克拉通岩石圈对流减薄的数值模拟

发布时间：2017-11-30 18:37

  本文关键词：克拉通岩石圈对流减薄的数值模拟

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【摘要】：采用二维有限元数值模拟的方法研究了岩石圈的对流减薄过程,特别是克拉通岩石圈的对流减薄过程.模型的主要参数包括增厚岩石圈的宽度x、增厚倍数γ、以及与岩石圈组分变化导致的黏性和密度变化密切相关的黏性比(ηc)和浮力数(B)或等效密度变化(Δρtc).数值计算结果显示,地幔对流将逐渐减薄增厚的岩石圈部分,(1)当B=0和ηc=1时,即对一般地幔岩石圈,增厚岩石圈对流减薄的时间可表示为0.0073γ0.70 x0.26.将数值结果应用于地球,意味着增厚到300km的岩石圈,如宽度为300km,对流移除增厚部分回到初始平衡厚度120km大约需要225 Ma;如宽度为1500km,移除增厚部分大约需要342 Ma.(2)当B和ηc较小,克拉通岩石圈对流减薄过程与一般加厚岩石圈的对流减薄过程类似,但减薄时间受克拉通组分浮力和黏性比的影响而显著增长,克拉通岩石圈对流减薄的时间可表示为0.0057ηc0.52Δρ-0.21tcγ0.78ηc-0.36 x0.04.因而,对300km厚的克拉通岩石圈,如克拉通岩石圈的密度比周围地幔的密度低0.4%(即B=0.1),宽度1500km,若克拉通岩石圈黏性因组分影响比普通地幔岩石圈大10倍,其被对流减薄到120km大约需要1.18Ga.(3)当B和ηc增大到一定量时(如B≥0.2且ηc10),克拉通岩石圈被移除的过程将发生变化,由于组分浮力的影响,对流主要不是将克拉通岩石圈带到软流圈地幔中,而主要是将较厚的岩石圈物质向两边推送.在此情况下,克拉通岩石圈能长时间(3Ga)保持稳定.
【作者单位】： 中国科学技术大学地球和空间科学学院地震与地球内部物理实验室;蒙城地球物理国家野外科学观测研究站;
【基金】：国家自然科学基金项目(41474082;91014005)资助
【分类号】：P315.2;P313
【正文快照】： 1引言克拉通是大陆上相对稳定的构造单元,包括地壳和岩石圈地幔(Rudnick and Fountain,1995;Schubert et al.,2001).地质、地球物理和地球化学研究显示:克拉通有200多公里的岩石圈根,有的厚达300到400km;克拉通区域表面热流值小;岩石圈根相对较冷、含水量低,并且显示出是部分

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