俯冲带中热—流体—熔体活动及上覆岩石圈响应：数值模拟

发布时间：2022-02-22 00:27

　　研究俯冲隧道过程对理解地壳与地幔中物质和能量的交换至关重要.地壳物质在俯冲隧道中经历复杂流体、熔体及变质作用,部分物质从>1OOkm的深度处折返至地表,形成自然界中出露的高压-超高压变质岩带.动力学数值模拟是定量化研究该俯冲隧道过程的重要手段,本文采用了新的包含流体-熔体活动的数值模型,对俯冲隧道的精细过程进行模拟研究.研究结果表明,俯冲隧道中混杂岩既可近垂直向上穿过地幔楔侵入上覆地壳中,亦可近平行于俯冲隧道斜向上折返.系统的岩石-热-力学数值模型结果表明,俯冲带温度结构控制俯冲隧道中流体-熔体活动,弱化地幔楔,混合地壳和地幔岩石,促进部分熔融,强烈影响俯冲隧道中物质运移及折返模式.厚的上覆大陆板块和年轻俯冲大洋板块的低角度俯冲共同导致冷的俯冲隧道,上覆地幔楔被弱化程度小,致使高压-超高压岩石沿俯冲隧道折返到地壳深度.相反,薄的上覆大陆板块和古老俯冲大洋板块的陡俯冲导致较热的俯冲隧道,引起强烈水化和交代作用,导致上覆地幔楔发生熔融和弱化,引起熔融物质以底辟形式穿越地幔楔折返至地壳深度.此外,板块会聚速率能够控制俯冲隧道中流体-熔体活动和岩石的热-流变性质,进而影响熔融物质的折返模... 

【文章来源】：中国地质科学院北京市

【文章页数】：112 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 前言
    1.1 研究背景和现状
        1.1.1 俯冲带流体熔体活动
        1.1.2 俯冲带温度结构对物质运移影响
        1.1.3 俯冲带中上覆大陆岩石圈响应
    1.2 选题依据与存在问题
    1.3 研究方法与内容
        1.3.1 研究方法
        1.3.2 研究内容
第二章 数值模拟计算方法
    2.1 控制方程
        2.1.1 二维斯托克斯方程
        2.1.2 物质守恒方程
        2.1.3 热量守恒方程
    2.2 粘-塑性流变学性质
        2.2.1 粘性形变
        2.2.2 塑性形变
        2.2.3 Peierls形变
        2.2.4 形变机制的整合
    2.3 脱水-水化作用及水的迁移
        2.3.1 自由水
        2.3.2 矿物水
    2.4 部分熔融及熔体析出
        2.4.1 岩石部分熔融
        2.4.2 熔体析出和侵位
    2.5 算法结构
第三章 流体熔体活动对物质折返模式的影响:来自俯冲带热结构约束
    3.1 初始模型设计
    3.2 主要动力学参数探讨
        3.2.1 参考模型
        3.2.2 不同上覆大陆岩石圈厚度
        3.2.3 不同俯冲大洋岩石圈年龄
        3.2.4 不同俯冲大陆岩石圈厚度
        3.2.5 不同会聚速率
    3.3 讨论及地质对比
        3.3.1 俯冲隧道物质折返模式探讨
        3.3.2 不同折返模式机制
        3.3.3 与前人研究结果对比
        3.3.4 地质对比
    3.4 结论
第四章 克拉通岩石圈减薄与破坏的动力学机制
    4.1 克拉通岩石圈地质背景
        4.1.1 华北克拉通
        4.1.2 其它克拉通
    4.2 华北克拉通岩石圈破坏的两种主要动力学模式
        4.2.1 “自下而上”——大地幔楔扰动侵蚀模型
            4.2.1.1 大地幔楔热对流侵蚀模型
            4.2.1.2 地幔转换带物质上涌脱水侵蚀模型
        4.2.2 “自上而下”——板片平俯冲脱水侵蚀模型
            4.2.2.1 数值算法及初始模型设计
            4.2.2.2 代表性数值模型结果
    4.3. 克拉通岩石圈减薄与破坏的其他动力学模型
        4.3.1 拉张减薄模型
        4.3.2 挤压增厚拆沉模型
        4.3.3 大尺度地幔对流侵蚀模型
        4.3.4 地幔柱侵蚀模型
    4.4 讨论及结论
        4.4.1 两种大洋板块俯冲相关模型对比及对华北克拉通破坏的启示
        4.4.2 板块俯冲带的含水量及流体活动
            4.4.2.1 含水矿物相变及俯冲带水的迁移
            4.4.2.2 地幔转换带的含水量及水的迁移
        4.4.3 其它模型在华北克拉通岩石圈减薄中的局限性
        4.4.4 结论
第五章 结论及未来研究
    5.1 主要结论
    5.2 存在的问题及未来研究
        5.2.1 俯冲带流体熔体活动对平板俯冲的影响
        5.2.2 大陆岩石圈中部不连续面对岩石圈稳定性的影响
致谢
参考文献
作者简介及研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]华北中生代镁铁质岩浆作用与克拉通减薄和破坏[J]. 郑永飞,徐峥,赵子福,戴立群.  中国科学:地球科学. 2018(04)
[2]Layering of subcontinental lithospheric mantle[J]. Ling Chen.  Science Bulletin. 2017(14)
[3]中国东部中新生代反转构造及其记录的大洋板块俯冲过程[J]. 索艳慧,李三忠,曹现志,李玺瑶,刘鑫,曹花花.  地学前缘. 2017(04)
[4]大陆不稳定俯冲的动力学研究[J]. 皇甫鹏鹏,王岳军,范蔚茗,李忠海,周永智.  中国科学:地球科学. 2017(02)
[5]榴辉岩下地壳拆沉的数值模拟[J]. 程华冬,黄金水.  中国科学:地球科学. 2017(01)
[6]Continental versus oceanic subduction zones[J]. Yong-Fei Zheng,Yi-Xiang Chen.  National Science Review. 2016(04)
[7]三维板块几何形态对大陆深俯冲动力学的制约[J]. 李忠海,石耀霖.  地球物理学报. 2016(08)
[8]大洋平板俯冲的数值模拟再现:洋–陆汇聚速率影响[J]. 皇甫鹏鹏,王岳军,范蔚茗,李忠海,王喻鸣,周永智.  大地构造与成矿学. 2016(03)
[9]克拉通岩石圈对流减薄的数值模拟[J]. 程华冬,黄金水,傅容珊.  地球物理学报. 2016(04)
[10]俯冲带中的水迁移[J]. 郑永飞,陈仁旭,徐峥,张少兵.  中国科学:地球科学. 2016(03)

博士论文
[1]大洋俯冲和大陆碰撞模式的数值模拟研究[D]. 皇甫鹏鹏.中国科学院研究生院(广州地球化学研究所) 2016



本文编号：3638323