花岗质岩浆侵位对围岩裂隙发育和热结构影响的数值模拟

岩浆侵位会引起围岩的接触变质作用和变形，虽然围岩中的破裂提供了流体活动和元素迁移的重要通道，但是大多数岩浆侵位模型忽略了围岩中热对流的影响。本文总结了岩浆侵位的数值模拟原理和常用模拟方法，然后使用离散元软件MatDEM建立了二维的双层围岩模型和均质围岩模型，用孔隙密度流法模拟花岗质岩浆侵位和冷却过程中岩浆与围岩之间的流- 固- 热- 力耦合过程。结果表明岩浆侵位过程中围岩的裂隙发育和热对流对接触变质晕具有重要影响，围岩的裂隙发育和热传输模式可分为三个阶段：① 岩浆侵位初期的挤压力使围岩中产生广泛分布的、呈径向展布的剪裂隙，围岩以热传导和孔隙渗流为主导；② 在持续的孔隙流体压下，径向裂隙连通形成主干张性断裂并向上扩展，成为熔/流体迁移的重要通道以及伟晶岩型和热液型矿床的成矿空间，通道流和局部热对流控制了围岩的热传输；③ 在岩浆侵位后期，岩浆房附近围岩中的孔隙流体压增大，在侵入体与围岩的接触带形成大量张裂，加强了变质晕内的热对流，有助于矽卡岩型矿床的形成。与只有热传导的模型对比，热对流使围岩中变质晕的宽度减小。接触变质晕的几何形态受侵入体的形态控制，但是变质晕宽度在空间上有显著差异。本研究为重建岩浆侵位过程中的变质- 变形- 成矿作用提供了新方法。     

望云山复式花岗岩体磁性组构特征及其动力学意义

为了分析望云山复式花岗岩体侵位时的动力学状态，对该岩体进行了岩石磁组构参数测定，磁化率的变化特征反映了望云山得式岩体侵位过程中构造环境的变化和单元岩石的暗色矿物组成及其性程度的高低；磁面理的产状与岩体形态和岩石单元分布相吻合，清晰地反映了不同构造单元岩浆侵位方式；磁线理指示岩体的侵位中心，线理表现形式不一，标示侵位方式与受构造应力的不同；晚期岩浆对早期岩浆中的磁线理有一定的改造作用，磁线理方向基本上反映了岩浆原始流动状态；从磁化率椭球参数可以看出岩浆侵位的应变状态；岩浆应力场分布体现了岩浆侵位方式及其所处构造环境，岩体岩石磁组构参数佐证了区域构造,围岩构造及岩体内部其他构造所反映的岩体侵位机制。     

南岭中生代姑婆山-花山花岗岩基及其热接触变质围岩的应变特征和应变分析

采用Rf /φ法对姑婆山-花山花岗岩基及其热接触变质围岩进行了系统的应变测量,共测量了153个三维有限应变测量点、1.5万余个应变标志体。结果表明：（1）姑婆山-花山花岗岩基热接触变质围岩和早期侵位的牛庙、杨梅山独立侵入体及里松和望高单元以压扁型应变为主,晚期侵位的新路单元则为拉长型应变。（2）姑婆山-花山花岗岩基的平均应变强度和平均压缩率均小于热接触变质围岩的平均应变强度和平均压缩率,且岩基内从早期单元到晚期单元（除新路单元外）平均应变强度和平均压缩率均逐渐减小;热接触变质围岩内应变强度和压缩率向岩基接触面方向递增,存在较明显的应变强度梯度和压缩率梯度。另外岩基南侧以碳酸盐岩为主的热接触变质围岩的压缩率远高于北侧以碎屑岩为主的围岩压缩率。（3）姑婆山-花山花岗岩基应变型式表现为近接触变质围岩及各花岗岩单元边部的应变椭圆长轴多与接触界线相协调,最小主应变轴与接触界线多呈大角度相交;各单元中部的应变椭圆展布则比较凌乱、定向性不明显。上述特征表明,姑婆山-花山花岗岩浆的多期脉动侵位在岩体及其围岩内产生较强的应变叠加,而岩浆内部的主动侵位动力应是造成岩体及其热接触变质围岩变形的主要动力,且在岩浆多次脉动侵位过程中,岩体内早期单元及其围岩主要遭受的是径向挤压作用。     

