Upper mantle convection driving by density anomaly and a test model

A mathematic-physical convection model in upper mantle is established in this paper. This model is in a three dimensional frame. Assume that the density anomalies, which are mapped from the seismic tomography data, are responding to the temperature perturbation in the connective system. This model takes the density anomalies as the driving force for the mantle convection. We solve the basic equations with different boundary conditions in a domination of wave number by using the FFT arithmetic. In order to test the validity of our theory and method two simple models (higher-lower density body and break off slab) are employed to calculate their flow patters in this paper. Results show that our method can be directly used to investigate the upper mantle convection patterns and its related problems of lithospheric dynamics.

Upper mantle flow beneath the Northwest of China and its lithospheric dynamics

The regional iosotatic gravity anomalies in the Northwest of China (80°-95°E, 35°-45°N) and corresponding problems of mantle dynamics are discussed in detail in this paper. It is assumed that the anomaly of isostatic gravity in this region is caused by the nonunifromity in density and that the boundary deformation is related to the thermal convection in the upper mantle. using the correlation equation between the mantle now and regional anomalies of isostatic gravity as a constraint, we have calculated the patterns of upper mantle convection. The result shows that the regional lithospheric tectonics is strongly correlated with the upper mantle now. The uplift o f the Tianshan and Kunlun Mountains corresponds to the upward flows in the mantle while the depression of the Tarim, Tuopn and Junggar Basins corresponds to the downward now. Meanwhile, we have also worked out a basic framework for the lithospberic dynamics of the Northwest of China. It is reasonable to infer that the ' mantle flow and the horizontal compression from the india Plate may act as the main driving forces for the lithospheric tectonics of this region.

利用地震层析成像数据计算地幔对流新模型的探讨

假设地幔地震层析成像数据对应的地幔横向不均匀结构是地幔热对流的结果 .将地震层析成像数据转化为地幔温度 (或密度 )不均匀分布 ,考虑热流体动力学的三个基本方程 ,顾及热输运方程中的非线性项 ,直接将地震层析成像转化的地幔温度不均匀分布作为内部荷载引入基本方程 ,反演计算地幔对流 .本文在利用地震层析成像数据计算地幔对流模型的新理论和方法的基础上 ,用SH12WM13地震层析成像模型数据 ,计算了全球地幔对流格局 .结果表明 ,对流格局不仅依赖地震层析成像数据 ,而且在很大程度上受地幔动力学框架、热动力参数和边界条件的所确定的系统响应函数的影响 .显示了地幔中复杂的对流格局 ,特别是区域性层状对流以及多层对流环可能在地幔中存在的现象 .

上地幔密度异常驱动小尺度对流及实验模型

建立了由密度异常驱动上地幔小尺度对流的数学 物理模型, 发展了利用地震层析成像数据反演上地幔小尺度对流的基本理论和方法. 该模型建立在三维直角坐标系框架上, 假设地震层析成像所显示的地震波速度异常对应于上地幔物质密度异常, 而该密度异常反映了上地幔小尺度热对流系统的温度异常场. 模型首先将地震层析成像确定的地震波速度异常转换为密度异常, 并视其为对流的驱动力; 进而利用三维傅立叶变换, 在波数域内, 在给定的边界条件下, 求解控制流体行为的运动方程和连续性方程, 最后求得对流的流场. 为检验本研究提出的理论和方法的有效性, 本文使用了两个简单的实验模型: 热体和冷体模型; 俯冲断离( break off)板片模型, 计算了其驱动的地幔流场. 结果表明, 本文提供的理论和方法,可以直接应用于与区域岩石层构造动力学相关的上地幔小尺度对流的研究.

全球中、新生代大地构造特征及其演化框架——《全球中、新生代大地构造图》编图研究进展

全球中、新生代大地构造编图是全球构造理论研究的基础和切入点,本文介绍了该图编制思路与方法、数据来源和大地构造区划,并以地球圈层构造为主线,讨论了全球中生代以来水平构造和全球垂向圈层之间的衔接关系,认为大洋中脊和环太平洋边缘俯冲带通过印度洋、北冰洋、特提斯构造域以及南极洲板块发生构造衔接和转换。南极洲板块周缘被洋中脊环绕,并衔接了全球洋中脊在地球南部的离散运动。结合构造赤道理论,分析了全球不同构造背景下的构造单元之间的关系,认为构造赤道是中生代以来全球构造体制大规模调整的产物。在此基础上,从泛大陆裂解,洋陆关系的角度探讨了中、新生代的全球构造演化。

欧亚板块运动对中国大陆岩石圈底部地幔对流速度场和水平剪切应力场的影响

笔者建立了基于地震层析成像的热地幔对流模型,并分别计算了有、无地表板块运动约束下的中国大陆岩石圈底部的地幔对流速度场和水平剪切应力场。结果表明,欧亚板块运动速度对中国大陆地幔浅部的对流速度场影响较大,而对对流应力场的影响较小。在岩石圈底部(约100km深度),对流速度方向差异基本上达到了50%,幅度差异达到了80%以上,而地幔对流应力场的差异在方向上基本上小于10%、幅度上基本上小于20%。因此,如果仅研究岩石圈底部地幔对流应力场,则可以采用无板块速度约束的热对流模型。但如果要研究地幔浅部的对流状态和格局,则需要考虑板块运动速度。

基于岩石圈厚度和地幔横向黏度变化的地幔对流模型重估云南地区剪切波各向异性源的深度

在已有模型的基础上,考虑岩石圈厚度和软流层横向黏度的变化,本文建立了更接近地球实际情形的地幔对流模型,然后重新推测了导致云南地区剪切波各向异性的软流层源的深度。结果表明:岩石圈厚度和软流层横向黏度变化对云南地区的软流层各向异性源的深度及软流层的变形程度和机制具有重要影响;软流层各向异性对云南西南部区域、东部区域北纬26°N以南和四川盆地及其西缘的剪切波分裂具有明显的贡献,它们分别位于90~180、170~330和200~320 km深度;在云南西南部区域和东部区域北纬26°N以南,导致剪切波分裂的软流层可能处于大剪切变形状态,主要受地幔流动方向/流动平面模式控制,而四川盆地及其西缘的则处于小剪切变形状态,主要受应变模式的控制。