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相似文献
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1.
利用多种地球物理观测资料直接反演地幔对流模型   总被引:4,自引:3,他引:4       下载免费PDF全文
假定地幔为一个均匀的、粘滞系数为常数、同时均匀分布放射性热源的流体球层,其内部存在的对流则由流体力学3个基本方程:运动方程、能量方程和连续性方程确定.如果假定地幔处于低瑞利数的状态(临界瑞利数1.5倍左右),那么上述方程中的非线性项可以忽略不计.作为一类可能的模型,本文计算一组用6个边界条件确定6个未知数的线性方程组.这些条件包括板块绝对运动极型场、地球大地水准面异常和地震层析结果提供的地幔密度分布横向不均匀相应的“刚性地球”水准面异常等.模型计算表明:1.地幔中流体运动格局不仅受地幔热动力学参数(瑞利数)控制,而且强烈地受边界条件的影响.2.若不限定下边界为等温边界,则上、下地幔之间并不呈现出活动性明显差异;但是在模型瑞利数加大到一定值时,核-幔边界附近将出现一些局部的小尺度对流环.3.当模型瑞利数从很小增加时,对流格局将发生变化,这些格局可能反应由地幔热动力学参数决定的地幔固有特性.4.当瑞利数为50000和80000时,核-幔边界形变与PcP波得到的结果吻合较好.  相似文献   

2.
球层中的非线性自由热对流变粘度模型   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
朱涛  冯锐 《地震学报》2005,27(2):194-204
粘度为常数或仅随深度变化是地幔对流模型中常用的假设. 本文在常粘度背景下, 通过假定小扰动粘度在纬向上的变化形式, 将粘度的横向变化引入地幔对流模型中, 并给出了变粘度地幔对流模型的数值解法. 对外边界为刚性、 内边界为应力自由(简记为R-F边界)和内外边界均为刚性(简记为R-R边界)边界的两种模型进行了计算, 对比了不同模型、 深度和瑞利数时的环型场的变化特征. 注意到环型场能量主要集中在球层的中、 上部区域, 其速度仅占总速度的几个百分点, 这个比例几乎不随瑞利数的变化而改变, 但其对流图样受瑞利数的影响较大. 环型场的对流形态和速度的分布特征表现出了明显的纬向差异, 这一结果清晰地反映出地幔粘度的横向变化对对流形态的影响. 目前的工作还只是初步的, 但为我们探讨全球大地构造上的某些现象, 例如南北半球的不对称性和差速旋转问题提供了一种可能的研究思路.   相似文献   

3.
观测到的板块运动包含两种能量分布几乎相等的运动形态:极型场和环型场.纯粹的由热驱动的地幔自由对流不能预期和解释环型运动的产生.本文提出地幔混合对流理论,既考虑了热驱动的自由对流,也考虑了由板块自身激发的强迫对流.根据板块处于动力学平衡状态的观测事实,建立了相应的模型.数值结果表明,根据混合对流模型所预期的板块速度场,既能产生极型场,也能产生环型场,而且在空间分布特征及功率谱分布上与观测资料符合相当好.地幔物质的上升流动基本和洋脊对应,而下降流动和俯冲带对应.  相似文献   

4.
观测到的板块运动包含两种能量分布几乎相等的运动形态:极型场和环型场.纯粹的由热驱动的地幔自由对流不能预期和解释环型运动的产生.本文提出地幔混合对流理论,既考虑了热驱动的自由对流,也考虑了由板块自身激发的强迫对流.根据板块处于动力学平衡状态的观测事实,建立了相应的模型.数值结果表明,根据混合对流模型所预期的板块速度场,既能产生极型场,也能产生环型场,而且在空间分布特征及功率谱分布上与观测资料符合相当好.地幔物质的上升流动基本和洋脊对应,而下降流动和俯冲带对应.  相似文献   

5.
朱涛  马宗晋  冯锐 《地球物理学报》2006,49(5):1347-1358
建立了三维黏度扰动下的变黏度地幔对流模型,并提供了在引入地幔的三维地震波速度结构下相应的求解方法. 依此反演了瑞利数Ra = 106时,两种不同边界条件下的极、环型场对流图像,这有助于深化对地幔物质流动和大地构造运动的深部动力学过程的认识和理解. 研究结果表明,不但地幔浅部的极型场对流图像显示出了与大地构造运动的相关性并揭示了其深部动力学过程,更重要的是,地幔浅部的环型场对流图像首次为我们认识和理解板块构造的水平与旋转运动提供了重要的信息:环型场速度剖面中在赤道附近存在一条大致南东东—北西西向的强对流条带,可能与环赤道附近大型剪切带的形成相关,进而表明可能是该带强震发生的深部动力学背景;在南北半球存在的旋转方向相反的对流环表明它们整体上可能存在差异旋转.  相似文献   

