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摘 要： 摘要 俯沖帶是地球上構(gòu)造活動(dòng)最復(fù)雜、最強(qiáng)烈的區(qū)域，也是地球物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)俯沖帶的深入研究有助于加深我們對(duì)地球系統(tǒng)科學(xué)的認(rèn)識(shí)。通過(guò)系統(tǒng)地梳理分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，大洋巖石圈通過(guò)在匯聚板塊邊界的俯沖將大量水帶入到地幔中，并對(duì)俯沖帶地震的發(fā)生
摘要 俯沖帶是地球上構(gòu)造活動(dòng)最復(fù)雜、最強(qiáng)烈的區(qū)域，也是地球物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)俯沖帶的深入研究有助于加深我們對(duì)地球系統(tǒng)科學(xué)的認(rèn)識(shí)。通過(guò)系統(tǒng)地梳理分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，大洋巖石圈通過(guò)在匯聚板塊邊界的俯沖將大量水帶入到地幔中，并對(duì)俯沖帶地震的發(fā)生、地幔的熔融、巖漿的產(chǎn)生、陸殼的形成乃至礦產(chǎn)資源富集都起到了重要的控制作用。弧前隆起區(qū)的巖石圈地幔在順斷層滲透的深海水作用下發(fā)生強(qiáng)烈水化作用并形成水化地幔,是水富集在巖石圈的主要方式之一。隨著俯沖板片深度的增加，在一定的溫壓條件下，水化地幔(即蛇紋巖)發(fā)生脫水相變，引發(fā)俯沖帶中源地震。脫出的水則由于運(yùn)移的差異，既可以產(chǎn)生板內(nèi)的水壓致裂，也會(huì)影響俯沖界面的耦合，進(jìn)而導(dǎo)致慢滑移地震區(qū)的形成。由此可見(jiàn)，俯沖帶地區(qū)深海−巖石圈流體交換及其在深部的效應(yīng)是一個(gè)包含化學(xué)反應(yīng)−溫度−流體流動(dòng)−應(yīng)力變形/破壞的多物理場(chǎng)耦合的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。然而，目前的相關(guān)研究工作主要側(cè)重于對(duì)其中某個(gè)因素、現(xiàn)象或者某個(gè)特定條件下具體過(guò)程的探索性觀測(cè)分析研究。因此，我們需要從地球系統(tǒng)科學(xué)的角度出發(fā)，將流體運(yùn)移、化學(xué)反應(yīng)與傳統(tǒng)的固體地球研究相結(jié)合，著眼于多學(xué)科交叉的多場(chǎng)耦合動(dòng)力學(xué)綜合研究，對(duì)俯沖帶地區(qū)深海 −巖石圈流體交換及其效應(yīng)的進(jìn)行多時(shí)空尺度定量化表征和分析。
關(guān)鍵詞 俯沖帶;流體交換;相變反應(yīng);流體運(yùn)移;多場(chǎng)耦合動(dòng)力學(xué)
0 引言
