PDF《二叠纪泛大陆球壳三维力学模拟及其构造意义》

②未将 泛大陆周围一圈俯冲带(泛大洋) 视为与特提斯洋 同级别的构造单元,同时也未考虑现今位于非洲的 大型核幔边界低速带( LLSWVPs,Large Low Shear wave Velocity Provinces) ( Torsvik et al., 2008;

L¨ u Ziqiang et al., 2018)以及阿拉伯板块之下地幔活动 (Saccani et al., 2013),其力学影响考虑不足. 为此,本文在前人关于地壳应力场模拟的基础 上(Dai et al., 2016),建立球壳立体模型,通过有限 元数值模拟方法研究古特提斯洋盆的俯冲对泛大陆 内部的应力作用. 首先通过二叠纪时期泛大陆的构 图1晚二叠世(260 Ma)泛大陆古板块再造图(古地磁数据源自全球古地磁数据库:GPMDB 4.6, http : / / www.ngu.no/ geodynamics/ gpmdb/ ;

非洲核幔边界低速带范围据 Torsvik et al., 2008) Fig.

1 Late Permian (260 Ma) reconstruction map of Pangaea ( paleomagnetic data based on Global paleomagnetic database: GPMDB 4.6, HTTP: / / www.ngu.no/ geodynamics/ gpmdb/ ;

Africa large low shear velocity provinces from Torsvik et al., 2008) 造格局建立地质构造格架与地质模型;

再通过对地 质模型简化,建立球壳三维几何模型,设定力学边界 条件、岩石力学参数赋值和力学加载,建立力学模 型;

力学模型确立后,将该模型输入到 ANSYS 11.

0 弹性有限元软件进行计算(张洪信和管殿柱, 2009;

赵远和李时, 2008),最终输出构造应力相关结果, 分析泛大陆内部应力应变状态及其与二叠纪时期泛 大陆构造演化的关系.

1 模型设定 本文设计了两种球壳三维模型用于模拟二叠纪 时期泛大陆演化过程中,古特提斯洋盆俯冲、关闭对 泛大陆内部产生的应力应变影响(图1). 模型

1 设 定为三维立体模型,材料属性为花岗岩,设定杨氏模 量为 2.6*106 MPa,泊松比为 0.25,密度 2.6*103 kg / m3 (洪有密,

1993 , 张咸恭, 2000);

以球体上存在 60°缺口的壳体模拟泛大陆,其周缘存在

60 MPa 的 应力模拟泛大洋对泛大陆的俯冲力(数量级参考现 今太平洋―北美板块边界挤压应力(Flesch et al., 2000));

以缺口模拟古特提斯洋,固定其左侧对应 古特提斯洋南端的被动大陆边缘(图2c,2d 中AB 边),根据前人的研究结果认为古特提斯洋盆南部 板块

50 mm/ a 的速度向北东方向推挤,换算后施加 到实际模型中相当于在其右侧加载

100 MPa 的应 力对应古特提斯洋盆向北的俯冲( 图2c,2d 中BC 边)(杨兴悦等, 2013);

在球壳下方设置空心球体 (赋予花岗岩属性,参数同上) 模拟地壳下结构,并 固定其内壁以进行模拟运算. 此外,在球壳外表面 仅加载了

10 MPa 的应力模拟垂向构造应力对泛大 陆的影响,该应力大小表示模型构造垂向的构造应 力释放的较为完整,减少垂向构造应力积累过大对 模型内部应力状态造成影响(高尚华等, 2016). 模型2在模型

1 的基础上,进一步在 AB 边左侧添加 径向向 外的力1.

2 *

1011 N ( 图2d), 以模拟非洲LLSWVPs 以及阿拉伯地幔柱对于泛大陆的影响(图3c、e 中MP).

2 模拟结果 根据俯冲模型的模拟结果显示,随着古特提斯 洋的俯冲,在泛大陆内部会出现一系列放射状裂谷,

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5 地质论评2019 年图2两种泛大陆球壳三维模型与自俯冲平面模型对比图(自俯冲模型据 Gutiérrezalonso et al.,

2008 修改) Fig.

2 Comparison of two Pangaea spherical shell 3D models and self?subduction model (modified after Gutiérrezalonso et al., 2008) (a) 泛大陆自俯冲平面模型(305 Ma);