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王欣欣等-JGR: 台湾造山帶形成演化过程的三维数值模拟研究
2019-07-08 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  中國台灣由兩個極性幾乎相反的俯沖系統環繞,是全球現今進行著的典型島-陸碰撞造山帶(圖1)。兩個相鄰俯沖板片的相互作用、板塊俯沖-碰撞和台灣造山作用等一系列複雜過程至今未被充分研究和理解,雖然前人提出歐亞大陸板片撕裂歐亞大陸板片斷離兩種解釋模式,但這兩種假設模型的合理性一直未得到計算地球動力學方面的驗證。 

1  台湾及其邻近地区主要特征地形圖。黄色箭头代表欧亚大陆板块和菲律宾海板块的相对汇聚速度,黑色齿轮实线代表目前马尼拉和琉球海沟的分布,左上角是台湾地区的主要构造单元。CP=海岸平原WF=西部麓山;HR=雪山山脈;CR=中央山脈;LV=縱向河谷;CoR=濱海山脈    

  中科院地質與地球物理研究所岩石圈演化國家重點實驗室博士生王欣欣在導師趙亮研究員和德國美因茨大學Boris J.P. Kaus教授的指導下,利用三維熱-力學數值模擬程序LaMEM,通過測試模型的轉換斷層、剝蝕速率、大陸下地殼粘滯系數、板塊彙聚速率和島弧等影響因素,研究了台灣造山帶的形成演化過程。計算結果表明: 

  1)剥蚀速率、欧亚大陆下地壳粘滞系数和板块汇聚速率对小尺度造山帶的形成起到决定性作用。快速剥蚀和大陆弱下地壳有利于地壳的折返和高压岩石的出露(圖2);歐亞大陸和菲律賓海板塊之間快速彙聚促進造山帶內高地形的形成; 

  2)歐亞大陸與菲律賓海自東北向西南的碰撞主要由彙聚速率控制。模擬計算出近6 Myr內洋-陸碰撞向南和向西傳播的速率分別爲16-28 mm/yr38-61 mm/yr 

  3)快速剝蝕、快速彙聚和弱下地殼等組合條件下,雙俯沖板片相互作用可以形成小尺度造山帶。雙俯沖-碰撞过程中,欧亚大陆沿西北方向撕裂,大陆俯冲板片在撕裂断层的南部发生断离,而且该断离自北向南传播(圖3)。因此,研究結論支持Lallemand等(2001)提出的歐亞大陸板片撕裂模型。 

2  模型中變質溫度峰值和熱年代學研究結果對比(a)和示蹤物質的溫度-时间演化剖面圖(b)。AFT=磷灰石裂變徑迹;ZHe=锆石的鈾-/氦;ZFT=锆石裂變徑迹;BR=脊梁山脈;TB=Tailuko帶;YB=Yuli

3  計算模型(ab)和歐亞大陸板片撕裂假設模型(c)三维透视圖以及(AA'-DD')计算模型二维截面圖。T=撕裂斷層;D=俯沖板片斷離的位置;COB=歐亞大陸和南中國海之間的邊界    

  研究成果發表于JGR。(Wang X, Kaus B J P, Zhao L, et al. Mountain building in Taiwan: Insights from 3-D geodynamic models[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2019. DOI: 10.1029/2018JB017165)(原文鏈接 

 
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