岩石圈流变模型及典型克拉通三维流变结构的研究

岩石圈的流变模型和三维流变结构是岩石圈的基本物理性质及研究其动力学必需的资料，对它们的研究必将促进地球动力学的发展。目前岩石圈流变模型大都忽略了温度和应变率对摩擦滑动机制的影响；对脆性破裂机制，尤其是标本尺度对脆性破裂强度的影响，研究得不够。这使得到的岩石圈流变强度偏高，流变机制的分布与实验结果不尽一致。本课题拟在实验资料的基础上，研究温度，应变率对摩擦滑动强度的影响，修正摩擦滑动定律； 结合数值实验和理论分析，进一步确定岩石圈条件下的脆性破裂规律；研究摩擦滑动、脆性破裂和蠕变三种流变机制的相互转化，建立新的岩石圈流变模型，进而研究华北, Finland(芬兰) 和Slave(加拿大)三个克拉通地区岩石圈的三维流变结构，并进行对比。此项研究将促进岩石圈流变结构研究的深入，并为大陆动力学的研究提供必要的基础资料。

岩石圈流变结构的研究是板块构造学进一步发展的关键，是大陆动力学研究的基础，是国际地学研究的热点及难点。本项目利用地震测深的结果确定中国华北，Finland(芬兰),Slave(加拿大)三个克拉通岩石圈物性界面的三维分布；在居里面深度和捕俘体平衡温压的约束下，用热流资料确定三个克拉通的三维温度分布；考虑摩擦滑动流变机制的温度和应变率效应，利用岩石圈流变的三机制模型，并以GPS等观测的速率及应变率为约束，确定了三个克拉通岩石圈三维流变结构。在研究过程中，我们定义岩石圈底部界面为有效黏度取极小值所在的深度，将热-流变参数结合起来，提出了一种半解析的确定岩石圈底部界面的方法，其结果与其它地球物理方法有很好的一致性，而且这样得到的岩石圈更接近板块构造理论对岩石圈的原始定义。同时，研究了卫星磁异常对大陆地壳地震震中分布的约束，在理论对其进行了详细解释；采用新的非线性方法改进了利用卫星磁异常反演居里面深度的程序，使其对初值的依赖性大为降低，得到的结果更为可靠。