大陆俯冲‐碰撞‐折返的动力学数值模拟研究综述

详细信息   

• 责任者：李忠海^c中国地质科学院地质研究所大陆构造与动力学国家重点实验室
• 刊名：中国科学：地球科学
• 出版年：2014
• 卷期：44^b5
• 关键词：地球动力学20^a大陆 ; 板块俯冲 ; 板块碰撞 ; 超高压变质作用 ; 数值模拟 ; 述评
• 页码：817～841
• 索书号：P106/141-1
• 图表：^c参74插图
• 分类号：1300
• 文摘期号：2014/10

摘要

大陆板块通常紧接着大洋俯冲的完结而开始俯冲和碰撞，并可能伴随着高压‐超高压变质岩石的形成和折返。基于对前人动力学数值模型的总结，大陆板块的稳定会聚过程可以大致分为6种模式：纯剪切增厚、挤压褶皱、单向高角度俯冲、单向低角度俯冲、双向俯冲以及俯冲板块的断离。同时，俯冲隧道中高压‐超高压岩石的折返机制主要包含8种模式：逆冲断裂折返、褶皱挠曲折返、物质回旋折返、构造增压折返、俯冲板块“中上地壳”的整体拆离和折返、不同深度处物质周期性的韧性挤出、俯冲板块断离引发的板块后撤折返以及俯冲隧道中地壳物质穿过“破碎的”上覆岩石圈的折返。在大陆俯冲隧道中，中上地壳的弱化和拆离是物质从俯冲到折返转换的先决条件。但是物质弱化的主导机制及其在大陆俯冲隧道中的控制作用尚没有得到很好的解决。近似而言，大陆俯冲和折返的动力学机制可以等效为流体动力学中的“倾斜隧道流模式”。该模式中，物质的俯冲抑或折返取决于俯冲隧道中“向下的Couette流”和“向上的Poiseuille流”这两种流动机制的竞争结果。另外，壳‐幔岩石中的水对于俯冲隧道和上覆岩石圈的变形和破坏具有非常重要的作用，从而如果在模型中增加脱水和水化作用的数值算法，那么模拟的结果将可能大大区别于简单的“倾斜隧道流模式”。数值模拟的另一个重要问题就是三维模型的应用，这对于研究造山带沿走向的差异性俯冲碰撞模式具有重要意义，也是该领域未来的发展方向之一。