研究俯沖隧道過程對理解地殼與地幔中物質和能量的交換至關重要.地殼物質在俯沖隧道中經歷復雜流體、熔體及變質作用,部分物質從>1OOkm的深度處折返至地表,形成自然界中出露的高壓-超高壓變質巖帶.動力學數值模擬是定量化研究該俯沖隧道過程的重要手段,本文采用了新的包含流體-熔體活動的數值模型,對俯沖隧道的精細過程進行模擬研究.研究結果表明,俯沖隧道中混雜巖既可近垂直向上穿過地幔楔侵入上覆地殼中,亦可近平行于俯沖隧道斜向上折返.系統的巖石-熱-力學數值模型結果表明,俯沖帶溫度結構控制俯沖隧道中流體-熔體活動,弱化地幔楔,混合地殼和地幔巖石,促進部分熔融,強烈影響俯沖隧道中物質運移及折返模式.厚的上覆大陸板塊和年輕俯沖大洋板塊的低角度俯沖共同導致冷的俯沖隧道,上覆地幔楔被弱化程度小,致使高壓-超高壓巖石沿俯沖隧道折返到地殼深度.相反,薄的上覆大陸板塊和古老俯沖大洋板塊的陡俯沖導致較熱的俯沖隧道,引起強烈水化和交代作用,導致上覆地幔楔發(fā)生熔融和弱化,引起熔融物質以底辟形式穿越地幔楔折返至地殼深度.此外,板塊會聚速率能夠控制俯沖隧道中流體-熔體活動和巖石的熱-流變性質,進而影響熔融物質的折返模... 

【文章來源】：中國地質科學院北京市

【文章頁數】：112 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 前言
    1.1 研究背景和現狀
        1.1.1 俯沖帶流體熔體活動
        1.1.2 俯沖帶溫度結構對物質運移影響
        1.1.3 俯沖帶中上覆大陸巖石圈響應
    1.2 選題依據與存在問題
    1.3 研究方法與內容
        1.3.1 研究方法
        1.3.2 研究內容
第二章 數值模擬計算方法
    2.1 控制方程
        2.1.1 二維斯托克斯方程
        2.1.2 物質守恒方程
        2.1.3 熱量守恒方程
    2.2 粘-塑性流變學性質
        2.2.1 粘性形變
        2.2.2 塑性形變
        2.2.3 Peierls形變
        2.2.4 形變機制的整合
    2.3 脫水-水化作用及水的遷移
        2.3.1 自由水
        2.3.2 礦物水
    2.4 部分熔融及熔體析出
        2.4.1 巖石部分熔融
        2.4.2 熔體析出和侵位
    2.5 算法結構
第三章 流體熔體活動對物質折返模式的影響:來自俯沖帶熱結構約束
    3.1 初始模型設計
    3.2 主要動力學參數探討
        3.2.1 參考模型
        3.2.2 不同上覆大陸巖石圈厚度
        3.2.3 不同俯沖大洋巖石圈年齡
        3.2.4 不同俯沖大陸巖石圈厚度
        3.2.5 不同會聚速率
    3.3 討論及地質對比
        3.3.1 俯沖隧道物質折返模式探討
        3.3.2 不同折返模式機制
        3.3.3 與前人研究結果對比
        3.3.4 地質對比
    3.4 結論
第四章 克拉通巖石圈減薄與破壞的動力學機制
    4.1 克拉通巖石圈地質背景
        4.1.1 華北克拉通
        4.1.2 其它克拉通
    4.2 華北克拉通巖石圈破壞的兩種主要動力學模式
        4.2.1 “自下而上”——大地幔楔擾動侵蝕模型
            4.2.1.1 大地幔楔熱對流侵蝕模型
            4.2.1.2 地幔轉換帶物質上涌脫水侵蝕模型
        4.2.2 “自上而下”——板片平俯沖脫水侵蝕模型
            4.2.2.1 數值算法及初始模型設計
            4.2.2.2 代表性數值模型結果
    4.3. 克拉通巖石圈減薄與破壞的其他動力學模型
        4.3.1 拉張減薄模型
        4.3.2 擠壓增厚拆沉模型
        4.3.3 大尺度地幔對流侵蝕模型
        4.3.4 地幔柱侵蝕模型
    4.4 討論及結論
        4.4.1 兩種大洋板塊俯沖相關模型對比及對華北克拉通破壞的啟示
        4.4.2 板塊俯沖帶的含水量及流體活動
            4.4.2.1 含水礦物相變及俯沖帶水的遷移
            4.4.2.2 地幔轉換帶的含水量及水的遷移
        4.4.3 其它模型在華北克拉通巖石圈減薄中的局限性
        4.4.4 結論
第五章 結論及未來研究
    5.1 主要結論
    5.2 存在的問題及未來研究
        5.2.1 俯沖帶流體熔體活動對平板俯沖的影響
        5.2.2 大陸巖石圈中部不連續(xù)面對巖石圈穩(wěn)定性的影響
致謝
參考文獻
作者簡介及研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
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[9]克拉通巖石圈對流減薄的數值模擬[J]. 程華冬,黃金水,傅容珊.  地球物理學報. 2016(04)
[10]俯沖帶中的水遷移[J]. 鄭永飛,陳仁旭,徐崢,張少兵.  中國科學:地球科學. 2016(03)

博士論文
[1]大洋俯沖和大陸碰撞模式的數值模擬研究[D]. 皇甫鵬鵬.中國科學院研究生院(廣州地球化學研究所) 2016



本文編號：3638323