6.
讨论了地幔内部的粘滞度及施加在地表和CMB 的边界条件对地幔对流环型场的激发分析表明,当粘滞度侧向均匀时,环型场与极型场自然解耦,且环型场不影响重力位,当粘滞度侧向不均时,环型场与极型场耦合在一起.两者共同影响重力位.当引入板块运动速度时,边界条件非零,也能激发环型场;对侧向均匀粘滞度地幔,零边界条件不能激发环型场  相似文献   

7.
黏滞分层地幔中密度异常驱动对流模型的研究   总被引:8,自引:3,他引:5       下载免费PDF全文
在地震层析成像计算的地幔密度异常直接驱动地幔对流的新方法的基础上,发展了在上、下地幔不同黏性结构框架下,密度异常驱动地幔对流的物理模型.利用 Grands和S12 WM13等地震层析成像模型推得的地幔密度异常分布,设置板块绝对运动极型场为运动上边界,考虑深度660km地震波不连续面为界的上、下地幔之间存在黏滞性的差异,直接反演了不同黏滞系数的双层地幔结构下地幔对流的模式.研究中选取地幔平均密度为ρ=5500kg/m3, 上层地幔平均黏滞系数为μ=1021Pa·s,计算了上、下地幔黏滞系数之比为1∶1, 1∶10, 1∶100和1∶1000时地幔大圆剖面、以及区域剖面上的流场.结果表明,两种模型在球谐展开1~13阶的范围内其对流的基本格局相似.当下地幔黏滞性超过上地幔的100倍时,下地幔流场速度与上地幔的流场速度相比显著减小,但是对流仍然表现出单层对流环的基本格局.论文还用 240km深度球面上的对流格局讨论了对流和全球构造之间的关系.  相似文献   

8.
板块运动是地幔对流的主要证据之一.同时,作为地球动力系统中一个相对独立部分,板块自身的存在和运动对地幔内部物质的流动形态有巨大影响.地幔内部的流动由两部分组成:一是由内部非绝热温度差异造成的自由对流解;另一部分是由在地表运动的板块所激发.作为系列工作的第一部分,本文研究球腔中的自由热对流问题.得到了对地幔对流研究有实际意义的下边界为自由、上边界为刚性情况下的临界瑞利数值,不同的瑞利数时球腔内流场和温度场的分布形态等.  相似文献   

9.
地幔对流的数值模拟及其与表面观测的关系   总被引:9,自引:3,他引:9       下载免费PDF全文
本文从基本的热对流方程出发,并结合地幔对流特点,特别考虑到自重及非线性影响,探讨地幔对流及其与表面观测的关系,发展了相应的数值方法.结果表明,计算得到的长波大地水准面、地表地形、板块速度场水平散度与观测值符合程度较好.上、下地幔的非绝热温度异常与由地震层析得到的地震波速异常显示一定的相关性.地幔内部的流动呈现复杂形态,反映了高瑞利数对流的特征.  相似文献   

10.
考虑混合地幔对流的地球热演化的参量化模型   总被引:4,自引:0,他引:4       下载免费PDF全文
张健  石耀霖 《地震学报》1999,21(6):642-651
单纯的全地幔对流或分层地幔对流热演化模型不能解释地球构造演化史中的幕式特征,故本研究在地球热历史的参量化模型研究中考虑混合地幔对流模式.我们引入时间相关的全地幔对流成分比F来表征地球热演化历史中全地幔对流所占权重,同时引入描述相变边界层对流状态的局部瑞利数Raloc和对流转换临界瑞利数Ra1及Ra2,作为地幔对流的控制参量.结果表明,混合地幔对流参量化模型得出的地球热演化史可以较好地反映地球幕式构造演化史.   相似文献   

