上覆板块对洋壳俯冲过程的制约——以拉萨地体为例

Gradually increasing research results show that the properties (including strength, thickness, density, thermal state, etc.) of the overriding plate play an important role in the evolution of oceanic plate subduction. Our project intends to aim at the Lhasa Terrane (an overriding plate), which constraints Bangong-Nujiang oceanic plate southward subducting process. We will collect the geological and geophysical research results of the Lhasa Terrane, considering the differences in the strength, thickness, density, thermal state and motion direction of the Lhasa Terrane, and construct multi-group large scale and high resolution visco-plastic models which at the maximum extent meet the geological and geophysical research results. Using the much mature parallel Finte Difference Method program (I2VIS), we will carry out numerical modeling research at “TianHe No. 1” high performance cluster at TianJin, and reveal the main controlling factors of southward subducting process of Bangong-Nujiang oceanic plate. At last, we will get a fine southward subducting model of Bangong-Nujiang oceanic plate which meet the temporal and spatial distribution characteristics of the igneous rocks at the Lhasa Terrane. Meanwhile, we have paid attention to the certain common significance of the restriction mechanism of the differences of overriding plate properties. However, there are few examples supporting the common significance. The research results of our project can be a supporting example of these controlling factors, and make the controlling mechanisms more reliable.

越来越多的研究成果表明上覆板块的性质(包括强度、厚度、密度、热状态等)对俯冲演化起着举足轻重的作用。本项目拟针对拉萨地体这一上覆地块，深入研究拉萨地体离开冈瓦纳大陆向北漂移的过程对班公-怒江洋向南俯冲演化的制约机制。搜集、整理、分析拉萨地体的地质/地球物理研究成果，考虑拉萨地体强度、厚度、密度、热状态及运动方向等因素的差异性，建立多组最大程度符合地质/地球物理研究成果的大尺度且高分辨的粘塑性数值模型，运用在国际上非常成熟的有限差分并行程序(I2VIS)，通过在“天河一号”计算节点上的数值模拟研究，揭示制约班公-怒江洋向南俯冲过程的主要控制因素，得到最吻合拉萨地体岩浆岩时空分布特征的班公-怒江洋向南俯冲的演化模式。同时，我们注意到上覆板块性质的差异对俯冲演化的制约机制具有一定的普适意义，然而目前支持普适意义的实例较少。研究成果可以进一步佐证这些具有一定普适意义的控制因素，使其更为可靠。

越来越多的研究成果表明上覆板块的性质(包括强度、厚度、密度、热状态等)对俯冲演化起着举足轻重的作用。本项目针对拉萨地体这一上覆地块，深入研究拉萨地体离开冈瓦纳大陆向北漂移的过程对班公-怒江洋向南俯冲演化的制约机制。搜集、整理、分析了拉萨地体的地质/地球物理研究成果，考虑了拉萨地体强度、厚度、密度、热状态及运动方向等因素的差异性，建立了大批量(超过100个)最大程度符合地质/地球物理研究成果的大尺度且高分辨的粘塑性数值模型，运用了在国际上非常成熟的有限差分并行程序(I2VIS)，通过在“天河二号”计算节点上的数值模拟研究，揭示了制约班公-怒江洋向南俯冲过程的主要控制因素，得到了最吻合拉萨地体岩浆岩时空分布特征的班公-怒江洋向南俯冲的演化模式。主要结论如下：(1) 在上覆岩石圈向海洋方向漂移主导的构造背景之下，我们识别出了三种截然不同的海洋高原加积模式：前缘加积、底部加积、转换加积(包含前缘加积和底部加积)。另外，我们发现强的海洋高原下地壳难以发生加积，将随着海洋岩石圈俯冲至地幔深处。(2) 前缘加积的发生需要低的会聚速率。但是，是否发生前缘加积与俯冲岩石圈的年龄和上覆大陆岩石圈流变属性无关。(3) 底部加积的发生需要较高的会聚速率、相对老的海洋板片或强的海洋高原。(4) 大多数模型中，洋壳属性的海洋高原难以加积，而是随着海洋岩石圈俯冲至地幔深处。仅仅当年轻的海洋板片发生平俯冲时，才可能发生加积。(5) 控制俯冲样式(平/陡俯冲)的因素是板片的年龄和上覆板块运动学。流变属性和会聚速率对俯冲角度影响很小。(6) 通过对比数值模拟结果与拉萨地体岩浆岩的地球化学特征，本项目揭示了侏罗纪班公-怒江洋的演化特征(160Ma左右板片从平俯冲转为陡俯冲)和拉萨地体的地壳生长机制(陆壳属性的海洋高原的底部加积相关)。