岩石圈弯曲变形诱发地幔熔融能否解释胡安·费尔南德斯海岭的复活期火山作用？机制分析与数值模拟研究

本研究通过二维数值模拟揭示，尽管岩石圈弯曲（Lithospheric flexure）能引起地幔上涌（mantle upwelling）和减压熔融（decompression melting），但其产生的熔体体积（<1%）不足以解释胡安·费尔南德斯海岭（JFR）复活期火山作用（rejuvenated volcanism）的岩浆规模，强调需结合地幔柱（mantle plume）相互作用和三维岩石圈变异性模型深化研究。

　　

Highlight

地质背景（Geological setting）

胡安·费尔南德斯海岭（JFR）是一条位于东南太平洋、长约800公里的无震海岭，由一系列海山、平顶海山和海洋岛屿组成（图1）。该火山链位于纳斯卡板块（Nazca Plate）之上，该板块以约90毫米/年的速度向东偏北80°方向移动，这一运动速率在过去500万年保持稳定。JFR被一个约400公里长的间隙分隔为两个火山段。

分布式载荷下的岩石圈弯曲（Lithospheric flexure under distributed load）

我们模拟了火山生长引起的二维岩石圈变形，将其视为连续分布载荷作用下弹性板的轴对称挠曲（axisymmetric deflection），载荷形式源自亚历杭德罗-塞尔扣克岛（AS）的海深剖面（图3）。我们的公式考虑了火山建造的形态和空间范围。纳斯卡板块在径向载荷分布q(r)作用下的弯曲响应，由薄弹性板的四阶微分方程控制（Turcotte and Schubert, 2002）。

弯曲模型验证（Flexure model validation）

我们采用Bianco等（2005）提出的岩石圈弯曲模型的二维数值扩展，模拟由分布线载荷作用于连续水平弹性板引起的弯曲变形速率。为验证水平板近似合理性，我们比较了AS与RC-SC之间约180公里距离的热沉降预期（采用板块冷却模型）。对于40至70公里范围的岩石圈厚度，热沉降幅度仅为10至30米，远小于弯曲幅度（约1公里），因此水平板假设成立。

RC-SC地区岩石圈弯曲引起的地壳形成效率与熔体通量（Crustal formation efficiency and melt flux due to lithospheric flexure in RC-SC）

通过计算弯曲拱起处潜在熔岩厚度（假设地幔模型中生成的所有熔体均上升至地表并喷发），评估了弯曲模型预测与实证观测的一致性。增厚速率$h_r^i\left(r\right)$代表单位海床面积的岩浆体积通量，若熔体在径向距离r处垂直上升至地表， lava层的累积速率即为此值。

结论（Conclusions）

通过扩展Bianco等（2005）的框架，模拟弯曲诱发的地幔上涌，我们探索了JFR的RC-SC地区复活期火山作用的潜在物理机制。结果表明，围绕新建火山盾的板块弯曲引起的减压熔融不足以解释复活期火山作用，主要原因是AS的弯曲载荷体积较小。这表明需要额外与地幔柱相关的机制（如次级熔融带或岩石圈-地幔柱相互作用）来解释JFR的复活期火山作用。