海脊俯冲过程对俯冲带构造变形影响的物理模拟研究：以加瓜海脊为例

The Gagua Ridge, which lies in the west of Taiwan, is subducting beneath the Ryukyu trench with Philippine Sea Plate (PSP) in the NW-orientation. This area is characterized by a complete Trench-Arc-Basin system, making it be an ideal place to investigate the interaction of subducted ridge and overriding plate. In this study we will focus on the subducted process of the Gagua Ridge and its tectonic effects on the Ryukyu arc and Okinawa Trough, especially the deformation features of the southern segment of Ryukyu Subduction zone and the deep structure below. To achieve this, a series of analogue modelling experiments will be performed to investigate (1) the effect of ridge oblique subduction on the deformation of accretionary wedge, and (2) the interaction of overriding plate relating to the ridge which has deeply subducted into the mantle. Convincing geophysical data, including high resolution multi-beam, multi-channel seismic, gravity and magnetic and OBS data, will be compiled to provide realistic constraints to test the experimental results and interpretations. Comprehensive analyzes of the geometry, kinematics and dynamics of both the geological and analogue models will be conducted to reveal the role of ridge subduction in the deformation of subduction zone and discuss the control effect of Gagua Ridge on the evolution of the south part of the Ryukyu Trench-Ryukyu Arc-Okinawa Trough system.

台湾东部的加瓜海脊随着菲律宾海板块沿着NW方向俯冲于琉球海沟之下，同时该区域发育了完整的沟-弧-盆体系，即琉球海沟-琉球岛弧-冲绳海槽体系，是研究海脊俯冲对上覆板块构造变形影响的理想地区。本申请选择加瓜海脊这一研究对象，遵循“现象观测、地质建模、模拟验证和规律总结”的思路开展研究。首先拟利用国内外在加瓜海脊附近海域采集的多波束、重磁、多道地震、OBS等地球物理数据，查明琉球俯冲带南段的构造变形特征。其次，在俯冲带构造变形分析的基础上，建立实验模型，进行不同类型的物理模拟实验研究，探索海脊斜向俯冲对增生楔体变形的影响以及俯冲至地幔的海脊对上覆板块构造变形的影响。最后，综合分析实验及地质模型的几何学、运动学和动力学特征，揭示海脊俯冲对俯冲带构造变形的影响机制，探讨加瓜海脊俯冲对于琉球海沟南段沟-弧-盆体系演化的控制作用。

作为俯冲板块的洋壳通常不是光滑的，洋壳之上出露了许多海山、海（洋）脊等海底高原，关于海山、海脊俯冲对俯冲带构造变形的影响是目前地球科学中有待进一步研究的热点问题，比如海山、海脊等海底高原在不同的俯冲背景下如何改变俯冲板块自身的几何学和运动学特征，如何影响海沟的展布形态及浅层增生楔，深部地幔楔的变形等。本课题主要采用构造物理模拟的方法，结合实际自然界中海山、海脊俯冲的实例，比如台湾东部加瓜海脊向琉球海沟俯冲等，探索海山、海脊俯冲对上覆板块的影响。本项目的研究内容主要包括1.研究区的地球物理数据收集及解译，为物理模拟实验模型奠定基础。2.海脊、海山俯冲的物理模拟实验，设置多种俯冲模型、变化各种潜在的影响因素3.结合自然界实例，剖析海脊、海山俯冲对俯冲带变形的影响。基于研究内容，项目组人员阅读了大量海脊、海山俯冲区的构造变形相关文献，收集了建模相关的地质、地球物理数据，然后进行了大量的物理模拟实验。分别进行了海脊、海山、海山链正向、斜向等不同俯冲背景下的模拟实验，探索海底高原对浅层增生楔和深层地幔楔构造变形的影响，共进行超过30组实验，取得原始记录构造演化过程的照片两万余张。基于实验数据和自然界实例的几何学、运动学和动力学分析，得出了海脊、海山、海山链俯冲下增生楔体的构造变形演化过程，对俯冲带的构造变形研究而言具有重要的科学意义，研究成果也得到国内外同行专家的认可，发表于国际地学期刊，且在国内外会议上多次与同行交流。