考虑细观等效热学参数的高放废物处置库围岩应力−渗流−温度耦合模拟方法

高放废物处置库中乏燃料持续释放的热量对围岩的应力场和渗流场及其长期稳定性具有重要影响。围岩的热学参数依赖于岩石矿物组成、孔隙率和孔隙流体等因素,准确取值是进行高放废物地质处置库多场耦合分析的前提。通过细观力学分析,建立了围岩等效热学参数（热容、热传导系数、热膨胀系数）取值方法,并基于Biot孔隙介质理论,建立应力?温度?渗流三场耦合模型,进而提出了高放废物处置库围岩应力?渗流?温度耦合数值模拟方法。最后通过COMSOL Multiphysics多场耦合软件,利用瑞士Mont Terri高放废物地下试验室围岩温度?渗流?应力多场耦合现场试验数据对数值模拟方法进行验证,并探讨了温度?渗流?应力耦合过程的演化规律。研究表明,模拟结果和试验值吻合良好。研究结果可为我国高放废物处置库的安全评估和选址提供科学依据。     

“岩浆热场”说及其成矿意义(上)

文中首先介绍了岩浆热场的沿革,指出"岩浆热场"并不是一个新概念,很早已出现在文献中了。常识告诉我们,炽热的岩浆侵位必定在周围形成一个热场,这就是岩浆热场。国外在19世纪晚期即对岩浆热场有比较深入的研究。罗文积和陈家清早在20世纪90年代(1997)就明确表述了对"岩浆热场"的认识,并给予精彩的阐述,他们是"岩浆热场"学说的先行者。文中简要介绍了地热场的概念,讨论了岩石的热力学性质、热传导形式、影响热流和地温分布的各种可能的因素。而"岩浆热场"指的是:在一个很短的时间内,在一个局部的地区出现的岩浆活动,使该区域地热梯度相对周边地区明显的上升,使之形成一个局部区域的热场。热场的规模很小,通常只离岩体几米或几公里。热异常和等温线是垂直分布的,叠加在地热场之上。并介绍了岩浆热场的基本特征。岩浆热场与地热场的热的来源不同,热的分布不同,地温梯度不同,热场规模不同,持续的时间不同,热与流体的关系不同以及研究方法不同等。岩浆热场说是建立在岩浆物理性质和岩浆动力学基础上的,它依赖于对岩浆的形成、侵位、冷却、固结及其对围岩的影响等知识的了解。牵涉到岩浆的温度、压力、黏度、密度、流变等基本问题。文中着重讨论了岩浆对围岩的热效应和岩浆热场中的流体等问题。岩浆热场最重要的意义是,它是流体赖以上升的通道。文中还概略讨论了流体和成矿流体来自哪里?流体是怎样上升的?热场中流体是怎样对流循环的?热液双向汇聚成矿理论等。     

