俯沖帶熱結(jié)構(gòu)的動力學(xué)模型約束.pdf

1、俯沖板塊在俯沖過程中與周圍地幔不斷發(fā)生熱交換，該熱演化過程主要由熱傳導(dǎo)和平流物質(zhì)交換兩種作用構(gòu)成.俯沖帶熱結(jié)構(gòu)的演化是控制俯沖過程中物理化學(xué)性質(zhì)轉(zhuǎn)變的決定性因素之一，直接影響我們對礦物脫水、巖石部分熔融、島弧火山噴發(fā)以及俯沖帶地震等關(guān)鍵地質(zhì)現(xiàn)象的理解.對俯沖帶熱結(jié)構(gòu)的動力學(xué)模型研究主要分為解析方法和數(shù)值方法兩種.解析模型能夠從物理上給出對熱結(jié)構(gòu)具有最重要影響的控制因素，比如俯沖板塊的年齡、速度和角度、剪切應(yīng)力以及熱傳導(dǎo)系數(shù)等.數(shù)值模型能

2、夠進(jìn)一步給出解析模型難以處理的各種復(fù)雜因素的影響，比如地幔楔的粘性變化、俯沖板塊與周圍地幔的耦合過程、與礦物巖石學(xué)的結(jié)合等.將模型結(jié)果實(shí)際應(yīng)用于各俯沖帶時由于各種影響因素很多，因此對俯沖帶熱結(jié)構(gòu)的限定是一個非常復(fù)雜的過程.隨著地球物理與地球化學(xué)各種定量觀測手段的進(jìn)步，將能夠給出更多對俯沖帶熱結(jié)構(gòu)的約束條件，進(jìn)而更合理的解釋與俯沖帶相關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象.
　　在深部地幔俯沖板塊的溫度及熱流在地幔熱演化的過程中起著關(guān)鍵作用.盡管之前的研究對

3、于俯沖板塊在淺部(＜300km)的熱結(jié)構(gòu)有了大量研究，但對于在地幔深部考慮到絕熱生熱和粘性生熱效應(yīng)俯沖板塊的熱結(jié)構(gòu)卻沒有相關(guān)研究.本文中我們采用二維軸對稱的球坐標(biāo)系下的地幔對流數(shù)值模型來研究俯沖板塊的溫度和熱流隨深度的變化.我們探索了可能導(dǎo)致這些變化的不同物理機(jī)制的貢獻(xiàn).主要的結(jié)果如下:(1)俯沖板塊的溫度隨深度增加比絕熱溫度曲線要快.在300km以下俯沖板塊的溫度可以采用類似地幔絕熱線的冥指數(shù)方式來描述.(2)俯沖板塊的溫度以及熱流主

4、要受到平流，擴(kuò)散生熱以及絕熱生熱作用的影響.而粘性生熱以及放射性元素生熱的貢獻(xiàn)小到可以忽略.(3)俯沖板塊在2590km處的虧損溫度近似等于核幔邊界的溫度以及地表溫度差的～10％.我們的結(jié)果對于不同的瑞麗數(shù)，內(nèi)生熱率，活化能以及隨深度變化的熱膨脹系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)不敏感.
　　了解大洋俯沖到大陸俯沖過程變化過程中俯沖帶熱結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律對于深入了解洋陸轉(zhuǎn)換過程以及板塊構(gòu)造過程有著重要作用.通過對前人的高壓-超高壓變質(zhì)巖溫壓數(shù)據(jù)的總結(jié)，

5、我們發(fā)現(xiàn)三個有著截然不同的熱結(jié)構(gòu)變化過程的洋陸轉(zhuǎn)化帶:從熱變冷的桐柏-紅安造山帶，從冷變熱的祁連-柴達(dá)木造山帶以及基本不變的西阿爾卑斯造山帶.我們采用了二維笛卡爾坐標(biāo)系下的對流模型，探討了不同因素對于洋陸俯沖轉(zhuǎn)換過程中熱結(jié)構(gòu)的影響.我們發(fā)現(xiàn)，可能導(dǎo)致洋陸俯沖轉(zhuǎn)換過程變冷的原因有:(1)大陸板塊的初始溫度結(jié)構(gòu)比大洋板塊的初始溫度結(jié)構(gòu)要冷;(2)俯沖板塊的傾角減小;(3)俯沖板塊的速度增加;(4)上覆板塊的地表熱流減小;反之則反.由于多種作