11.
The observed plate velocities contain two types of motions. The poloidal component is related to the formation of ridges and subduction zones and the toroidal field expresses the shearing of surface plates. One very important consideration in modeling flow in the earth's mantle is the existence and motion of the lithospheric plates. The motion of plates represents a large-scale circulation with strong viscous coupling to the mantle underneath. The mantle flow probably is neither a purely free convection driven by buoyancy forces due to nonadiabatic temperature gradients in the mantle nor a forced convection generated by boundary forces, but a mixed convection that combines the effects of boundary and buoyancy forces. We present, in this paper, the mixed convection model resulting in a surface velocity field that contains both the observed poloidal and toroidal components.  相似文献   

12.
Introduction The velocity field of surface plate motion can be split into a poloidal and a toroidal parts.At the Earth′s surface,the toroidal component is manifested by the existence of transform faults,and the poloidal component by the presence of convergence and divergence,i.e.spreading and subduc-tion zones.They have coupled each other and completely depicted the characteristics of plate tec-tonic motions.The mechanism of poloidal field has been studied fairly clearly which is related to …  相似文献   

13.
The effects of variable viscosity on flow dynamics within spherical shells are investigated using a finite-element thermal convection model, and preliminary result for cases with relatively low Rayleigh numbers and small viscosity contrasts are reported. These results demonstrate some general effects of viscosity variation on mantle dynamics, and, in particular, the generation of toroidal energy. Since lateral viscosity variations are necessary in the generation of toroidal motion in a thermally driven convective system, it is not surprising our results show that flows with greater viscosity contrasts produce greater amounts of toroidal energy. Our preliminary study further shows that solutions become more time-dependent as viscosity contrasts increase. Increasing the Rayleigh number is also found to increase the magnitude of toroidal energy. Internal heating, on the other hand, appears to lead to less toroidal energy compared wth bottom heating because it tends to produce a thermally more uniform interior and thus smaller viscosity variations.  相似文献   

14.
朱涛  王兰炜  冯锐 《地球物理学报》2011,54(5):1270-1284
本文将横向黏度变化提高到3个量级,获得了地震波速度结构约束下的大横向黏度变化的地幔浅部的极型场和环型场对流图像.与小横向黏度变化下的结果相比,本文的结果具有显著的改善.对极型场对流图像,主要体现在本文结果能更清楚地解释太平洋板块、大洋洲和南美洲以及东太平洋洋中脊处的现今运动状态;对环型场对流图像,能更合理地解释北太平洋...  相似文献   

15.
This study considers two-dimensional mantle flow beneath a rigid lithosphere. The lithosphere which forms the upper boundary of a convecting region moves with a prescribed uniform horizontal velocity, and thickens with distance from the accreting plate boundary as it cools. Beneath the lithosphere, the mantle deforms viscously by diffusion creep and is heated radiogenically from within. Solutions for thermal convection beneath the lithosphere are obtained by finite-difference methods. Two important conclusions have resulted from this study: (1) convective patterns of large aspect ratio are stable beneath a rigid moving lithosphere; (2) even for a lithosphere velocity as small as 3 cm/yr. and a Rayleigh number as large as 106, mantle circulation with large aspect ratio is driven dominantly by the motion of the lithosphere rather than by temperature gradients within the flow. Gravity, topography and heat flow are determined and implications for convection in the upper mantle are discussed.  相似文献   

16.
Some consequences arising from the superposition of flows of two different kinds or scales in a non-Newtonian mantle are discussed and applied to the cases mantle convection plus postglacial rebound flow as well as small- plus large-scale mantle convection. If the two flow types have similar magnitude, the apparent rheology of both flows becomes anisotropic and the apparent viscosity for one flow depends on the geometry of the other. If one flow has a magnitude significantly larger than the other, the apparent viscosity for the weak flow is linear but develops direction-dependent variations about a factorn (n being the power exponent of the rheology). For the rebound flow lateral variations of the apparent viscosity about at least 3 are predicted and changes in the flow geometry and relaxation time are possible. On the other hand, rebound flow may weaken the apparent viscosity for convection. Secondary convection under moving plates may be influenced by the apparent anisotropic rheology. Other mechanisms leading to viscous anisotropy during shearing may increase this effect. A linear stability analysis for the onset of convection with anisotropic linear rheology shows that the critical Rayleigh number decreases and the aspect ratio of the movement cells increases for decreasing horizontal shear viscosity (normal viscosity held constant). Applied to the mantle, this model weakens the preference of convection rolls along the direction of plate motion. Under slowly moving plates, rolls perpendicular to the plate motion seem to have a slight preference. These results could be useful for resolving the question of Newtonian versus non-Newtonian or isotropic versus anisotropic mantle rheology.  相似文献   

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