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范庆凯,李江海.海底地形对洋中脊热液对流活动的影响研究——基于海水压力的空间变化[J].海洋学报,2020,42(9):61-68
海底地形对洋中脊热液对流活动的影响研究——基于海水压力的空间变化
Study on the influence of bathymetry on hydrothermal convection under mid-ocean ridges: Based on the spatial variation of overlying pressure of seawater
投稿时间:2019-07-02  修订日期:2019-12-09
DOI:10.3969/j.issn.0253-4193.2020.09.007
中文关键词:  热液对流  数值模拟  地形起伏  海水压力  达西定律
英文关键词:hydrothermal convection  numerical modelling  bathymetric relief  seawater pressure  Darcy’s law
基金项目:中国大洋“十三五”课题(DY135-S1-01-03-01,DY135-S2-01-01)。
作者单位E-mail
范庆凯 北京大学 地球与空间科学学院 造山带与地壳演化教育部重点实验室北京 100871
北京大学 石油与天然气研究中心北京 100871 
 
李江海 北京大学 地球与空间科学学院 造山带与地壳演化教育部重点实验室北京 100871
北京大学 石油与天然气研究中心北京 100871 
jhli@pku.edu.cn 
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中文摘要:
      洋中脊热液活动多产生于不同扩张速率洋中脊的局部高地形区域,基于达西流体充填的孔隙-弹性热力学模型可以直观、有效地模拟出洋壳内部热液对流的形态、温度结构和喷发位置等信息。数值模拟结果和所得解析模型表明:不同规模的洋底地形起伏会对洋壳内部的热液对流形态产生不同程度的影响,高地形规模越大,起伏程度越大,下伏热液羽向地形高点的偏移就越明显。通过结合东太平洋海隆9°17'N热液区和大西洋洋中脊Lucky Strike热液区实际的跨轴水深分布,也可获得与二者实际喷发位置相吻合的模拟结果。地形起伏相关的洋中脊热液喷发模型揭示洋底低地形及其下伏渗透性洋壳表现为主要的海水充注区域,而高地形由于上覆压力的减小,使其成为汇集热液释放和喷发的主要区域。
英文摘要:
      Hydrothermal venting systems mostly develop on the localized bathymetric highs of mid-ocean ridges with different spreading rates, and porous-elastic thermodynamic numerical models, which is filled with Darcian fluid can intuitively model the geometry, temperature structure and venting location of the hydrothermal systems in oceanic crust. Simulation results and the experimental-analytical model reveal that bathymetric highs with different sizes show a varied influence on the geometry of hydrothermal convection, the greater and wider bathymetric highs, the greater deflection of underlying plume to the bathymetric highs. Adopting the cross-axis bathymetry of the EPR 9°17'N and Lucky Strike hydrothermal fields into the model, our simulations produce vents fitting the realistic location of these two fields well. Finally, our schematic model for bathymetric relief deflecting underlying plumes indicates that the lower bathymetry and its underlying porous oceanic crust act as the main recharge zone, while the bathymetric high focuses the most of the discharge hot fluid due to the reduce of the overlying pressure of seawater.
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