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

  中国台湾由两个极性几乎相反的俯冲系统环绕,是全球现今进行着的典型岛-陆碰撞造山带(图1)。两个相邻俯冲板片的相互作用、板块俯冲-碰撞和台湾造山作用等一系列复杂过程至今未被充分研究和理解,虽然前人提出欧亚大陆板片撕裂欧亚大陆板片断离两种解释模式,但这两种假设模型的合理性一直未得到计算地球动力学方面的验证。 

1  台湾及其邻近地区主要特征地形图。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=雪山山脉;CR=中央山脉;LV=纵向河谷;CoR=滨海山脉    

  中科院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室博士生王欣欣,在导师赵亮研究员和德国美因茨大学Boris J.P. Kaus教授的指导下,利用三维热-力学数值模拟程序LaMEM,通过测试模型的转换断层、剥蚀速率、大陆下地壳粘滞系数、板块汇聚速率和岛弧等影响因素,研究了台湾造山带的形成演化过程。计算结果表明: 

  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带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(图2);欧亚大陆和菲律宾海板块之间快速汇聚促进造山带内高地形的形成; 

  2)欧亚大陆与菲律宾海自东北向西南的碰撞主要由汇聚速率控制。模拟计算出近6 Myr内洋-陆碰撞向南和向西传播的速率,分别为16-28 mm/yr38-61 mm/yr 

  3)快速剥蚀、快速汇聚和弱下地壳等组合条件下,双俯冲板片相互作用可以形成小尺度造山带。双俯冲-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(图3)。因此,研究结论支持Lallemand等(2001)提出的欧亚大陆板片撕裂模型。 

2  模型中变质温度峰值和热年代学研究结果对比(a)和示踪物质的温度-时间演化剖面图(b)。AFT=磷灰石裂变径迹;ZHe=锆石的铀-/氦;ZFT=锆石裂变径迹;BR=脊梁山脉;TB=Tailuko带;YB=Yuli

3  计算模型(ab)和欧亚大陆板片撕裂假设模型(c)三维透视图以及(AA'-DD')计算模型二维截面图。T=撕裂断层;D=俯冲板片断离的位置;COB=欧亚大陆和南中国海之间的边界    

  研究成果发表于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)(原文链接 

 
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