從地?zé)釋W(xué)角度來看，克拉通巖石圈的穩(wěn)定意味著地表熱流等于對(duì)流地幔在巖石圈底部提供的熱流加上巖石圈內(nèi)部由放射性衰變產(chǎn)生的熱量。太古代穩(wěn)定克拉通一般具有冷的地?zé)崽卣髑姨幱跓崞胶鉅顟B(tài)，克拉通破壞意味著熱平衡的破壞。由于目前還不存在中生代地幔柱證據(jù)，熱源問題一直是質(zhì)疑華北克拉通遭受熱侵蝕的關(guān)鍵點(diǎn)。近年來學(xué)者多認(rèn)為華北克拉通破壞與太平洋俯沖相關(guān)并提出概念模型，但其動(dòng)力學(xué)過程及機(jī)制需要數(shù)值模型的檢驗(yàn)。
中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所構(gòu)造-熱演化學(xué)科組何麗娟提出了一個(gè)新的二維數(shù)值模型，包含克拉通初始穩(wěn)定狀態(tài)、大地幔楔的形成及活躍地幔對(duì)流三部分。其中克拉通巖石圈被視為固體介質(zhì)而不參與地幔對(duì)流，其底界定義為某一等溫線,軟流圈粘度與溫度相關(guān)。
模擬結(jié)果顯示，盡管俯沖過程本身難以減薄冷而厚的固體克拉通巖石圈，但可以促使形成低粘大地幔楔。隨著大地幔楔內(nèi)地幔粘度的降低，地幔對(duì)流變得活躍，介于固體巖石圈與流體軟流圈之間的流變邊界層被壓縮、厚度減薄。由于高溫的軟流層頂面的抬升，從而在巖石圈底部生成一異常高地溫梯度(熱流層)。此時(shí)，地幔對(duì)流供給巖石圈的熱量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固體巖石圈通過熱傳導(dǎo)由地表向外散發(fā)的熱量，原來的熱平衡狀態(tài)被打破：巖石圈被加熱減薄(如圖)。因此，大地幔楔內(nèi)具有低粘、正常溫度的地幔對(duì)流可以侵蝕上浮巖石圈。該熱侵蝕作用通過壓縮流變邊界層厚度實(shí)現(xiàn)，并不需要額外的高溫?zé)嵩�。隨著軟流圈粘度的降低，流變邊界層進(jìn)一步減薄，巖石圈底部熱流增量也會(huì)相應(yīng)增加，對(duì)巖石圈侵蝕作用增強(qiáng)。在地幔對(duì)流的熱侵蝕作用下，巖石圈的減薄量與時(shí)間成自然對(duì)數(shù)關(guān)系。另外，停滯板塊所釋放的流體不僅會(huì)造成地幔粘度的降低，還會(huì)因橄欖巖-熔體相互作用造成巖石圈熔點(diǎn)的降低，橄欖巖-熔體相互作用會(huì)加快巖石圈破壞早期的減薄速率。
該數(shù)值模型證明，在俯沖板塊形成的大地幔楔內(nèi)，在地幔對(duì)流與橄欖巖-熔體相互作用的共同作用下，克拉通有可能在短時(shí)間(幾十百萬年)內(nèi)迅速減薄。該研究成果近期發(fā)表于美國(guó)地球物理期刊Journal of Geophysical Research （He et al. Numerical modeling of convective erosion and peridotite–melt interaction in big mantle wedge: implications for the destruction of the North China Craton. Journal of Geophysical Research, 2014, 119(4) : 3662-3677)。
地幔對(duì)流熱侵蝕過程中溫度場(chǎng)a～f及溫度梯度g～l隨時(shí)間的演化
