臺灣-菲律賓地區受到歐亞板塊、菲律賓海板塊以及澳大利亞板塊的相互作用,周邊發育多條俯衝帶,形成了多板塊俯衝系統,其內部的板塊俯衝形態、軟流圈速度場等與單板塊俯衝系統存在非常大的差异,同時導致複雜的碰撞造山過程及特殊的島弧火山演化。而現時對上述地質構造現象的解釋缺少關鍵的地震學證據。
近年來,中科院海洋所董冬冬研究組範建柯副研究員與日本東北大學趙大鵬教授合作,利用國際公開的地震學數據,對臺灣-菲律賓地區獨特的雙板塊俯衝系統的深部結構進行了系統層析成像研究,為多板塊俯衝系統、碰撞造山以及島弧火山演化等的地球動力學過程提供了重要的地震學約束,深化了對該地區構造演化的認識。
成像結果揭示歐亞板塊在臺灣島北部、南海古洋脊和馬尼拉海溝南部均發生了俯衝撕裂,南海東北部的洋底高原發生了東南向的部分俯衝,這可以很好地解釋呂宋島北部特殊的雙火山鏈和臺灣北部特殊的火山岩漿源,以及馬尼拉俯衝帶南部火山活動中心的西南向偏移等地質現象。歐亞板塊的俯衝後撤可能導致臺灣海峽和南海東北部之間存在水准地幔流動以及俯衝板塊下方的地幔上湧,較好地解釋了東沙隆起獨特的岩漿活動以及16百萬年(Ma)以來中國東南部玄武岩的噴發。
臺灣及馬尼拉俯衝帶成像結果
方位各向異性結果揭示,在菲律賓中南部的地幔轉換帶附近可能存在水准的地幔流動。該地幔的水准流動可能是南海東部次海盆印度洋域物質的來源之一。另外,在呂宋島最北部及其沿岸,存在NE-SW向的平行於南海古洋脊的方位各向異性,這可能與南海古洋脊附近的板片窗內的地幔流動、南海東北部洋底高原的部分俯衝以及南海擴張過程中形成於擴張中心並且平行於洋脊的殘餘各向異性有關。
菲律賓中南部方位各向異性成像結果
上述研究成果發表在Tectonics、G3、PEPI、IGR和JAES等國際地學期刊,範建柯副研究員為第一作者兼通訊作者。上述研究得到了國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項、全球變化與海氣相互作用等項目的資助。
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