作為威爾遜旋回的衰退階段，大洋板塊沿匯聚板塊邊界俯沖到大陸板塊之下是形成俯沖帶的重要地質(zhì)過(guò)程之一。俯沖帶是洋殼和地幔巖石圈重新回到地幔并與地幔重新平衡的地方，它不僅是地球上最大的物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，也主導(dǎo)著地球內(nèi)部的構(gòu)造模式，構(gòu)成了規(guī)模巨大且極其復(fù)雜的地球內(nèi)部系統(tǒng)[1]。俯沖帶不僅經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的演化過(guò)程，形成了現(xiàn)今復(fù)雜的大地構(gòu)造格局，同時(shí)也是自然災(zāi)害(地震、海嘯、海底滑坡等)孕育主要場(chǎng)所，目前地球上最大和最活躍的這些自然災(zāi)害鏈都受到俯沖作用的控制和影響[1-5]。對(duì)俯沖帶的演化及其現(xiàn)今的構(gòu)造活動(dòng)的研究不僅可以加深我們對(duì)地球系統(tǒng)科學(xué)的認(rèn)識(shí)，還可以提高對(duì)匯聚板塊邊界大型自然災(zāi)害(如地震)的預(yù)警能力，降低沿海人口稠密的經(jīng)濟(jì)區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)，因此一直是地學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。
基于目前研究結(jié)果，俯沖系統(tǒng)可概括為一個(gè)溫度-流體流動(dòng)-應(yīng)力變形/破壞-化學(xué)反應(yīng)的多物理場(chǎng)耦合的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)(Thermo-，hydro-，mechanical-，chemicalreactionand their couplings，THMC)。除了俯沖過(guò)程中強(qiáng)烈的應(yīng)力變形/破壞作用，越來(lái)越多的研究者認(rèn)為俯沖板片中的水在巖漿的產(chǎn)生、地震的孕育、礦產(chǎn)資源乃至陸殼的形成中都起到了關(guān)鍵的控制作用[6-10]。大洋巖石圈通過(guò)俯沖作用將揮發(fā)物，特別是大量的水?dāng)y帶到地幔中[6, 11-13]。板塊俯沖過(guò)程中與水有關(guān)的地質(zhì)過(guò)程可分為三類：(1)水在大洋巖石圈中的儲(chǔ)存;(2)含水板塊的俯沖;(3)板塊脫水導(dǎo)致大陸地幔水化[6]。隨大洋板塊進(jìn)入俯沖帶的水一般存在于：(1)大洋沉積覆蓋層[14];(2)蝕變玄武巖與輕微水化的鎂鐵質(zhì)地殼[15];(3)強(qiáng)烈水化的蛇紋巖地幔[12, 16-18]中。通常認(rèn)為，沉積物中的水在 3~5 km 深度的埋藏壓實(shí)作用下已基本排出[19-22]。因此，對(duì)俯沖帶深部產(chǎn)生影響的水一般以分子水或者結(jié)構(gòu)水的形式儲(chǔ)存在巖石或礦物中[7, 23]，它們隨著俯沖過(guò)程中礦物的相變被釋放出來(lái)，沿多孔介質(zhì)或斷層裂隙向上運(yùn)移，最終導(dǎo)致包括俯沖板片物理性質(zhì)差異、俯沖帶地震活動(dòng)、俯沖帶熱演化以及大陸地幔物質(zhì)分異等一系列多物理場(chǎng)(THMC)耦合變化。在這個(gè)過(guò)程中，由于蛇紋巖較高的含水量(>13 wt%)[24, 25]，蛇紋巖相變脫水被認(rèn)為是俯沖帶水的主要來(lái)源[17, 18]。
近年來(lái)，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始認(rèn)識(shí)到，對(duì)進(jìn)入地幔的俯沖板片的水化程度及隨后的礦物相變脫水進(jìn)行示蹤，是整個(gè)俯沖帶研究的核心內(nèi)容之一，這對(duì)于分析地球歷史中的俯沖過(guò)程以及俯沖地震事件的震源機(jī)制具有重要意義。為此，本文旨在從俯沖板塊的主要水化機(jī)制、俯沖過(guò)程中蛇紋巖的相變脫水以及流體在板塊內(nèi)運(yùn)移產(chǎn)生的效應(yīng)三個(gè)方面進(jìn)行梳理，總結(jié)歸納了俯沖過(guò)程中流體運(yùn)移及其效應(yīng)，希望能夠?yàn)楹罄m(xù)的相關(guān)研究提供有益的參考。
