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我校提出“大洋高原起源和克拉通区板块构造演化”新模型


2017-10-09 14:18:46 来源: 浏览:

( 通讯员 许峰 )近日,我校地球科学学院全球大地构造中心主任、地质过程与矿产资源国家重点实验室Timothy Kusky教授引领的研究团队在国际著名期刊《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)(T1)发表论文,并入选为该刊亮点文章(Journal Highlights)。该论文通过地球动力学数值模拟方法定量评估了克拉通岩石圈中层深度(约100km)地震不连续层(MLD)对克拉通岩石圈稳定性的影响。MLD层存在于全球多数克拉通岩石圈中,类似于三明治中间的果酱层,是一个潜在弱耦合层,对克拉通岩石圈的演化以及某些特殊大洋岩石圈结构的形成有重要意义。

众所周知,现今大洋岩石圈年龄较新(<~3亿年),厚度较薄(<~100km),然而在非洲西南缘与大西洋交界处的大洋中却存在古老(>10亿年)的巨厚(>175km)岩石圈,很难通过经典板块构造理论加以解释。Timothy Kusky教授团队根据最近对于MLD层性质的研究,提出MLD可能是克拉通岩石圈中的一个弱耦合层,在大陆发生漂移时,克拉通根沿着该弱耦合层发生水平错位移动,使得巨厚岩石圈根迟滞于后方的大洋岩石圈之下。该研究从地球动力学角度提出并证明了该观点的可行性。通过将数值模拟研究结果与实际MLD厚度、粘度、板块运动速度等观测数据对比,发现当MLD的粘度较低、厚度较大时,适当板块漂移运动即可使得克拉通岩石圈上部与下部沿着MLD发生解耦和水平错动。基于模拟结果和目前观测资料,该研究提出下图中克拉通根沿MLD水平错动的三阶段模型:

图 1该卡通图解释了克拉通岩石圈根如何脱离大陆(stage 1),并逐渐错位到大洋岩石圈之下(stage 2)。

(0)处于0阶段(上图stage 0)中的克拉通岩石圈由于MLD的粘度较大、厚度较薄,板块漂移速度较慢、或者受周围造山带的保护,仍保持稳定状态。这类克拉通尽管存在可探测的MLD,却不存在明显的克拉通根不水平错动(如华北西部、Slave、Superior、Yilgarn等克拉通)。(1)处于1阶段(上图stage 1)的克拉通岩石圈在大陆裂解和后续的板块漂移过程中沿着MLD层发生水平错动,部分岩石圈根部被迟滞到后方的大洋岩石圈之下,形成这种特殊的被动大陆边缘。非洲西南缘的巨厚大洋岩石圈,上部年龄较新、下部年龄较老,很可能是该作用的结果。(2)随着板块的继续移动,整个克拉通根部与克拉通岩石圈上部发生完全脱离并完全错位到后方的大洋岩石圈之下。由于MLD层在水平错位中的剪切和热作用相关的减薄使得克拉通根与上部的大洋岩石圈发生再耦合,并最终固定在一起形成上部为大洋岩石圈,下部为大陆岩石圈的特殊大洋高原(Stage 2)。 Ontong Java大洋高原的岩石圈上部较新(<85 km,<160 Ma),下部较老(约95–120或280 km,0.9–1.7 Ga),中部存在改造了的MLD层(40-80 km),满足该阶段中所述大洋高原的特征。因此该研究(Stage 2)提出了一种大洋高原起源的新模型。

此外,该研究指出粘度足够低的MLD与岩石圈-软流圈界面(LAB)类似,可作为某些克拉通区域板块构造的底界,容纳板块水平运动时与下伏地幔之间的位移。该研究为克拉通区板块构造理论研究开启新的篇章。

论文第一作者为我校地球科学学院2012级直博生王振胜,2015年10-12月受我校“研究生国际合作交流基金”项目的资助,在澳大利亚莫纳什大学(Monash University)进行合作研究。

AGU官方博客Geospace对该论文的通讯作者Timothy Kusky教授和第一作者王振胜博士做了采访,并在其主页对该研究做了Journal Highlights报道。

相关论文参见:

Wang, Z., Kusky, T., Capitanio, F., 2017. Ancient continental lithosphere dislocated beneath ocean basins along the mid-lithosphere discontinuity: a hypothesis. Geophysical Research Letters, doi: 10.1002/2017GL074686.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017GL074686/full

AGU官方博客专门报道参见:

New study explains how continents leave their roots behind

http://blogs.agu.org/geospace/2017/10/04/new-study-explains-how-continents-leave-their-roots-behind/