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地球科学
地?;妨魉?.0应用:统一联动动力过程
投稿人:李玉民 投稿时间:2025-05-30 22:25 访问量:

2018年起中国相继投资4亿多开展“特提斯地球动力系统”、“西太平洋地球系统多圈层相互作用”和“东南亚环形俯冲系统超级汇聚的地球动力学过程”等地球动力学相关项目。这些项目已接近尾声,动力机制核心问题未解。热对流缺乏定向性,任何单纯基于冷/热驱动机制(经典热对流、地幔柱、板片负浮力等)都不可能合理解释特提斯陆块单向裂解与聚合现象。地球动力系统是联动的整体,割裂地管中窥豹唯象揣测必致顾此失彼。地?;妨魉?/span>2.0基于软流圈相对岩石圈总体东向运动,上层受陆根、俯冲板片等阻挡导流,统一联动完美解释。

晚石炭世、早二叠世潘基亚大陆西部是大陆主体,中间是古特提斯洋,东部是有开口的陆块条,近似下图:

  

截自吴福元等《特提斯地球动力学》

通常认为古特提斯洋是东侧有广阔开口的“<”型。(如动画)。广阔开口的错觉源于古陆位置复原常存在两个问题:一是严重扭曲的滇缅马苏地块(含爪哇岛、努沙登加拉群岛)形状难以复原,二是绝大部分沉没的西兰古陆被忽略。巽他岛弧系从东经九十度海岭位置逆时针扭曲到当前位置。西兰陆块西北部曾接未扭曲的滇缅马苏地块,西南部曾接澳洲大陆,三者连成一体,隔开古特提斯洋和古太平洋。那时西兰陆块尚未裂离和沉没,古特提斯正东的陆条并不纤弱。扭曲减小了陆块南北向距离,因此东侧开口比传统认识要小。古特提斯洋东侧开口不是正东方的广阔开口,而是东北的小开口。

软流圈上层在潘吉亚大陆西遇阻,一部分从大陆南北两侧绕过大陆,另一部分下潜从大陆主体下进入特提斯域。线状剥蚀先在差速高的赤道附近沿脆弱早期构造褶皱带展开,发育地幔沟渠,大陆主体南北裂解。古特提斯洋西侧赤道附近形成“>”开口。随着赤道附近开口扩大,冈瓦纳南移,逐渐部分越过南极。原从南侧绕过冈瓦纳大陆的上层地幔流受阻。南部线状剥蚀,发育地幔沟渠,造成冈瓦纳大陆裂解。地幔流向东推动非洲大陆西南侧,造成非洲大陆逆时针旋转并北移。非洲大陆旋转使南大西洋张开。非洲大陆北移使地中海收缩,非洲和南极洲间缺口扩大。特提斯域西侧主要缺口从赤道附近迁到南纬中高纬位置。大陆主体裂解前,软流圈上层经大陆主体下潜流到达特提斯洋西侧,大陆主体东侧因面状剥蚀等造成一些陆块裂离。大陆主体裂解后,上层幔流主要通过西侧缺口进入特提斯域。特提斯域内上层地幔流受东侧陆带阻挡,向东侧缺口导流。特提斯域东西两侧缺口位置影响着总体上东流的上层地幔流从哪里进入特提斯域,域内流向,从哪里流出特提斯域。特提斯域内上层地幔流流向决定着域内陆块漂移方向。特提斯域东西两侧主要缺口不断变迁,但总是东侧缺口在西侧缺口的北侧,直到澳洲大陆与北侧碰撞。因面状剥蚀和线状剥蚀造成大陆主体东侧陆块裂解。裂解陆块被地幔流向东北缺口搬运,与北侧大陆聚合,封堵缺口,缺口南移?;钡乜?、华南地块、印支陆块、滇缅马苏陆块、澳洲大陆相继与北侧大陆碰撞,特提斯域东侧主要缺口向南变迁。特提斯域单向裂解-聚合是由软流圈相对岩石圈总体东向运动,上层被东侧陆条导流,单向流动所驱动。

