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。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，但其動力學(xué)過程及機制需要數(shù)值模型的檢驗。
中國科學(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，地幔對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現(xiàn)，并不需要額外的高溫?zé)嵩础ｋS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相應(yīng)增加，對巖石圈侵蝕作用增強。在地幔對流的熱侵蝕作用下，巖石圈的減薄量與時間成自然對數(shù)關(guān)系。另外，停滯板塊所釋放的流體不僅會造成地幔粘度的降低，還會因橄欖巖-熔體相互作用造成巖石圈熔點的降低，橄欖巖-熔體相互作用會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)。
地幔對流熱侵蝕過程中溫度場a～f及溫度梯度g～l隨時間的演化