1 俯沖帶前緣深海-大洋巖石圈流體交換
目前的研究認(rèn)為，大洋巖石圈的水化作用可以發(fā)生在板塊的形成、運(yùn)動(dòng)以及俯沖過(guò)程中[6]，主要有以下四種方式：(1)當(dāng)新的大洋板塊在洋中脊形成時(shí)，由于巖漿活動(dòng)和洋殼的廣泛破裂，導(dǎo)致了強(qiáng)烈的熱液系統(tǒng)，這會(huì)在大洋巖石圈的淺部形成含水礦物[26-28];(2)洋中脊附近的轉(zhuǎn)換斷層的頻繁活動(dòng)也會(huì)促使海水沿著斷層進(jìn)入洋殼，并在斷層上形成水合礦物[29, 30];(3)在熱點(diǎn)與火山脊區(qū)域，上升的含水量較大的地幔柱和超級(jí)地幔柱會(huì)導(dǎo)致巖石圈中深部的水化作用[27, 31];(4)俯沖帶前緣隆起區(qū)的深海-大洋巖石圈的流體交換作用。其中，最受關(guān)注的是俯沖帶前緣隆起區(qū)的流體交換-水化作用。海底測(cè)深和地震反射剖面的結(jié)果顯示，在海溝前緣的大洋板塊上發(fā)育有大量的平行海溝的正斷層[32](圖 1a，b)，并且隨著大洋板塊接近海溝，正斷層的數(shù)量隨之增加[33, 34]。這被解釋為當(dāng)大洋巖石圈開(kāi)始向大陸巖石圈下方俯沖時(shí)，在大洋巖石圈自身的重力以及和大陸巖石圈之間的強(qiáng)烈擠壓應(yīng)力的作用下，大洋巖石圈在下沉俯沖進(jìn)入海溝前會(huì)首先發(fā)生彎曲變形。這種彎曲變形產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致大洋巖石圈的上部發(fā)生脆性伸展并形成地殼尺度的正斷層[32, 35, 36]。海水將沿著這些正斷層進(jìn)入大洋巖石圈，然后在斷層上形成含水礦物，甚至沿著斷層迅速滲透到大洋巖石圈地幔，使地幔寄主巖石(橄欖巖)發(fā)生蛇紋石化作用并形成水化地幔[32, 34, 37-39]，并且改變大洋巖石圈的流變學(xué)性質(zhì)[18, 40]。近年來(lái)，在弧前隆起區(qū)，地震反射剖面中揭示的正斷層結(jié)構(gòu)(解釋為由于破碎/蝕變的和完整的/干大洋巖石圈之間的聲阻抗差異導(dǎo)致)(圖 1c 中的黑色箭頭)[33]、隨著板塊接近海溝而降低的地震波波速(圖 1d)(低 Vp，高 Vp/Vs)[6, 41-44]以及主動(dòng)源電磁探測(cè)發(fā)現(xiàn)的低電阻率水化通道[45-47](圖 1e)均證實(shí)了這一觀點(diǎn)。Faccenda[6]統(tǒng)計(jì)了前人觀測(cè)到的全球海溝前緣低地震波速異常后，認(rèn)為這種大洋巖石圈的水化現(xiàn)象在俯沖帶十分常見(jiàn)，尤其在中美洲、南美以及西太平洋地區(qū)普遍發(fā)育。值得注意的是，洋中脊或者海底熱點(diǎn)火山鏈的俯沖以及海溝的彎曲都會(huì)導(dǎo)致海溝前緣隆起區(qū)的斷層不再平行于海溝，而與海溝成大角度相交，這將導(dǎo)致斷層通道發(fā)生差異性變化進(jìn)而改變板塊的水化程度[48, 49]。
數(shù)值模擬的結(jié)果表明，與板塊彎曲有關(guān)的水化通量是俯沖帶的水的主要來(lái)源，所有其他的來(lái)源(沉積物、孔隙流體、大洋中脊的洋殼蝕變)與之相比都相形見(jiàn)絀[34, 50]。當(dāng)然，模擬結(jié)果還表明大洋板塊在海溝前緣隆起區(qū)的水化程度還受到不同的大洋板塊年齡、大洋沉積物的厚度、俯沖速度、界面耦合的程度(俯沖角度)以及隆起程度導(dǎo)致的板塊張力大小的影響[50]。
