克拉通岩石圈重力不稳定过程的数值模拟及其动力学响应

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1、：一争爵＃赛據若大赛ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｏｆＣｈｉｎａｙｇｙ博±学位论文＊．，戀论专顯目克扭通若石圏重方不稳定过程Ｊ■的教值换叔义其讀方学的应王永巧＊作者姓名—固体化球物狸学学科专业寮导师姓黄全水教援巧名二零一义年＾月完成时间＿中逸科＃技禾乂緣博±学位论文克拉通岩石圈重力不稳定过程的数值模拟及其动力学响应作者姓名：王永明—＂学科专业：固体地球物理学／＾指导教师；黄金水教授从／二一完成时间：零五年六月Ｕｎｉ

2、ｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａＡ’ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒｄｏｃｔｏｒｓｄｅｇｒｅｅＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｎＧｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＣｒａｔｏｎｉｃＬｉｔｈｏｓｈｅｒｅｐａｎｄＩｔｓＤｎａｍｉｃＣｏｎｓｅｅｎｃｅｓｙｑｕＡｕ化ｏｒ：ＹｏｎｇｍｉｎｇＷａｎｇＳｅｃｉａｌｉｔ：ＳｏｌｉｄＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓｐｙＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＪｉｎｓｈｕｉＨｕａｎｐｇＦｉｎｉｓｈｅｄＴｉｍｅ：

3、Ｊｕｎｅ２０１５，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巧工作所取得的成，果。除已特别加（＾１标注和致谢的地方外论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果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。与我的说明。作者签名：签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明一作为申请学位的条件之Ｉ学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥，目Ｐ有学位论文的部分使用权；学校有权按有关规定向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，可Ｗ将学位论文编入《中国学，允许论文被

4、查阅和借阅位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制一手段保存、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致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。□公开□保密（＿＿年）］／圣白、肩＾风作者签名：导师《名；签字日期：签字日期：４Ｍ摘要一作为大陆内部最古老的組成部分，克拉通般认为可Ｗ抵抗地慢对流的作用而稳定存在长达几十亿年。克拉通地区通常具有低的表面热流和厚的、冷的地慢岩石圈。相比于下覆软流圈地慢而言，克拉通地慢岩石圈在化学组分上是亏损的，因而具有低的化学姐分密度从而是

5、有浮力的。烙顯亏损作用及低温使得克拉通岩石圈地慢具有较高的强度（粘性）。克拉通岩石圈的化学组分浮为及高粘性有助于维持克拉通的稳定性，因而在克拉通的演化过程中起着重要的作用，。然而一直保持稳定的一并不是所有的克拉通都是，人们同样发现有部分克拉通遭到了一定程度的破坏和改造，。因此研巧克拉通的稳定与破坏过程是理解大陆演化历史必不可少的组成部分。中国的华北克拉通是克拉通破坏的一个典型的例子。华北克拉通东部自中生－ｉ代新生代（＾？来发育有大规模的岩浆活动，而且地球化学和地球物理学研巧表明华北克拉通东部不仅是岩石圈的厚度和热状态发生了改变，其岩石圈地慢

6、的化学组分也发生了改变。尽管目前大量观测证据证实华北克拉通遭到了破坏，但是仍然有很多问题还有待解决，例如克拉通破坏的动为学过程，克拉通破坏的时空尺度等等。为解释不同的地球化学观测证据人们提出了不同的克拉通破坏机制，例－化学侵蚀－如拆沉、热、烙体橄擺岩相互作用ｉｉｌ及水化作用等。然而这些破坏机制都缺乏地球动力学模型的支持。本文的主要研究目的就是通过利用动力学数值模拟方法研究克拉通岩石圈的重力不稳定过程来探讨华北克拉通破坏的动力学过捏。前人关于克拉通岩石圈重为不稳定过程的研究主要是实验室条件下基于牛－顿流体流变性质的讨论。本文建立二维热化学

7、对流模型，研究非牛顿流体流变条件下克拉通岩石圈在重力不稳定性作用下的动力学演化过程及其引起的表面、，。响应，包括不稳定过程的演化模式时间和空间尺度Ｗ及地形和热流响应等等数值结果显示，非牛顿流变性质可Ｗ有效的减小克拉通岩石圏的粘性，因而在克拉通岩石圈的不稳定过程中起着非常重要的作用。在非牛顿流变条件下，克拉通岩石圈的不稳定过程表现为分期、多阶段的特征而且持续时间超过１００Ｍｙｒ。华北克拉通东部新生代和中生代时期岩浆活动具有幕式分布特征而且持续时间接近１００Ｍｙｒ。因此，我们的数值模拟结果可很好的解