解.其特点是边界条件比较简单,并能自动实现俯冲过程中岩石圈和软流圈之间的相互作用,但需要确定研究区域不同深度和不同板块的力学参数,且计算量很大.