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板块真的能俯冲?

已有 2097 次阅读 2022-2-20 10:13 |系统分类:观点评述

      很多学者质疑过板块俯冲,但又拿不出实证。但“证明”能俯冲的证据,似乎很多。

     于是,这里将沉积盆地和板块俯冲做了一个对比,沉积盆地沉积沉降过程相当于“垂向俯冲”,只是俯冲方向不是斜斜的,而垂直向下的。为什么能类比呢?都有一定的作用力;都是小密度物质伸入到高密度物质中。其实从柴达木盆地和孟拉加湾剖面可以看出,盆地“俯冲”一下也无妨(图1,图2)。

孟加拉湾剖面.jpg

图1 孟加拉湾东西向剖面

柴达木盆地剖面.png

图2 柴达木盆地北东向剖面

      如图3所示为孟加拉扇与板块俯冲结构剖面图,为原图,纵横比不同。

      可以看出,沉积盆地负荷作用面积大(宽度2470公里),单位面积的作用力大,可达252MPa(按孟加拉扇平均10km深处的垂向应力),作用集中度大,单位长度作用力为622440N/km,更易“俯冲”,即向下伸入地幔,但实际却只能“俯冲”22km,如图1a。全球最深的沉积盆地是南里海盆地,其沉积地层仅深入地下25km。力学知识告诉我们,帕斯卡定律,如图4,作用面积大,作用力大,要求作用力不用太大或集中,就能向下推动,而作用面积小时,则要求作用力的集中度很大。

      而板块俯冲作用面积小(宽度110公里),作用力小,据有人推算最大作用应力50MPa,如果同样俯冲至10km深处,按16.3度的俯冲角度计算,横向需要穿行35.7km,象盾构机一样,这有些难度,在10km深处,加上自身重力,按洋壳密度为3000kg/m3计算,分配至俯冲方向的分应力只有84MPa,若加上洋脊推力50MPa,得到134MPa的动力,是盆地的一半,作用集中度小,单位长度上的推力为14740N/km,只占沉积盆地的2.3%,却能俯冲深达400-600km?力学知识告诉我们,帕斯卡定律,作用面积越小,需要的作用力,或集中度越大。而这时阻力比沉积盆地所面对的还大,作用面积还小,作用力还小,更要命的是,这个作用力目前还说不清楚,拖拽力?洋脊推力?拼凑拼凑一下,也只能整出50MPa,多的就没了(此数据来源于澳洲科廷大学李正祥团队所计算的地幔上涌力)。

      沉积盆地负荷作用力向下“俯冲”,方向很正点,应力是板块俯冲力的2倍,线作用力是板块俯冲的42倍;俯冲带的作用方向斜着,长距离穿行,难度大。多年来,学者一直质疑沉积盆地的负荷不能让盆地主动下沉,“因为有浮力”,被“均衡”了;但面对俯冲板块能以小欺大(低密度洋壳进入高密度地幔),怎么就不考虑浮力了,这不是典型的双标吗?

俯冲与沉积盆地的对比-据Curray1991-原图.jpg

图3 孟加拉湾盆地结构(a)和深部俯冲带结构(b)

图4 帕斯卡定律

      如图5所示为沉积盆地与俯冲带的应力分解。沉积盆地的负荷可以直接向下起作用。而俯冲带则按俯冲至10km深度处横向则需要走较长距离35.7km,同样按沉积盆地的算法,其自重应力在10km深处,为300MPa,但分配至俯冲角度方向16.3度后,只有84MPa,加上推力50MPa,则有135MPa。俯冲板片也同样受到浮力的影响,为何能义无反顾地向下?应力分析.jpg

图5 沉积盆地与俯冲带的应力分析

      图3b是纵横向等比例的,而图3a纵向拉伸很大,若按1比1等比例图示,则孟加拉湾沉积地层厚度(“俯冲”的深度),则薄得可怜。如图6所示:

俯冲与沉积盆地的对比-据Curray1991-等纵横比.jpg

图6 孟加拉湾盆地(a)与板块俯冲(b)纵横1:1等比例对比图

      图6a看着小,现倒过来看,如下:

俯冲与沉积盆地的对比-据Curray1991-等纵横比1.jpg

图7 孟加拉湾南北向剖面放大图

      沉积盆地如穷人家的孩子,俯冲带如富家子弟?没有对比就没有伤害,伤害性不大,侮辱性极强。表1为沉积盆地“俯冲”与板块俯冲参数对比。

      结论,俯冲有,但估计只能俯冲20多公里深,不会冲至400-600公里深。

沉积盆地俯冲与洋壳俯冲.jpg


小平

中国地质大学(北京)能源学院

2022年2月20日11:00于北京




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