中文摘要：

以地球物理和地质最新观测资料和研究成果为基础，以大规模并行模拟计算技术为手段,本项目将构建能够反映观测数据分辨率的百万网格量级的大规模并行数值模型。开展数值模拟试验,考察华北卡拉通破坏的多种地球动力学演化模式，定量化地研究华北克拉通破坏的各种物理过程和各个圈层的相互耦合作用、了解克拉通破坏的动力学过程的基本特征，识别决定性因素和关键性控制参数；特别对层析成像发现的太平洋板块低角度俯冲和滞留平卧于660公里相变界面之上的重要观测事实，给出合理的定量化地球动力学解释；找出深层地幔运动过程和克拉通破坏及地壳应力场分布的本质性物理联系，探索在数值模型中识别大地震发生有利部位的准则；研究构造应力场变化与华北历史大地震序列之间的关系，考察初始应力场不确定性对后续地震序列的影响；在研究中也同时建立大规模并行有限元分析计算平台系统，实现方便的改进模型、开展计算和对结果进行三维可视化分析。

结论摘要：

本研究开展了三维热-流体运动有限元模拟，得到如下认识（1）地球物理层析成像资料表明，太平洋板块俯冲到达660km界面后被阻滞，板片没有穿透该界面，而是平卧于该界面上。数值模拟计算揭示，形成这一现象的力学机制，不是板片前端在660km深度水平向西推进，而是板片前端触及660km界面后，在重力作用下俯冲板片后撤，海沟东移，从而从日本海到东北、华北大片区域形成引张，引张中心和强度随时间会有变化，但这一引张是新生代该区域构造运动的主导原因，并形成了该期间的岩浆活动。（2）中生代该区域缺乏足够的资料提供模拟需要的边界条件，因此只能讨论两种可能的华北克拉通破坏机制。一种可能机制是上地幔小规模热对流减薄。计算表明该机制可以在十余百万年内实现克拉通岩石圈减薄，该机制的特征是减薄从中心向两侧发展，岩浆火山活动也会具有相同特征。另一种可能机制是岩石圈地壳加厚后Moho面上方玄武岩相变为榴辉岩，重力作用下形成拆沉，带动地幔物质流动，形成岩石圈减薄。计算表明这种机制在拆沉中心不是岩石圈立即减薄，反而是岩石圈加厚，但是两侧地幔物质向拆沉中心水平然后向下垂直运动的过程中，会牵动两侧岩石圈减薄，岩浆火山活动因此也是发生在两侧。这一计算结果对地质模型建立提供了附加的约束。（3）虽然历史上华北经历过引张，但现今地震震源机制和地应力测量均表明该区域主压应力为NEE方向。本研究将地球划分为400万单元，在局部自适应加密网格，使得震源网格小到0.2km，华北网格可达20km，用并行有限单元法计算了日本东北大地震对华北应力场的影响，发现该区域同震应力变化主要为近东西向引张，相当于释放了该区4-20年NEE构造压应力的积累量，因此华北在今后十余年间再发生类似唐山地震的大震可能性不大。