论玄武岩底侵作用与长英质火成岩形成的关系--以华东南花岗质火山-侵入杂岩为例

地球层圈热结构特征表明,大陆地壳位于力学边界层（MBL）范围内,其热传递效应受地壳岩石热传导率制约。本文根据热传导理论,采用与前人相同的热物理参数,计算得出1200℃、500m厚玄武岩浆侵位于初始温度为500℃的地壳岩石中,由底侵作用引起地壳部分熔融产生的长英质岩浆（850℃）厚度≤250m,且产生长英质岩浆的时间限制在玄武岩侵位到地壳中后短暂的2700年内。江西南部龙南县临江地区中侏罗世余田群菖蒲组双峰式火山岩地质-地球化学特征及同位素年代学研究证实,该火山岩组合中的流纹质火山岩是拉班玄武质岩浆底侵作用的产物,符合上述数量比例和时间条件。我国东南部中生代陆壳（厚度≤50km）位于热传导起主导作用的MBL层内,由玄武岩浆底侵作用产生的长英质火成岩,在形成的时间及数量上应受地壳岩石热传导机制制约。但在我国东南部大面积出露的中生代火成岩中,花岗岩、流纹质火山岩类占90％以上,而玄武岩仅有局部零星分布,两者在数量上不匹配,在形成时间上也不一致,因而,我国东南部大面积出露的长英质火成岩可能并不是玄武岩浆底侵作用产物,其形成的热动力学背景和机制有待进一步研究。     

广西海洋山花岗岩体侵位构造特征

花岗岩是大陆地壳的重要组成部分,是地球动力学演化的示踪剂。花岗岩体侵位构造的研究对于揭示花岗岩体的变形历史和侵位机制具有重要的科学价值。本文研究了海洋山花岗岩体的内部构造、与岩浆侵位应力有的围岩构造及热接触变质带特征,探讨了岩体和围岩的应变状态。研究发现,从岩浆侵位到冷凝固结,海洋山花岗岩体经历了液态流动、塑性变形和“半固态”冷凝阶段的演化。岩体各单元的应变类型分别是单轴压扁、平面应变、单轴压缩,     

燕山造山带后石湖山碱性环状杂岩体的成因与形成过程

后石湖山杂岩体是与垮塌破火山口有关的碱性环状杂岩体, 主要由呈环形分布的碱性火山岩、环状岩墙(斑状石英正长岩)、嵌套的中心复式岩株(晶洞碱长花岗岩和斑状碱长花岗岩)和锥状岩席(石英正长斑岩和花岗斑岩)组成.LA-ICPMS锆石U-Pb年代学分析表明, 斑状石英正长岩环状岩墙、石英正长斑岩和花岗斑岩锥状岩席的侵位年龄分别为119±3Ma、121±2Ma和121±2Ma.该环状杂岩体火山岩与侵入岩的形成年龄相近, 体现了它作为火山-侵入杂岩体的特征.斑状石英正长岩富碱(Na₂O+K₂O=10.0%~10.5%), K₂O含量较高(5.21%~5.42%), 具正的Eu异常(Eu/Eu*=1.05~1.40).碱长花岗岩和斑岩均具有富碱、高FeOtot/MgO、Ga/Al、Zr、Nb和REE值(Eu除外), 以及低Al₂O₃、CaO、MgO、Ba、Sr和Eu含量的特征, 都属于A型花岗岩质岩石.其中斑岩为铝质A型花岗岩, 具有高的初始岩浆温度(880~901℃).所有A型花岗质岩石均具有较富集的Nd同位素组成, ε_Nd(t)值变化于-13.9~-12.2之间.斑状石英正长岩是下地壳中-基性麻粒岩和片麻岩部分熔融产生的熔体与幔源玄武质岩浆混合, 后又发生单斜辉石分离结晶的产物; 碱长花岗岩源于上地壳长英质岩石部分熔融产生的熔体与幔源玄武质岩浆混合, 随后经历长石的分离结晶作用而成; 斑岩是受幔源岩浆底侵加热的上地壳长英质岩石的部分熔融产生的熔体, 并经历了长石的分离结晶作用而产生.该环状杂岩体的形成过程可以概括为: (1)火山爆炸性喷发形成大量的碱性火山熔岩和火山碎屑岩; (2)地下岩浆房空虚导致压力下降, 其顶板围岩失稳而沿火山口周围近直立的环状断裂垮塌, 形成塌陷的破火山口.与此同时, 下覆岩浆房的岩浆被动挤入环状断裂而形成斑状石英正长岩环状岩墙; (3)浅部地壳的长英质岩浆房过压, 促使其高温过碱质A型花岗质岩浆上升侵位形成了中心的斑状碱长花岗岩岩株, 这些岩浆的上涌导致上覆围岩产生倾角中-陡的、内倾的锥状裂隙, 为石英正长斑岩锥状岩席侵位提供了空间; (4)浅部岩浆房复活, 高温过碱质A型花岗质岩浆再度上升侵位形成被嵌套的晶洞碱长花岗岩岩株.同样, 这种岩浆的再度上侵导致上覆围岩产生了倾角较陡而内倾的锥状裂隙, 为花岗斑岩锥状岩席提供了侵位空间.后石湖山碱性环状杂岩体的形成是华北东部早白垩世与克拉通破坏相关的伸展构造体制下的产物, 这种构造体制可能与古太平洋板块的俯冲作用有关.      

