Quantifying the relationship between the Earth?s convecting interior, plate motions, and earthquakes in Alaska using three-dimensional numerical simulations

使用三维数值模拟量化地球内部对流、板块运动和阿拉斯加地震之间的关系

基本信息

  • 批准号:
    1736153
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29.43万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-15 至 2022-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

It is important to understand the levels of mantle coupling that drives intraplate continental deformation, a fundamental question in geophysics, as it will aid in seismic hazard analysis for earthquakes that occur far away from plate boundaries. How mantle flow drives surface deformation and motions in oceanic lithosphere is well established and has been key in further understanding many aspects of plate tectonics, however, within intraplate continental lithosphere the quantification of this coupling remains poorly understood. Alaska provides a unique opportunity to assess the level of continental lithospheric/mantle coupling due to its thin lithosphere and surface motions that are not easily explained by relative plate motions and gravity acting on high topography. The diffuse Pacific - North America plate boundary zone in Alaska is related to the subduction of the Pacific plate and Yakutat microplate beneath the North American plate and clockwise rotation of the Bering plate to the west, and has been used as an analog for an early Tibet. Observed surface motions in Alaska, however, illustrate that it is unlike any other convergent continental plate boundary. For example, all convergence of the approximately 5 cm/yr of Pacific - North America relative plate motion is accommodated within a 500 km zone, and surface motions beyond this zone are directed southward towards the plate boundary. Because the of the long time scale over which significant intraplate earthquakes occur it is vital to understand how stress is transferred form the mantle into these regions, this study will to address that fundamental question This project will also support the research of a graduate and undergraduate student. We will perform 3-D finite element geodynamic modeling to investigate the role mantle flow in driving intraplate surface motions and deformation in Alaska. These numerical experiments will be constrained using geophysical observations and have a physically accurate model volume (geometry) for the diffuse Pacific-North American plate boundary zone in Alaska. The resolution of this 3D geometry will allow us to determine the level of coupling between the Alaskan lithosphere and convecting mantle beneath it. We will differentiate between physically viable models by comparing our various model's predicted surface velocities to the observed surface deformation field, constrained by GPS and Quaternary fault slip data, This work will seek to answer the following questions: (1) What are the driving forces of the Bering plate? (2) What are the relative contributions of lithospheric thickness, lithospheric rheology and mantle flow in driving intraplate deformation in northern and central Alaska? (3) What force(s) is/are responsible for compression and uplift of the Mackenzie Mountains?
了解驱动板内大陆变形的地幔耦合水平非常重要,这是地球物理学的一个基本问题,因为它将有助于对远离板块边界发生的地震进行地震危险性分析。 地幔流如何驱动海洋岩石圈的表面变形和运动已经得到充分证实,并且是进一步了解板块构造许多方面的关键,然而,在板内大陆岩石圈内,这种耦合的量化仍然知之甚少。阿拉斯加提供了一个独特的机会来评估大陆岩石圈/地幔耦合的水平,因为它的岩石圈很薄,并且表面运动不容易用相对板块运动和作用在高地形上的重力来解释。 阿拉斯加的太平洋-北美板块扩散边界带与太平洋板块和雅库塔特微板块俯冲到北美板块下方以及白令板块向​​西顺时针旋转有关,并被用作早期西藏的类比。然而,在阿拉斯加观测到的表面运动表明,它不同于任何其他会聚的大陆板块边界。 例如,太平洋 - 北美相对板块运动的约 5 厘米/年的所有收敛都容纳在 500 公里区域内,并且该区域之外的表面运动向南指向板块边界。由于重大板内地震发生的时间尺度很长,了解应力如何从地幔传递到这些区域至关重要,本研究将解决这个基本问题。该项目还将支持研究生和本科生的研究。 我们将进行 3D 有限元地球动力学建模,以研究地幔流在驱动阿拉斯加板内表面运动和变形中的作用。 这些数值实验将使用地球物理观测进行限制,并为阿拉斯加的扩散太平洋-北美板块边界区域提供物理上精确的模型体积(几何形状)。 这种 3D 几何结构的分辨率将使我们能够确定阿拉斯加岩石圈与其下方对流地幔之间的耦合程度。我们将通过将各种模型的预测表面速度与观测到的表面变形场(受 GPS 和第四纪断层滑动数据约束)进行比较,来区分物理上可行的模型。这项工作将寻求回答以下问题:(1)白令板块? (2) 岩石圈厚度、岩石圈流变学和地幔流在驱动阿拉斯加北部和中部板内变形方面的相对贡献是什么? (3) 哪些力造成麦更些山脉的压缩和抬升?

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
Investigating the Effect of Mantle Flow and Viscosity Structure on Surface Velocities in Alaska Using 3‐D Geodynamic Models
使用 3 维地球动力学模型研究阿拉斯加地幔流和粘性结构对表面速度的影响
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  • 通讯作者:
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