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地幔对流理论及其在解释地球物理观测的应用

专 业: 固体地球物理
关键词: 地幔对流 板块运动 岩石圈 热流 现今地壳运动 地幔对流理论
分类号: P31  P542.4
形 态: 共 115 页 约 75,325 个字 约 3.603 M内容
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内容摘要


随着地幔对流理论的深化、计算方法的改进以及现有观测数据的增多,我们可以更加清楚地数值模拟作为地球内部主要冷却机制和地球内部主要力源机制的地幔对流以及其对一些地球表面地球物理观测现象的作用和影响,如全球热流分布和全球岩石圈内部应力分布等。

第一章简单回顾了地幔对流理论的发展历史和研究现状。

第二章介绍了有关热对流的基础概念以及有关地幔对流的基本理论。

第三章介绍了地幔对流对全球岩石圈应力产生与分布的作用。

地幔流动在岩石圈底部形成一个应力场。

该应力场作为面力造成岩石圈本身变形,从而产生岩石圈内部的应力分布。

结果表明,大部分俯冲带及大陆碰撞带区域应力均呈现挤压特征;而东太平洋洋脊、大西洋洋脊及东非裂谷处应力状态均表现为拉张;并且绝大多数热点位置处于应力拉张区域,这与目前对全球构造应力状态的理解是一致的。

计算的岩石圈内部最大水平主压应力的方向与观测表总体上吻合得较好,然而在局部区域例如西北太平洋的俯冲带、青藏高原等地区存在着较大的差异。

研究表明,地幔对流是造成岩石圈内部大尺度应力状态及分布的一个重要因素。

第四章介绍了地幔对流对全球地表热流分布的作用。

先根据内加载理论得出地幔对流的速度场,再将所得的速度场作为输入条件解能量方程,进而得出全球地表热流分布。

结果表明,计算得到的在近地表处的温度梯度和观测到的全球热流分布有着相似的形状,在大洋中脊处的高热流也和观测符合的很好。

计算得到的温度随深度的变化也表明存在着两个热边界层:

地表和核幔边界,其他深度地幔近乎是等温的。

在地幔中,对流是主要的热传输方式,热传导仅在热边界层起着重要作用。

第五章介绍了地幔对流对中国大陆现今地壳运动的作用。

考虑了印度-欧亚板块的碰撞、重力位能的变化以及由地幔对流引起的在中国大陆岩石圈底部的剪切应力的综合作用,用动力学方法数值模拟中国大陆现今地壳的运动。

数值模拟结果和GPS观测资料吻合得很好,其结果表明:

地幔对流所产生的在中国大陆岩石圈底部的剪切力对中国大陆现今地壳运动有着相当大的作用,特别是对中国大陆的东部地区运动的影响。

第六章介绍了上地幔变粘度小尺度对流的数值模拟工作。

基于二维模型,利用有限元方法,研究上地幔-岩石圈系统的变粘度小尺度对流。

考虑该系统的粘度随温度以指数形式变化,数值计算结果表明,当粘度随温度变化比较剧烈时,由于低温高粘度,系统的最上部物质不参与对流,系统发育形成一个类似于岩石圈的静止盖层。

计算的表面热流、地形起伏及重力异常与对流格局有较高的相关性,高热流、上升地形对应于对流的上升区,反之低热流、下降地形与对流的下降区对应。

第七章简述了将要开展的研究课题-利用最小粘滞损耗原理反演地幔密度横向差异..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪言
1.1地幔对流理论的发展历史
1.2地幔对流的形态
1.3地幔对流与地表观测
1.3.1地幔对流与重力异常及大地水准面异常
1.3.2地幔对流与岩石圈内部应力场
1.3.3地幔对流与热流分布
1.4本文工作的主要内容
参考文献
第二章 地幔对流的基本理论
2.1对流的基本概念
2.2地幔对流基础
2.2.1质量方程连续性方程
2.2.2动量方程
2.2.3能量方程
2.2.4方程的无量纲化
2.2.5定解条件
2.3地幔粘度结构
2.3.1利用冰期后回跳资料计算地幔粘度结构
2.3.2利用板块运动速度计算地幔粘度结构
2.3.3利用大地水准面异常资料计算地幔粘度结构
2.3.4 利用地球自转数据研究地幔粘度结构
2.3.4利用地幔矿物实验结果研究地幔粘度结构
2.3.5地幔粘度模型的建立对解地幔对流方程组影响
参考文献
第三章 地幔对流对全球岩石圈应力产生与分布的作用
3.1引言
3.2物理模型和数值方法
3.2.1地幔流动产生的作用于岩石圈底部的应力场
3.2.2岩石圈内部平均应力场的计算
3.3结果
3.4结论与讨论
参考文献
第四章 地幔对流对全球地表热流分布的作用
4.1引言
4.2地幔温度的三维模型
4.3计算结果
4.4结论和讨论
参考文献
第五章 地幔对流对中国大陆现今地壳运动的作用
5.1引言
5.2模型和方法
5.3资料和边界条件
5.4结果与讨论
参考文献
第六章 上地幔变粘度小尺度对流的数值研究
6.1引言
6.2物理模型和数值方法
6.3结果
6.4结论与讨论
参考文献
第七章 准备开展的课题—利用最小粘滞损耗原理反演地幔密度横向差异
7.1引言
7.2基本原理和方法
参考文献
结论

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中图分类: > P31 > 天文学、地球科学 > 地球物理学 > 大地(岩石界)物理学(固体地球物理学)
其他分类: > P542.4 > 天文学、地球科学 > 地质学 > 构造地质学 > 构造运动

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