Collaborative Research: Advanced modeling for understanding fluid and magma migration in subduction zones

合作研究:用于了解俯冲带流体和岩浆迁移的高级建模

基本信息

项目摘要

The interactions of fluids and solids control some of the most critical geochemical and geodynamic processes in subduction zones. These include flux melting of the mantle and geochemical transport by fluids and magma, possible rheological weakening of the mantle wedge, and control of seismicity and fault mechanics. Quantitative models for the solid mantle flow have been developed but there has been relatively little work to numerically simulate the production, transport, and coupled interactions of fluids and melts with the solid. This requires a more general computational framework that can deal with a wide range of uncertainty both in the physical model and input parameter space. This project continues the development of TerraFERMA (the Transparent Finite Element Rapid Model Assembler), which will be used to: quantify potential fluid and solid flow paths at subduction zones; develop a better understanding of reactive, open system flux melting; and investigate the effects of fluids on solid-state rheology. Model predictions will be tested against a suite of observations from the relatively robust location of arc volcanism to the compositions of lava samples produced at these sites. Broader impacts of this project include support of an early career scientist working at the interface between computational and Earth science and the development of a new computer code for integrating geochemical and geochemical dynamics in subduction zones. The resulting computer code will be incorporated into holdings of Computational Infrastructure for Geosciences, which provides open access to software for scientific purposes. Increased understanding of mantle deformation, magmatism, and thermal structure of the Earth at subduction zones could lead to improved knowledge of where brittle behavior (earthquakes) is more or less likely along the megathrust fault that marks the boundary between the downgoing plate and the surrounding mantle.
流体和固体的相互作用控制着俯冲带中一些最关键的地球化学和地球动力学过程。这些包括地幔的通量熔化和流体和岩浆的地球化学输送、地幔楔可能的流变减弱以及地震活动和断层力学的控制。 固体地幔流的定量模型已经开发出来,但对流体和熔体与固体的产生、传输以及耦合相互作用进行数值模拟的工作相对较少。这需要一个更通用的计算框架,能够处理物理模型和输入参数空间中的各种不确定性。 该项目继续开发 TerraFERMA(透明有限元快速模型组装器),它将用于: 量化俯冲带的潜在流体和固体流动路径;更好地了解反应性开放系统熔剂熔化;并研究流体对固态流变学的影响。 模型预测将根据一系列观察结果进行测试,这些观察结果来自相对稳定的弧火山活动位置和这些地点产生的熔岩样本的成分。该项目的更广泛影响包括支持一位从事计算和地球科学之间工作的早期职业科学家,以及开发用于整合俯冲带地球化学和地球化学动力学的新计算机代码。由此产生的计算机代码将被纳入地球科学计算基础设施的资产中,该基础设施为科学目的提供对软件的开放访问。增加对俯冲带地幔变形、岩浆作用和地球热结构的了解,可以提高人们对沿着标志着下降板块与周围地幔之间边界的巨型逆冲断层或多或少可能发生脆性行为(地震)的了解。 。

项目成果

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