地幔底部热化学异常演化及其对地幔对流格局影响的数值模拟

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1、中国科学技术大学博士学位论文地幔底部热化学异常演化及其对地幔对流格局影响的数值模拟。””——一⋯⋯～⋯“⋯⋯⋯⋯一⋯⋯～⋯、7——⋯⋯⋯～⋯一⋯⋯——⋯⋯⋯⋯⋯—“⋯一～～⋯⋯——一⋯——⋯⋯。

2、——～⋯“——’一””“—””—1l作者姓名：杨亭l学科专业：固体地球物理学导师姓名：傅容珊教授l完成时间：二O一三年四月五Et⋯IIlllllllltllllllllllllllllllllMIIIIIIIIlllllY23—5—4720UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’Sdegree。^

3、_～⋯●^●⋯^，^⋯一一一一_～⋯⋯一一p^⋯h、⋯、十⋯n●lNumericalSimulationsonthe{iEvolutionoftheThermochemicalAnomaliesintheLowermostMantleAuthor’SName：TingYangSupervisor：Prof．RongshanFu{Finishedtime：April5，2013l0⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～⋯⋯⋯一——⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯一中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不

4、包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者龇毕签字日期：星翌!岁：!!多中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。酗开口保密(——年)

5、作者签名：签字Et期：拯季剁三～厶乡．—一导师签名：签字日期：竺堡[兰』兰摘要超过一半(4)低粘度的热化学异常，其形态和位置改变速度较快。因此，下地幔底部热化学异常的高粘度可作为其长的存活时间、在过去的3亿年间位置和形态变化不大的一个解释。(I1)大陆岩石图，地幔底部热化学异常体与周围地幔相互作用的数值模拟研究在地球表层存在着占地表面积约30％的具有低化学密度，高粘度的大陆岩石圈。由于其特殊的物理化学性质，大陆岩石圈通常不直接参与下方的地幔对流，但其与地幔对流格局有着重要的相互影响。大量研究显示，在中太平洋和非洲的下地幔底部，存在着两块占核幔边界(CMB)面积约20％的高

6、密度热化学异常体。可以理解，异常体的演化既受地幔对流的影响，也受到大陆岩石圈的影响、，同时也影响地幔物质运动的格局和动力学过程。本文系统研究了存在大陆岩石圈，下地幔热化学异常体的地幔对流模型。模拟结果显示：(1)当大陆体积较小时，其边缘地幔常伴随着较强的下降流动，大陆区域下伏地幔的平均垂向速度向下，海洋区域地幔的平均垂向速度向上。大陆岩石圈在水平方向处压应力状态。随着大陆体积的增大，大陆边缘的下降流逐渐减弱，大陆区域地幔的垂向速度逐渐转为向上，海洋区域地幔平均垂向速度逐渐转为向下。大陆岩石圈水平应力逐渐转为拉张。(2)岩石圈与软流圈边界(LAB)在大陆下方较深，温度较低；

7、在海洋区域较浅，温度较高。随着大陆体积的增大，陆洋之间LAB深度、温度的差异逐渐减小。(3)大陆区域地幔底部热化学异常物质的丰度与大陆的体积呈正相关。当大陆体积较小时，大陆下方的热化学异常物质丰度比海洋区域少。随着体积的增大，大陆下方热化学异常物质的丰度逐渐增大，最终达到和海洋区域一致。(4)海洋地区地表热流高，且随时间波动大，大陆地区地表热流低，随时间波动较小。(5)下地幔热化学异常区域的核幔边界热流低。(6)下地幔底部热化学异常受地幔流场影响而产生变形，热柱在热化学异常的凸起处产生。(⋯)钙钛矿一过钙钛矿相变对地幔底部大尺度热化学异常、超低速区的影响除地表岩石圈外，D

8、”层是地幔内部最复杂的圈层。其可能同时具有相变的、化学的、温度的异常。前人研究丰富了我们对下地幔底部热化学异常(LLSVPs)、超低速区(UltraLowVelocityZone，ULVZ)，过钙钛矿相变相互作用的理解。摘要然而，仍有许多工作有待完善。如，过钙钛矿对超低速区分布及形态的影响、过钙钛矿对原始的化学层的影响，过钙钛矿对CMB地形的影响等。本文在2D直角坐标域进行了同时包含地幔底部热化学异常、超低速区、周围地幔以及钙钛矿一过钙钛矿相变的热化学地幔对流数值模拟。探讨了钙钛矿一过钙钛矿相变对地幔结构，地幔底部热化学异常、