克拉通岩石圈对流减薄的数值模拟

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y、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(△ρtc).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0.0073γ0.70x0.26.将数值结果应用于地球,意味着增厚到300 km的岩石圈,如宽度为300 km,对流移除增厚部分回到初始平衡厚度120 km大约需要225 Ma;如宽度为1500 km,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0.0057ηc0.52△ρtc-0.21γ0.78ηc-0.36x0.04.因而,对300 km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1500 km,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120 km大约需要1.18 Ga.(3)当B和ηc增大到一定量时(如B≥0.2且ηc＞10),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(＞3 Ga)保持稳定.

关键词：克拉通岩石圈、岩石圈减薄、岩石圈减薄移除时间

所属期刊栏目：59

分类号：P315(大地（岩石界）物理学（固体地球物理学）)

资助基金：国家自然科学基金项目41474082,91014005资助.

在线出版日期：2016-05-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：1293-1308