大洋俯衝帶的地幔流動和地震波各向異性的數值模擬

大洋俯衝帶的地幔流動和地震波各向異性的數值模擬

《大洋俯衝帶的地幔流動和地震波各向異性的數值模擬》是依託中國科學院大學,由李忠海擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

  • 中文名:大洋俯衝帶的地幔流動和地震波各向異性的數值模擬
  • 項目類別:青年科學基金項目
  • 項目負責人:李忠海
  • 依託單位:中國科學院大學
項目摘要,結題摘要,

項目摘要

地震波各向異性廣泛套用於大尺度地幔流動和岩石圈變形的研究,但其成因機制尚存在爭議。大洋俯衝帶中剪下波分裂的快波方向既有平行於海溝,又有垂直或斜交于海溝。前人提出了多種機制來解釋這種複雜的各向異性特徵,其中俯衝帶中複雜的三維地幔流動導致上地幔各向異性礦物產生不同的晶格優選定向(LPO)是比較普遍認可的觀點。本項目擬以此為切入點,對大洋俯衝帶的地幔變形和地震波各向異性進行系統的動力學數值模擬研究,主要內容包括:(1)基於自主開發的三維邊界元軟體G3BEM,繼續開發計算有限應變、地幔礦物LPO以及SKS剪下波分裂的相關嵌入式函式模組;(2)通過模擬計算,研究同一俯衝帶不同位置以及不同寬度俯衝帶的有限應變和SKS分裂特徵,並與環太平洋俯衝帶的觀測進行對比;(3)針對東南亞Sangihe俯衝帶,設計俯衝板塊首-尾雙向俯衝模型,探討複雜構造背景的地震波各向異性特徵。

結題摘要

本項目圍繞大洋俯衝帶的動力學過程而展開,基於自主開發的數值模擬軟體,建立了俯衝帶地幔流動和地震波各向異性的定量化數值模型。我們採用不同俯衝板塊的幾何學特徵進行了系統的數值模擬,探討了模型中地幔變形、地幔礦物晶格優選定向以及剪下波分裂等的特徵和機制。模擬結果揭示:(1)地幔變形過程中的有限應變橢球演化與橄欖石晶格的優選定向之間存在非常好的對應關係,FSE長軸對應LPO的a軸,FSE短軸對應LPO的b軸,但是二者與地幔流動的速度場並不一致。(2)在地幔楔的中央位置處,地幔變形傾向於產生垂直於海溝的快波偏振方向,並且各向異性的延遲時間與大洋俯衝板塊的寬度呈負相關關係。在俯衝板塊的側向邊緣,各向異性的延遲時間與俯衝板塊寬度關係不大。(3)在板下地幔中存在兩個不同的變形區域,上部主要受控於俯衝板塊水平運動所產生的簡單剪下,從而容易產生垂直於海溝的快波偏振方向,而下部主要受控于海溝後撤所引起的純剪下,相反容易產生平行海溝的快波方向。因此板下地幔的各向異性特徵很大程度上受控於這兩種不同變形機制的競爭關係。(4)板下地幔的地震波各向異性特徵依賴於一個俯衝運動學的參數,d = Xp∕Xt,這裡Xp和Xt分別指示大洋俯衝過程中板塊前進的距離和海溝後撤的距離。如果d1,那么將主要產生垂直於海溝的快波方向。(5)針對東南亞的Sangihe俯衝帶,我們建立相對複雜的雙向俯衝過程的數值模型,即一個大洋板塊‘首尾’同時進行俯衝,由此它們產生的地幔流場相互干擾。系統的數值模擬揭示了該複雜構造背景下的地震波各向異性特徵,並與Sangihe俯衝帶的觀測數據進行對比和解譯。(6)我們還對研究工作進行拓展,探討了大洋俯衝帶流體-熔體活動的定量化模型,並揭示了流體-熔體活動對俯衝隧道物質運移和上覆岩石圈變形的控制作用。在本項目的支持下發表了6篇科研論文,其中SCI論文5篇;同時項目的研究成果得到了國際同行的認可和套用。

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