国科大魏东平课题组发现楔形板块更容易形成平板俯冲

  • 郭长升(中国科学院大学地球与行星科学学院)
  • 日期:2024-04-16
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  楔形板块俯冲(简称“楔俯冲”)通常起始于洋脊俯冲之后。区别于常见的海洋板片俯冲,在楔俯冲带,年轻且较薄的板片区段先俯冲,年老且较厚的板片区段后俯冲。智利三联点(CTJ)以南的南极洲板块向南美板块俯冲,该区域一系列洋脊近乎平行于海沟俯冲至南美板块下方,是典型的楔俯冲带。在CTJ以北,纳兹卡板块现存两个平板俯冲带,分别为智利中部的 Pampean 平板俯冲带和秘鲁的 Peruvian 平板俯冲带(Marot et al., 2014)。这两个平板俯冲带在地震活动性、火山活动、地表热流以及平板深度等方面均存在较大差异(Manea et al., 2017)。在CTJ以南,由于层析成像结果无法识别出楔俯冲带的板片,因此难以确定上述区域是否存在平板俯冲。不仅如此,楔俯冲带具备浮力异常特征,存在形成平板俯冲的可能性。因此,讨论楔俯冲带是否更容易形成平板俯冲,以及在何种条件能够形成平板俯冲对于进一步了解CTJ区域俯冲带的基本构造具有重要意义。

  中国科学院大学(简称“国科大”)地球与行星科学学院博士生导师魏东平课题组采用有限元方法基于楔俯冲特征建立了二维地球动力学模型,系统探究了楔俯冲过程中汇聚速率、洋脊半扩张速率、初始俯冲角度和上覆板块厚度对形成平板俯冲的影响。结果表明,如果楔俯冲带的构造特征和汇聚速率等以现存俯冲带的标准俯冲,形成平板俯冲的可能性很大。除去汇聚速率过小等极端情况外,楔形板片在其年龄达到 40Myr 前一般可形成平板俯冲。此外,结合模拟结果与 CTJ 以南的海洋板块年龄可以推测,由 CTJ 至 50°S 附近,俯冲处于起始阶段,不能形成平板俯冲;在 50—52°S 附近,当初始俯冲角度为 20—30°时可能存在平板俯冲;在 52°S 以南,当初始俯冲角度为 20—40°时可能存在平板俯冲。该研究为平板俯冲的形成条件和CTJ以南的俯冲构造提供了数值模拟依据。

  上述研究成果于2023年10月以“Formation conditions of the young flat-slab in the wedge subduction zone”为题发表在Tectonophysics期刊。国科大博士研究生郭长升(培养单位:地球与行星科学学院)为本文的第一作者和通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目的资助。

  全文链接:https://doi.org/10.1016/j.tecto.2023.230091

图1 智利三联点南部不同区域形成平板俯冲的可能性