加勒比大弧与小安的列斯板块新生代俯冲演化的三维数值模拟研究

本研究通过三维数值模拟（CitcomS 3.3.1）结合板块重建数据，首次完整重建了小安的列斯俯冲带演化历史，揭示了加勒比大弧（GAC）自西向东的板片撕裂机制与小安的列斯板片在上下地幔边界（MTZ）的停滞现象，阐明了俯冲后退（trench retreat）与相变（ringwoodite→bridgmanite+ferropericlase）对板片动力学的联合控制，为理解加勒比地区火山-地震活动提供了动力学依据。

　　

【研究背景】
加勒比板块如同地质拼图中的"活跃心脏"，被科科斯、纳斯卡、北美和南美板块四面夹击，其东西两侧分别存在中美洲海沟和小安的列斯海沟两个俯冲带。加勒比大弧（Great Arc of the Caribbean, GAC）的俯冲活动自白垩纪延续至始新世，而小安的列斯至今仍在吞噬大西洋岩石圈。但科学家们长期被三个谜团困扰：GAC俯冲为何突然终止？小安的列斯板片为何在660公里地幔边界"躺平"？这些过程如何影响现今的火山地震活动？

墨西哥国立自治大学等机构的研究人员通过开创性的三维数值模拟，首次完整重现了6500万年来两大俯冲系统的协同演化。研究发现GAC的板片撕裂像拉链般自西向东扩展，而小安的列斯板片因下地幔高粘度与负克拉珀龙斜率相变的双重阻挡发生水平迁移。该成果发表于《Tectonophysics》，为板块"临终行为"与地幔边界相互作用提供了教科书级案例。

【关键技术】
研究采用开源代码CitcomS 3.3.1构建三维热-力学模型，以Müller等（2019）的板块重建为运动学边界条件，整合了GAC（约135 Ma启动）和阿韦斯弧（约75 Ma启动）的既有板片。模型重点关注65 Ma至今的演化，通过温度场与粘度场耦合分析，捕捉板片在上下地幔边界（MTZ）的相变行为与动力学响应。

【研究结果】

1. 加勒比大弧板片演化：模型显示GAC板片在始新世发生自西向东的渐进式撕裂，这与该区域俯冲停止及弧火山活动熄灭完美吻合。板片撕裂被证实是板块运动学转变（转为走滑边界）的直接后果。

2. 小安的列斯板片动力学：首次可视化板片在660公里边界的"躺平"现象：下地幔粘度骤增100倍，叠加ringwoodite→bridgmanite+ferropericlase相变的负克拉珀龙斜率（-1.2 MPa/K），形成双重屏障。板片水平迁移达1100公里，与Chen等（2024）构造重建一致。

3. 地幔流动模式：预测到楔形地幔流（corner flow）与平行海沟的板底流（sub-slab flow），完美解释该区域地震各向异性观测数据。

【结论与意义】
这项研究建立了加勒比俯冲系统的"生命全周期"模型：GAC通过板片撕裂实现"优雅退场"，而小安的列斯板片则在相变边界上演"水平芭蕾"。发现俯冲后退（trench retreat）与相变耦合可导致板片扁平化，修正了Braszus等（2021）的垂直俯冲假说。模型为解读板片撕裂传播、地幔过渡带（MTZ）"交通堵塞"等全球性问题提供了新范式，其预测的流动模式更成为解释岛弧火山不对称性的关键钥匙。