2 水化地幔的相變脫水效應(yīng)
隨著水化板塊的繼續(xù)俯沖，溫度與壓力狀態(tài)也隨之增加，這激活了相關(guān)礦物的一系列化學(xué)反應(yīng)，使得水化板塊中的礦物開(kāi)始發(fā)生相變脫水。由于涉及的礦物眾多，使得板塊脫水的機(jī)理十分復(fù)雜[7, 51]。Faccenda[6]對(duì)含水礦物的化學(xué)進(jìn)行了詳細(xì)的整理，Zheng[7]也已經(jīng)做過(guò)有關(guān)不同礦物相變脫水以及板片熔融的詳細(xì)綜述，這里就不再贅述。由于地幔橄欖巖的蛇紋石化(水化作用)極大的改變了俯沖板塊的水儲(chǔ)量，而這些水隨著俯沖作用被帶入了俯沖帶更深的位置[52]，因此本文只關(guān)注弧前隆起區(qū)形成的蛇紋巖(即水化地幔)在俯沖帶深部的溫度壓力條件下發(fā)生相變脫水到產(chǎn)生的一系列效應(yīng)。目前的研究認(rèn)為，蛇紋巖脫水控制著俯沖板塊局部流變學(xué)的變化以及俯沖帶中深部地震的孕育[24, 52-54]。
當(dāng)俯沖帶深度超過(guò)島弧莫霍面的深度(約 40 km)時(shí)，俯沖板塊完全接觸大陸巖石圈地幔，此時(shí)的溫壓條件會(huì)使局部的蛇紋巖發(fā)生脫水并相變?yōu)殚蠙鞄r[55, 56](圖 2)。一般認(rèn)為，壓力和溫度的增加有利于韌性變形而不是脆性破壞，因此由突然的脆性剪切破壞產(chǎn)生的地震應(yīng)該被抑制[57, 58]。然而，貝尼奧夫帶的發(fā)現(xiàn)證明，在更高的溫度和壓力下，俯沖板塊也會(huì)發(fā)生局部脆性破壞。大量的蛇紋石粉末樣品和蛇紋巖樣品(含利蛇紋石、葉蛇紋石、溫石棉及磁鐵礦和水鎂石等副礦物)的高溫高壓實(shí)驗(yàn)表明，盡管纖/利蛇紋石的韌性隨著圍壓的增加而增加，但由于溫度升高引起的蛇紋石脫水相變(利蛇紋石向葉蛇紋石的轉(zhuǎn)變)使其韌性反轉(zhuǎn)為脆性，甚至使得葉蛇紋石完全進(jìn)入脆性區(qū)域，這被稱為“脫水脆化”[52, 53, 59-62]。蛇紋石脫水相變改變了俯沖板塊局部的流變學(xué)特征，進(jìn)而可能改變了高溫高壓條件下俯沖帶物質(zhì)的變形特征及應(yīng)力-應(yīng)變行為關(guān)系，乃至于俯沖板塊內(nèi)部斷層多場(chǎng)耦合摩擦動(dòng)力學(xué)行為[24, 63](圖 3)。
不僅如此，脫水過(guò)程可能伴隨著巖石體積變化。如果發(fā)生在相對(duì)低溫而堅(jiān)硬的巖石中，即在低滲透率下，可能導(dǎo)致因反應(yīng)誘導(dǎo)的脆化和水力壓裂[64, 65]。通過(guò)蛇紋巖的脫水和摩擦實(shí)驗(yàn)，Proctor 和 Hirth[66]發(fā)現(xiàn)巖石的弱化速率強(qiáng)烈依賴于孔隙流體壓力，這說(shuō)明脫水過(guò)程可能伴隨著體積應(yīng)變，進(jìn)而可能導(dǎo)致水力壓裂的效果[67]。高孔隙壓力可能會(huì)降低摩擦斷層的強(qiáng)度，從而觸發(fā)中等深度地震[68]。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，流體產(chǎn)生的孔隙壓力可以導(dǎo)致周圍的基質(zhì)礦物發(fā)生水力壓裂，并沿著基質(zhì)晶界產(chǎn)生裂縫并發(fā)生擴(kuò)展[69]。因此，對(duì)蛇紋巖相變脫水的研究可以幫助我們提高對(duì)俯沖帶地震震源機(jī)制的認(rèn)識(shí)。
