一种用于稳态地热计算的新方法:边际稳定性条件

摘要

稳态地幔对流的一个必要物理条件是对流边界层(CBL)的边际稳定性,而正是对流性边界层包含了从传导性的岩石圈到对流地幔的过渡层.在研究过程中,我们将CBL的边际稳定性条件(MSC)应用到岩石圈热力学模拟过程中,以代替地面确定的热流量边界条件.在大洋区域,利用这种基于MSC的技术可以计算(而不是假设)古老海洋地壳区域以下的大洋岩石圈的厚度.通过这个模型可以大致估计出位温,同时还可以预测洋底CBL基底的出现深度.其中后者的结果与通过地震测量方式确定的岩石圈-软流圈边界结果相当吻合.在大陆区域中,CBL紧邻组成了一层地壳和一层熔融亏损大陆龙骨的化学边界层的基底.基于MSC的大陆地温线的较深部分基本上与地壳生热率的不确定性无关,这主要表现在两条地温线对应于相同的岩石圈厚度和位温,但该深度处的地壳生热率收敛不同.与此同时,还可以通过其他方式对这种解决方案进行调整,从而可以在不对深部地热性质造成任何影响的前提下使得计算出的地表热流量结果与实际观测结果很好地吻合.利用该模型可以定量预测化学边界层厚度、对流性地幔的位温以及岩石圈地温之间的相互关系.预测结果与利用金伯利岩捕虏体/捕虏晶的温压数据确定的岩石圈地温线结论高度吻合.