微量元素和惰性气体的同位素地球化学观测表明地幔的化学组分在各种空间尺度上都是非均匀的，并显示出分层特性。然而地球物理研究显示上下地幔很有可能是一个有机整体，同时参与地幔对流。建立地幔热与化学演化过程的动力学控制方程，通过对对流地幔中微量元素和惰性气体的同位素演化的数值模拟，揭示地幔物性和化学参数对该演化过程的影响，从而揭示地幔化学演化的动力学规律，是本项研究的主要内容。由于对流会破坏地幔中化学组分的分层结构并有可能使分层的地幔均一化，探讨对流地幔中化学组分不均一性长期维持的机制是当前地球动力学研究不可回避的基本问题。本项研究也有助于理解地球物理与地球化学观测表面矛盾背后的动力学本质。目前国际地球动力学界在该问题上存在巨大认识分歧，探讨该分歧产生的原因也是目前急需解决的重要问题。本研究涉及有关板块构造、地幔对流和化学演化等和地球演化相关的最基本的科学问题，其结果对理解地球演化具有广泛影响。