3 流體在俯沖帶內(nèi)的運(yùn)移效應(yīng)
相變產(chǎn)生的流體在俯沖板塊內(nèi)并不是固定不動(dòng)的，相反，由于流體的黏度較低，如果存在壓力、溫度或體積化學(xué)梯度的條件下，流體會(huì)很容易在板內(nèi)孔隙/裂隙內(nèi)運(yùn)移(圖 4);而且在流體運(yùn)移過(guò)程中，總是伴隨著一系列的物理化學(xué)反應(yīng)。高溫高壓條件下流體運(yùn)移的相關(guān)研究表明，脫出的流體可通過(guò)因高孔隙壓力導(dǎo)致滲透率增大的孔隙網(wǎng)絡(luò)滲流，也可聚集在滲透率較高的通道中(如局部流體超壓、構(gòu)造過(guò)程以及水化引起的局部應(yīng)力集中產(chǎn)生的裂隙)[9, 66, 67, 70-73](圖 3);而板塊內(nèi)部斷層系統(tǒng)的較小晶粒尺寸與圍巖產(chǎn)生的差異可能會(huì)導(dǎo)致水在高溫高壓條件下沿板內(nèi)斷層富集，進(jìn)而導(dǎo)致含水?dāng)鄬拥脑倩罨约澳骋粩鄬釉趹?yīng)力作用下錯(cuò)動(dòng)后，斷層之間的應(yīng)力傳遞[74](圖 5)。
除了流體生成運(yùn)移過(guò)程中產(chǎn)生的水力壓裂以及流體運(yùn)移前端的局部強(qiáng)度降低、應(yīng)力傳遞等一系列影響俯沖帶動(dòng)力學(xué)行為的事件外，在流體的運(yùn)移過(guò)程中，也總是伴隨著溶解與沉淀等化學(xué)反應(yīng)。伴隨流體流動(dòng)的礦物溶解/沉淀反應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)區(qū)孔隙及滲透率的變化，甚至形成反應(yīng)性通道的形成進(jìn)而影響周圍區(qū)域的流體運(yùn)移、化學(xué)反應(yīng)和熱反應(yīng)[76, 77]。由于大部分化學(xué)反應(yīng)的相關(guān)證據(jù)都可保留在高壓變質(zhì)巖中，Wassmann 和 Stöckher[78]對(duì)高壓變質(zhì)巖中溶解沉淀蠕變(Dissolution precipitation creep，DPC)的理論、觀察和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了非常詳細(xì)的回顧并得出結(jié)論，俯沖帶中的溶解/沉淀反應(yīng)會(huì)制約板塊邊界的條件、板塊的流變性和流體的流動(dòng)方式。它不僅會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)張性裂縫，促進(jìn)流體流動(dòng)，而且還會(huì)導(dǎo)致裂縫愈合或封閉。
除了上述的板內(nèi)流體運(yùn)移效應(yīng)之外，在板塊耦合界面孕震帶的下傾方向觀測(cè)到的一系列伴隨小地震或震動(dòng)的幕式震顫和慢滑移現(xiàn)象(Episodic tremor and accompanying slow slip，ETS)也被認(rèn)為與蛇紋巖脫出的流體發(fā)生的運(yùn)移相關(guān)。目前通過(guò)地震反演、電阻率測(cè)試等觀測(cè)手段，研究者們普遍認(rèn)為孔隙壓力的增加導(dǎo)致該地區(qū)應(yīng)變強(qiáng)度的衰減，從而改變了脆性破裂和界面上的滑動(dòng)摩擦機(jī)制[9, 79, 80]。而臨近地幔楔的高溫環(huán)境中蛇紋石變質(zhì)脫水反應(yīng)釋放的流體被認(rèn)為是該地區(qū)高孔隙流體壓力的主要來(lái)源[80, 81]。通過(guò)數(shù)值模擬，Gao 和 Wang[8]還提出從地幔楔運(yùn)移上來(lái)的流體中的 SiO2會(huì)在該地區(qū)發(fā)生沉淀進(jìn)而降低俯沖界面的摩擦強(qiáng)度，產(chǎn)生連續(xù)蠕變和慢滑移現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，板內(nèi)流體的運(yùn)移是一個(gè)涉及多物理場(chǎng)變化的復(fù)雜過(guò)程。
