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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

发表时间:2019-09-12 18:30:34

  (地大之声通讯员许峰)近日,我校地球科学学院2012级直博生王振胜在国际著名期刊《地球物理研究快报》发表论文,并入选为该刊亮点文章。该论文提出了一种大洋高原起源的新模型,合理解释了大洋中存在巨厚古老岩石圈根的特殊地质现象,对理解古老大陆岩石圈演化及大洋高原起源有重要意义。

  众所周知,大洋岩石圈由较新的岩石组成,厚度较薄。然而,在非洲西南缘的大西洋年轻岩石圈之下却潜伏着巨厚的古老大陆岩石圈根。这种特殊地质现象难以通过经典的板块构造理论解释:古老大陆岩石圈根如何错位于大洋岩石圈之下?该问题一直困扰着地学界。我校研究团队通过将这种错位与近期探测到的岩石圈中层地震不连续界面(简称MLD)联系起来,通过地球动力学数值模拟研究,合理的回答了该问题。

  岩石圈为地球外部固态圈层,自上而下由地壳和地幔盖层组成。在古老大陆地区,这个固态圈层并不是“铁板一块”,而是中间(~100 km 深度)存在一个水平的弱耦合层,即MLD。当板块发生水平运动时,由于下伏软流圈的阻力,使得古老大陆岩石圈根部运动较慢,上部运动较快,从而导致上部和根部之间沿着弱耦合的MLD发生水平错动,并逐渐脱离。

  王振胜介绍,该过程类似于用手去推一个放置于粗糙桌面上的三明治的上层。其中三明治上层代表岩石圈的上部;三明治下层代表岩石圈根部;中间的果酱层代表MLD;粗糙的桌面相当于岩石圈之下的软流圈,对三明治的下部有摩擦力。当推动开始时,三明治的上层在推力作用下运动较快,三明治下层在粗糙桌面阻力下运动较慢,因此会沿着果酱层发生水平错位,并逐渐脱离。


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)。

  通过数值模拟研究,王振胜发现,MLD的粘度、厚度、板块运动速度对这种水平错动均有重要影响。当粘度较小、厚度较大、板块漂移速度较快时,有利于水平错动的产生。反之,则不利于水平错动的产生。水平错动的结果会导致古老大陆岩石圈的根部慢慢错位于后方的大洋岩石圈之下,并与大洋岩石圈重新耦合,形成上部为年轻大洋岩石圈,下部为古老大陆岩石圈根,中部为MLD的特殊大洋高原。Ontong Java 大洋高原即具有该特殊岩石圈结构。该研究指出弱耦合MLD与岩石圈-软流圈界面(LAB)类似,可作为某些古老大陆区(即克拉通区)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。

  该研究由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固定研究人员Timothy Kusky教授和Monash大学Fabio Capitanio副教授联合指导。论文第一作者王振胜博士于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。