北侧古特提斯闭合,软流圈对新特提斯东侧陆条的底面剥蚀和向东推力增强,最终导致新特提斯洋与太平洋间陆条断裂。尚未与南极洲大陆分离的澳洲大陆把西南缺口来的地幔流向北侧断裂缺口导流。滇缅马苏陆块南端被地幔流向东推扭,东北向挤压菲律宾群岛,东南亚环形俯冲系统开始构建。西兰陆块被地幔流推动东移,同时伴随北侧缺口拓宽小幅南移。马宗晋《海底各单元增生年代图》中P3(3)塔斯曼海约98-58Ma东西向增生;I6(3~4) 沃顿洋脊约98-45Ma南北向增生;I11(4~6)澳洲与南极洲间约58Ma至今南北向增生[1]。P3(3)塔斯曼海和I6(3~4)沃顿洋脊增生是隔离带断裂后西兰陆块东移和滇缅马苏地块扭曲拉张结果。58Ma以前I11(4~6)洋壳未生成,澳洲尚在南极洲附近。其后澳洲和南极洲之间线状剥蚀,造成澳洲大陆与南极洲裂解。地幔导流推动澳洲大陆东北向移动远离南极洲,与滇缅马苏地块碰撞。澳洲大陆推动岛弧并和巽他岛弧一起拦截地幔流,推力加大使巽他岛弧东端扭曲加剧,菲律宾群岛和菲律宾板块快速大幅北移,东南亚环形俯冲系统成型。从外侧看,俯冲方向由外向内,内部似是吞噬物质的黑洞。然而从内侧看,马尼拉海沟俯冲方向由内向外。俯冲方向不能指示软流圈物质运移方向。环形俯冲区域软流圈物质主要从南侧巽他岛弧东端和南海西北侧注入,从东侧流出到菲律宾板块下。菲律宾岛弧岩石化学信息在126Ma-110Ma间发生了从太平洋型向印度洋型转变[2]。这种转变一方面表明两洋该处此前存在隔离带,在此期间隔离带遭破坏;另一方面说明物质是从印度洋(新特提斯洋)向太平洋方向运移。菲律宾群岛因地幔流向东的推扭作用发生了北移,故采样点发生了北移。缺口打开并拓宽导致上游西南侧的印度大陆90-60Ma漂移提速,60-50Ma印度大陆向北越过缺口减速,这种作用导致印度与拉萨地块先碰撞。

Sun et al.

塔里木、华北和扬子克拉通阻挡从地中海向东幔流和印度洋向北导流合流,软流圈壅积使青藏高原隆起。澳洲大陆与滇缅马苏地块碰撞,北侧陆块间压实,一方面使上游向青藏导流大幅加强,另一方面使青藏下游华北克拉通和扬子克拉通间通道收窄。下游通道过宽,不能壅积;完全封闭则上游不能持续向此区域导流。此格局形成在印度碰撞之后,故先碰撞,迟隆升。被拦截的软流圈上层低密度物质内侵到中、下地壳,重熔改造,使之增厚。低密度物质含量稀少,故缓加厚。青藏加厚的地壳层物质源于地幔流对上游大陆剥蚀和软流圈分异。物质源近有印度大陆和阿富汗地块,远的甚至有西兰陆块。西兰陆块物质经软流圈环南极洲干流向东搬运近一圈到澳陆西侧,再导流入青藏高原下。此为青藏高原的导流壅积模型。

特提斯域东侧缺口位置决定进入太平洋西侧的上层地幔流流量分布,影响软流圈对太平洋西侧俯冲带推力。特提斯域东侧地块受地幔流东推,间接推挤太平洋内板块。这两种作用共同决定了太平洋内板块受力、运动方向和被动俯冲方向。古特提斯时期,特提斯域东侧出口在北,太平洋东侧缺口在赤道附近。地幔流向东偏南向推太平洋西北侧俯冲带,太平洋板块俯冲方向西偏北。正东陆条断裂后,地幔流向东推太平洋板块西侧俯冲带,太平洋板块俯冲方向向西。澳洲与南极洲分离后,受导流推动东北向运动,后与北侧碰撞并挤压太平洋板块。太平洋板块受力转向东北,夏威夷-帝王岛链出现转折。太平洋板块西区受澳洲大陆挤压支离破碎,形成一些小微板块,运动方向各异。菲律宾板块和菲律宾群岛受推挤向北运动;西兰陆块受推挤向东偏南运动。太平洋板块西区挤压碎裂重构,地形变得十分复杂。澳洲大陆推挤,北美洲阻拦造成太平洋板块东北侧洋脊退化,并生成数条东西向大断带,断带西侧无一例外弯曲指向澳洲大陆。澳洲大陆与北侧碰撞压实后,北移减弱;一起封堵幔流,东移加强。太平洋板块西南俯冲带在地幔流推动下折东撤,澳洲大陆推挤西兰陆块紧随挤压,蚕食太平洋板块西南角。太平洋板块西南角消减为印度洋、大西洋同纬度增生提供了空间。太平洋西侧缺口进一步南迁,环南极干流形成。南美洲所受东向推力加大,快速东移,东太平洋海隆快速增生。南美洲南端部分阻挡干流,导流推动加勒比板块北移,封堵南北美之间缺口,反作用于特提斯域。

西太平洋有两个关键问题:

1、软流圈从西向东跨越俯冲带,非经典地幔对流说的在俯冲带两侧回环。

2、俯冲带是软流圈推折,折痕东移,太平洋板块并未相应高速西移。

参考文献:

[1].  马宗晋, 李存梯, 高祥林.全球洋底增生构造及其演化[J].中国科学辑D, 1998, 28(2):157-165.

[2].  DENG J, YANG X, ZARTMAN R E, et al.Early Cretaceous transformation from Pacific to Neo-Tethys subduction in the SW Pacific Ocean: Constraints from Pb-Sr-Nd-Hf isotopes of the Philippine arc[J].Geochimica et Cosmochimica Acta, 2020, 285(?):21-40.