4 結(jié)論與展望
4.1 俯沖帶前緣隆起區(qū)流體交換
目前地球物理觀測(cè)與數(shù)值模擬均證明了在俯沖帶前緣隆起區(qū)會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的流體交換并可形成蛇紋石地幔(水化地幔)，這些進(jìn)入板塊的流體對(duì)于我們深刻理解俯沖帶具有重要的意義。但目前的研究尚存在一些不足：由于地球物理數(shù)據(jù)集的不確定性，因此在弧前隆起區(qū)下方的巖石圈地幔，不同學(xué)者對(duì)于蛇紋石化的程度估計(jì)差異很大。Cai[42]根據(jù)海底寬帶地震數(shù)據(jù)的瑞利波得到的上地幔地震圖像估算了上地幔蛇紋石化的延伸范圍并得出結(jié)論，對(duì)現(xiàn)有全球深度超過(guò) 100 km 的水通量的估算應(yīng)增加三倍。此外，大量的正斷層作為流體的運(yùn)移通道，是否存在流體沿?cái)鄬由舷卵h(huán)，將深部地幔的熱量傳遞到深海并形成海底熱液?這就需要將現(xiàn)有的觀測(cè)手段(如主動(dòng)源地磁探測(cè)、地震探測(cè))的結(jié)果作為約束，發(fā)展更加可靠的多場(chǎng)耦合的數(shù)值模擬技術(shù)，進(jìn)而更詳細(xì)地定量化研究流體交換以及地幔水化的構(gòu)造過(guò)程。
4.2 水化地幔的相變脫水
越來(lái)越多的研究表明蛇紋巖對(duì)于俯沖帶動(dòng)力學(xué)過(guò)程具有重要意義[82]。蛇紋巖相變脫水不僅會(huì)導(dǎo)致俯沖帶深部板塊的流變學(xué)發(fā)生變化，同時(shí)會(huì)形成大量的水，使得板塊內(nèi)部的孔隙壓力提高。目前，關(guān)于俯沖帶中發(fā)現(xiàn)的中深部地震的成因機(jī)制尚存在爭(zhēng)議。通過(guò)對(duì)蛇紋石脫水的實(shí)驗(yàn)觀察 Jung 等[65]提出蛇紋石的脫水脆化以及在差應(yīng)力作用下的變形破壞是中深部地震成核的可靠機(jī)制，而 Proctor 和 Hirth[66]認(rèn)為弱化速率強(qiáng)烈依賴于孔隙流體壓力，高孔隙壓力可能通過(guò)降低斷層上的摩擦強(qiáng)度而有助于觸發(fā)中深度地震[68]。此外，Barcheck 等[12]統(tǒng)計(jì)了全球 56 個(gè)俯沖帶中深度(75~240 km)的地震活躍率并與 vK11 模型計(jì)算出的板塊脫水通量進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果顯示二者之間并沒(méi)有很強(qiáng)的相關(guān)性[63]，這表明觀測(cè)到的地震位置可能與脫水反應(yīng)的實(shí)際位置并不相符。因此，未來(lái)結(jié)合地震觀測(cè)結(jié)果和相變多場(chǎng)耦合數(shù)值模擬或許可幫助對(duì)地震機(jī)制提出更加合理的解釋。
4.3 流體在俯沖板塊內(nèi)的運(yùn)移
