地幔柱与岩石圈相互作用过程的数值模拟
摘要
本文利用CIG提供的Lagrangian积分点有限元程序Ellipsis3D对地幔柱与岩石圈的相互作用进行二维数值模拟,研究各种因素及岩石圈介质非均匀性对其相互作用的影响。Ellipsis3D采用欧拉网格,同时以粒了追踪岩石的流变历史,并以粒了作为有限元单元的积分点,比较适合模拟地质时问尺度下的地球连续介质的流变行为,初步数值模拟结果显示,温度和密度差异导致的重力不稳是地幔柱向上运移的直接因素。地幔柱在浮力的驱动下向上运移,形成了一个类似球状的头部和一个很窄的小尾巴。当地幔柱的头部到达岩石圈时,便开始发生水平运动,同时地幔柱的柱头不但会引起热弱化和岩石圈底部的剪切变形,而且还能观察到大尺度的岩石圈弯曲。此外,由于深部断裂或者软弱区的存在,地幔柱与岩石圈相互作用过程中所引起的地表地形变化等有很大的不同,并有可能岩浆沿着断裂或着软弱带上涌到岩石圈内部。