双板块相向俯冲动力学过程的数值模拟研究

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地球上岩石圈板块之间存在相互作用,形成了很多特殊的地质构造。在多板块俯冲模型的研究中,双板块相向俯冲模型的研究还不是很多。为了研究这一类型的俯冲,我们建立了二维地球动力学模型,模拟不同板块参数下的相向倾斜双板块俯冲的动力学过程,分析其影响因素。论文的主要关注点是俯冲板块的俯冲形态和地幔转换带中的上升流,结合海南火山区域的地质背景,提出该俯冲模式与海南地幔柱的形成具有相关性。此类特殊的双俯冲构造会限制海沟的移动,造成两个板块的高角度俯冲,在下地幔形成弯曲堆叠,引起地幔转换带中的上升流。我们使用Underworld2软件对模型进行了数值计算,讨论了双板块相向俯冲模型中下地幔粘度、上覆板块性质和俯冲板块性质对俯冲过程演化以及上升流速度的影响。数值模拟结果表明,板块的物理性质的差异对板块运动、上覆板块中部的应力以及在地幔转换带中的上升流都具有重要的影响。从数值模拟中可以发现,下地幔粘度对上升流的影响很大,当下地幔粘度很大时,俯冲板块下沉的速度会在上下地幔的边界处减慢,产生上升流的速度相对较小。当上覆板块(长度≥2500km)的厚度和长度发生变化的时候,它对俯冲板块的形态并没有太大的影响,但是上覆板块的粘度却对俯冲板块的形态以及地幔的流动有着很大的影响。当上覆板块粘度很大时,俯冲板块呈现翻转的几何结构且会横卧弯曲,而地幔转换带上升流速度取决于俯冲板块的下降速度。不同的俯冲板块的厚度、粘度和密度,都会对俯冲速度以及俯冲板块的弯曲形态产生很大的影响。此外,地幔转换带内上升流速度随时间的变化与板块弯曲几何演化具有很强的相关性。在俯冲板块向后弯曲阶段,上升流速度达到局部最大值。在相向双俯冲模型中,地幔转换带中的上升流随时间呈振荡上升。我们的研究结果对三板块相互作用体系中板内火山活动的潜在地幔源提供了新的见解。
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