水在巖石中的遷移是一個(gè)反應(yīng)性傳輸過(guò)程，且是高度非線性的。一方面，水的加入會(huì)驅(qū)動(dòng)巖石中的相變或其他化學(xué)反應(yīng)，引起巖石物理性質(zhì)的重大變化，包括密度及流變學(xué)性質(zhì)以及孔隙度和滲透率等;另一方面，這些變化會(huì)反過(guò)來(lái)影響水的遷移過(guò)程。從目前的研究來(lái)看，流體運(yùn)移過(guò)程還與地震和慢滑移的形成機(jī)制有著密切的關(guān)系。然而，目前有關(guān)流體運(yùn)移的許多基于觀測(cè)或?qū)嶒?yàn)室高壓實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，由于實(shí)際條件的局限性，都是從最終結(jié)果中推斷出來(lái)的而非直接觀測(cè)結(jié)果，具體過(guò)程或許可通過(guò)數(shù)值模擬來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證。但是目前的數(shù)值模擬則通常采用簡(jiǎn)化的孔隙彈性模型，這些模型沒(méi)有考慮流體流動(dòng)與礦物變質(zhì)、地殼變形等構(gòu)造過(guò)程的耦合關(guān)系。目前常用的方法是比較某些極端條件下的變形情況，例如“尚未排出”狀態(tài)和“完全排出”狀態(tài)[71, 83]，因而不能很好地反應(yīng)實(shí)際的情況。此外，與脫水產(chǎn)生的流體相關(guān)的流動(dòng)路徑?jīng)]有得到很好的約束，定量化評(píng)估孔隙/壓力/應(yīng)力的時(shí)空變化還需要考慮控制流體運(yùn)移的 THMC 多場(chǎng)耦合條件下巖石內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的變化。這需要一個(gè)新的數(shù)值模型，以便在不同的觀測(cè)結(jié)果之間建立聯(lián)系。
總之，目前對(duì)俯沖板塊的水化、脫水和流體運(yùn)移過(guò)程的有了一定的了解，但是受到多種不確定性因素的影響，例如水對(duì)巖石物性的影響，地球物理勘探分辨率和非唯一解釋的影響，物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬技術(shù)手段局限的影響等。考慮到目前地球物理勘探手段及數(shù)據(jù)質(zhì)量的快速提高，今后有必要將實(shí)驗(yàn)室和數(shù)值模擬與直接測(cè)量的流體流動(dòng)(物理化學(xué)過(guò)程)和孔隙流體壓力資料、地震和電磁技術(shù)的高分辨率成像、大地測(cè)量和地質(zhì)野外記錄等資料相結(jié)合，綜合利用來(lái)之不易的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建穩(wěn)定高效的數(shù)值模擬方法和俯沖帶不同尺度多場(chǎng)耦合地質(zhì)計(jì)算模型，利用超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)相關(guān)不確定因素進(jìn)行敏感性定量化模擬分析與驗(yàn)證，進(jìn)而探明俯沖帶地區(qū)深海-巖石圈流體交換及其多場(chǎng)耦合效應(yīng)，以便更好地認(rèn)識(shí)和理解俯沖帶動(dòng)力學(xué)行為。——論文作者：邢會(huì)林 1,2,3, 王建超 1,3,,逄碩 1,2,3,王瑞澤 1,3,劉冬豫 1,3,馬子涵 1,3,張愉玲 1,3,譚玉陽(yáng) 1,2,3
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