多圈层相互作用下的物质能量循环是地球科学研究的前沿热点,一个量化的动力学模型是开展多圈层相互作用分析的基础.中新生代以来,加勒比及邻区夹持在太平洋俯冲和大西洋伸展两大体系之间,经历了大规模大洋俯冲和板块边界调整、板片撕裂、巨量岩浆等构造事件,造成了海陆分布格局和动力地形起伏,改变了表层海道开启和闭合、大洋环流、风化和沉积模式,进而影响了区域盆地演化,因此是研究多圈层相互作用的理想场地.在多圈层相互作用过程中,中新生代加勒比地区有哪些关键深部过程?它们如何引起浅部效应?针对这些关键科学问题,本文首次重建了加勒比地区随时空变化的非恒定俯冲板块下沉速率模型和俯冲板块通量曲线,提供了第一阶的运动学模型,推断中生代晚期和新生代早期是区域俯冲最为剧烈、俯冲碳通量最大的时期.基于运动学模型,进一步采用动力学模拟方法计算了新生代以来俯冲过程引起的海陆分布、动力地形起伏,推断沿着太平洋板块俯冲造成的高浮力地形和东西向排列的动力地形变化是一级特征,能够很好解释区域壳幔地球物理观测.该结果从而在动力过程的角度验证了新生代以来多俯冲体系深部过程控制了本地区海陆分布、地形演化等浅部效应.基于动力学模型,本文模型同化了地表沉积层分布数据.下一步建议开展三维深部-表层碳循环模拟研究,作为定量评价区域深部过程如何影响表层演化的动力学框架,进而耦合古气候、洋流、风化和沉积等模块定量模拟盆地内油气资源富集过程,这是多圈层相互作用油气富集理论应用研究的新方向.
