地球内部流变学

课程编码：070801M05006H 英文名称：Rheology in the Earth’s Interior 课时：42 学分：2.50 课程属性：专业普及课 主讲教师：李忠海

本课程主要面向构造地质学、固体地球物理学专业的博士、硕士研究生，尤其针对大地构造、地球动力学、地球内部物理学专业方向的研究生。本课程从地球内部形变和流变学的基本原理出发，结合岩石、矿物晶体变形的微观物理特征，从短时间尺度和长时间尺度分别对地球内部的动力学和运动学规律，以及二者之间的联系纽带——流变学性质进行理论讲解。同时，本课程强调理论与实践相结合，因此还将采用Matlab程序设计语言，讲授有限差分算法和Marker-in-Cell技术，进而对相关地球动力学方程进行数值求解，并对实际地球动力学问题进行数值建模，达到学以致用的目的。

高等数学，普通物理

第一章 地球内部流变学简介及前沿研究进展 3学时 李忠海
第1节 流变学的基本概念和研究内容
第2节 通过具体实例介绍流变学的前沿研究进展，及其在地球科学、尤其是地球动力学研究中的重要性
第二章 流变学理论基础 12学时 李忠海
第1节 应力、应变与流变学方程
第2节 弹性与固体：弹性性质是流变学中最基本的性质
第3节 黏性与流动：流体是流变学范围内和固体相对应的另一种物质属性
第4节 塑性与破裂：无论是弹性体和粘性体，达到塑性屈服强度后，其表现为塑性变形主导
第三章 程序设计与实践-I 9学时 李忠海
第1节 数值方法：Matlab程序设计方法，求解偏微分方程的有限差分算法和Marker-in-Cell技术
第2节 编写程序，求解斯托克斯方程和物质守恒方程
第四章 地球内部温度结构与热量传输 3学时 李忠海
第1节 温度和热传输在地球科学中起着至关重要的作用，温度对于地球介质的流变性质有很大的影响，地球内部的热传递主要通过两种形式：对流和传导
第五章 程序设计与实践-II 3学时 李忠海
第1节 编写程序，求解热量守恒方程
第2节 该程序与前面的力学程序相耦合
第六章 宏观流变学与地球动力学 3学时 李忠海
第1节 地球内部结构与性质：层圈结构、物质结构、温度结构、密度结构、流变结构
第2节 地幔粘滞系数：通过冰后回弹、大地水准面、地震活动性、板块俯冲等约束地幔的平均粘滞系数和流变强度结构
第七章 地球内部流变的微观物理特征 3学时 李忠海
第1节 晶体变形的微观机制：点缺陷和扩散，线缺陷和位错运动
第2节 高温高压下岩石的扩散蠕变：稳态蠕变的现象与模型，岩石和矿物的蠕变，流体弱化作用，动态重结晶等
第3节 高温高压下岩石的位错蠕变：橄榄石的位错蠕变，地幔矿物晶格优选定向及各向异性
第八章 总结及考试 6学时 李忠海
第1节 对地球内部流变学特征进行总结，并进一步探讨热-流变性质在地球动力学研究中的应用
第2节 答疑和考试

李忠海：学习工作简历
2001-2005：同济大学，海洋地质系，本科

2005-2010：南京大学，地球科学系，博士

2007-2009：瑞士苏黎世理工学院(ETH)，地球物理系，联合培养博士

2010-2012：法国国家科研中心(CNRS)，流体力学实验室(FAST)，博士后

2012-2015：中国地质科学院，地质研究所，黄汲清青年学者

2016- 至今：中国科学院大学，地球与行星科学学院，研究员
研究领域
计算地球动力学：主攻地球动力学数值模拟方向，以理论计算和软件程序开发为基础，以大尺度数值模拟为主要手段，以板块俯冲-碰撞带及其相关动力学过程为研究对象。

关键词：

(1) 数值方法与技术：数值模拟、流变性质、有限差分算法、有限元算法、边界元算法

(2) 大洋俯冲动力学：大洋俯冲模式、流体-熔体活动、岩浆作用、地幔流动、地震波各向异性、西太平洋俯冲带

(3) 大陆碰撞动力学：大陆深俯冲、碰撞造山、超高压变质作用、岩石折返、岩石圈拆沉、物质侧向逃逸、青藏高原、特提斯

(4) 盆山耦合动力学：前陆冲断带、多滑脱构造、含油气盆地、成矿作用与过程