俯冲带挠曲变形的数值模拟研究及海沟深度控制因素分析
文献类型：学位论文
| 作者 | 张江阳 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 授予单位 | 南海海洋研究所 |
| 导师 | 孙珍 |
| 关键词 | 海沟，有效弹性厚度，板片挠曲，数值模拟 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 海洋地质 |
| 其他题名 | Numerical simulation of flexural deformation of subduction zone and analysis of trench depth control factors |
| 英文摘要 | 海沟作为俯冲带在地表留下的痕迹，是地球上最深的区域之一，其一直是地球科学研究的热点。但是前人对海沟深渊地形的形成机制及地质控制因素研究较少。近年来随着海底高精度地形测量技术及地震探测技术的发展，越来越多的地球物理数据可以支持我们对海沟深度的变化规律及其控制因素进行系统性的分析。本论文首先借助最新的全球高精度水深数据，对全球主要海沟的深度进行取样，并结合全球沉积物厚度数据和全球洋壳年龄数据，对不同年龄俯冲洋壳的海沟进行统计分析，并总结了海沟深度随洋壳年龄变化的总体趋势。结果显示海沟深度随俯冲板片洋壳年龄的增加而增大。此外，我们将海沟深度的组成分为正常大洋深度、挠曲深度、沉积厚度和局部地形深度这几个部分，其中正常大洋深度对海沟深度贡献为73%左右。剔除正常大洋（非海沟处）的深度之后，我们进一步讨论了相对海沟深度（板片挠曲、沉积厚度和局部地形引起）与洋壳年龄之间的关系。结果表明：相对海沟深度随洋壳年龄的变化呈分段现象：50Ma之前海沟深度随洋壳年龄增大变化不大，50Ma之后海沟深度随洋壳年龄增大明显。为了研究挠曲量对海沟深度的具体影响，对全球海沟的俯冲板片进行了挠曲模拟。我们提取了291条垂直于海沟的深度剖面，在考虑沉积载荷的情况下，对每条剖面的主要挠曲参数进行了反演，包括大洋岩石圈有效弹性厚度（Te）、海沟轴部弯矩（-M0）和海沟轴部剪力（-V0）。然后探讨了各个挠曲参数之间的关系，以及Te与洋壳年龄之间的关系。结果表明大洋岩石圈有效弹性厚度与洋壳年龄呈正相关，且这种正相关也表现为分段性：在50Ma之前，Te随年龄增加，但是不追踪大洋岩石圈温度结构的等温线，且增加的梯度较大；50Ma之后，Te 的变化追踪600°C的等温线，且变化梯度逐渐变小。海沟轴部弯矩与洋壳年龄也呈正相关，而轴部剪力与洋壳年龄之间关系不明显。我们认为，有效弹性厚度（Te）、海沟轴部弯矩（-M0）和海沟轴部剪力（-V0）这三个量随年龄的变化控制了挠曲量与年龄之间的关系。另外，考虑到真实俯冲板片的挠曲变形是三维的，为了探讨二维挠曲模型反演三维地质参数时是否存在误差，我们将二维模型拓展至三维，提出了适用于俯冲-碰撞带的板片三维挠曲模型，同时首次提出了基于粒子群算法的俯冲带三维有效弹性厚度反演方法，并将其应用于马尼拉海沟北部的挠曲参数反演。同时，我们计算了二维模型与三维模型之间的差异，认为当挠曲参数沿着海沟走向缓慢变化时，二维模型与三维模型之间差异在5％以内；而当挠曲参数沿着海沟走向发生突变时，二维模型与三维模型之间差异可达40％。我们利用此关系对二维反演结果进行了矫正。最后，我们根据上述的分析提出了控制海沟深度的地质模型，并探讨了挠曲正断层、海山和海底高原等局部地形对海沟深度的影响，研究表明局部地形对海沟深度的影响较小，且影响范围有限。 |
| 源URL | [http://ir.scsio.ac.cn/handle/344004/18130]  |
| 专题 | 南海海洋研究所_学位论文（博士） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张江阳. 俯冲带挠曲变形的数值模拟研究及海沟深度控制因素分析[D]. 南海海洋研究所. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：南海海洋研究所
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