雅浦海沟洋脊俯冲的构造作用研究

Yap trench is a quite unique place in the western Pacific arc-trench systems, as it is now in the early stage of the subduction of young Caroline plate with a buoyant Caroline Ridge on it. The tectonic research on the Yap arc-trench system will make a significant contribution to the recognition of the early stage of subduction, ridge subduction and the evolution of the arc-shaped trench. This proposal will investigate the tectonic response of the Yap trench to the Caroline Ridge subduciton, analyze the structural deformation, and sedimentary response of the accretionary prism and reveal tectonic erosion in forearc basin, based on the integrated interpretation of the mutil-channel seismic data, multi-beam and sub-bottom profiler data acquired in this area. Joint geophysical reversion will be applied to reveal the shape of the subduting Caroline slab and propose the structural model of the ridge subduction in the Yap trench, on the basis of satellite-borne gravity and seismic data and referring to the topography results. Finally, the geological and numerical models will be established, and finite element simulation will be developed to discover the stress anamolies between ridge subduction and normal ocean plate subducting and to provide evidence if ridge subduction induce or stop a huge earthquake.

雅浦海沟在西太平洋沟弧系统中具有独一无二的特色，它既处于俯冲的早期阶段，又是洋脊俯冲的典型区域。因而，关于雅浦沟弧系统的构造研究对揭示早期俯冲过程、洋脊俯冲和弧形海沟系统演变都具有重要的科学意义。本课题拟利用先导专项A在该海域采集的多波束、重磁、热流和多道反射地震等地球物理数据，开展地震、地形地貌和浅地层剖面联合解释研究，研究加罗林洋脊俯冲在雅浦海沟演化过程中的构造响应，查明增生楔变形和沉积响应，揭示弧前构造侵蚀过程；根据卫星重力资料、反射地震、重磁数据，结合层析成像结果，开展重磁震联合反演，揭示加罗林俯冲板片的俯冲形态，建立雅浦海沟海脊俯冲的构造模式；在上述研究的基础上，建立地质模型和数学模型，开展有限元数值模拟，揭示低密度高浮力的洋脊俯冲与普通海洋板块应力的差别，提出洋脊俯冲是诱发还是阻止巨型地震的新证据。

洋脊俯冲一直是俯冲带研究的热点，雅浦海沟是洋脊俯冲的典型地区，又经历了俯冲带早期的俯冲阶段。因此，研究雅浦海沟的构造特征和俯冲模式对于揭示早期俯冲过程、洋脊俯冲特征和沟弧盆体系的演化有着重要的科学意义。本研究调研了环太平洋地区俯冲带特征，系统总结了板片窗构造（洋脊俯冲）的形成机制、几何形态及其引发的特殊地质效应；分析了雅浦海沟地形地貌和构造变形特征，雅浦海沟呈不对称“V”字形，缺失增生楔，雅浦海沟的沟弧间距平均值约为41km，远远小于其它地区沟弧体系的沟弧间距，海沟弧前斜坡角度平均为6°，显示该海沟是一个剥蚀型边缘，并发现无论是沟弧间距和弧前斜坡角均在在9°30′ - 9°00′和 8°30′ - 8°00′出现异常增大现象，说明加罗林洋脊的俯冲可能导致了该区域的隆升，从而造成沟弧间距和弧前斜坡角的变化；查明了加罗林洋脊地区的构造、地层和地壳结构特征，加罗林洋脊靠近海沟地区发育一系列的垒堑构造，研究认为加罗林洋脊的高地形可能导致了海沟附近的俯冲板片更大的挠曲拉张量，从而形成垒堑构造带，索罗尔海槽发育了厚度超过800m的沉积物，其内部更发育了一条强反射R1，其上的地震层序标定了海槽裂陷的起始时间，推测索罗尔海槽至少在10Ma就已经张开；通过重震联合反演，结合岩石地球化学数据，探讨了海沟对于洋脊俯冲的构造响应，发现岛弧地区坡折带之上的地壳具有陆壳性质，坡折带之下的地壳具有岩石圈地幔性质，而卡罗林洋脊则为洋壳性质，地幔和地壳岩石差异导致海沟内地形起伏特征不同，并认为卡罗林洋脊可能在俯冲过程中发生挠曲弯形成了大量的正断层，海水进入地壳和上部地幔发生水化作用，从而导致该区火山岩的变质；阐述了雅浦海沟的演化模式，认为加罗林洋脊与雅浦海沟大约在~25Ma发生碰撞，在碰撞之后，雅浦海沟前部受到俯冲侵蚀作用而被剥掉；提出在雅浦海沟地区，洋脊俯冲可能阻止了大地震的发生。研究了南海共轭陆缘的拉伸模式、张裂模式和马尼拉俯冲带的构造特征，发现马尼拉俯冲带开始形成之时，南海的扩张仍在持续。研究了卡斯迪亚（Cascadia）俯冲带和东北亚地区层析成像结构，认为地球深部流体活动（如板块脱水、深部地幔热物质上升等）导致了地幔内部的低速异常。本课题为研究剥蚀型俯冲带和洋脊俯冲、南海陆缘与马尼拉俯冲带的关系、俯冲带和东北亚地区层析成像结构提供了重要参考。