非均质随机分布对岩石热破裂影响的数值试验

采用随机固热耦合数学模型及有限元分析方法,仅将热膨胀系数和热传导系数作为随机变量,在正态和韦泊两种随机分布下,采用平面应变模型,对热应力引起的岩石热破裂的变化进行了详细研究,模拟了岩石热破裂的整个过程,揭示了概率分布形式、分布参数m对岩石热破裂的影响,讨论了岩石热破裂与时间t的关系,温度与参数m的关系,温度与时间的变化规律,并研究了热破裂率随时间和温度的变化规律。     

岩浆底侵的热-流变学效应及对峨眉山大火成岩省的启示

岩浆底侵在大陆地壳的形成和演化过程中起着非常重要的作用。本文基于二维热传导方程模拟不同规模的地壳底侵产生的热-流变学效应,以及幔源岩浆温度和含水量对底侵厚度的影响;并以现有的岩石地球化学分析、深部地球物理探测结果为约束,模拟了峨眉山大火成岩省内带幔源岩浆底侵对应的地表热流随时间演化,探讨了形成幔源岩浆底侵的潜温和初始熔融的深度制约。结果显示:1)幔源岩浆底侵引起的热扰动的耗散时间取决于岩浆底侵的初始厚度。以幔源岩浆侵入温度为1300℃,20km厚的地壳底侵为例,热扰动完全耗散需经历约150Myr;而5km厚的地壳底侵,只需经历50Myr热扰动已基本耗散殆尽。2)在初始阶段,岩浆底侵会造成岩石圈强度的显著降低;随着热耗散的进行,岩石圈强度会逐渐恢复;在热扰动耗散殆尽之后,岩石圈强度反倒比底侵前的岩石圈强度更大。这表明岩浆底侵不但可以导致地壳增厚,还会最终导致岩石圈的强化。3)温度对地壳底侵厚度的影响比含水量的影响要大得多。将我们的模型应用于峨眉山大火成岩省,结果表明内带地壳底侵的热耗散需持续上百个百万年,岩浆潜温超过1500℃,初始熔融深度超过200km。     

地质系统热-水-力耦合作用的随机建模初步研究

热-水-力(THM)耦合作用是岩石力学与环境地质中的重要基础理论问题,核废料地质处置库周围的缓冲材料和围岩中的热-水-力耦合现象将影响其力学稳定性、热传导性和渗透性,进而影响放射性核素在裂隙岩体中的迁移规律。核废料或放射性废料的地下深埋处置是国际上正在研究的永久性隔离的有效方法之一。因此,对核废料地质处置法安全性评估的一个重要内容就是对裂隙岩体中力学稳定性与构造应力、地下水渗流及热载荷等的耦合作用之数值模拟和评估。这已成为当前刻不容缓的重要的环境影响评价课题。笔者研究了温度场-渗流场-应力场中热传导系数和渗透率以及岩体力学参数的空间变异性,用实验方法研究三场耦合效应及裂隙岩体的场性能等效处理,试图建立热-水-力耦合作用的随机性数学模型及可视化数值模拟方法,为核废料地质处置安全性评估提供直观的新方法。     

幔源岩浆在地壳中分层侵位的控制因素：二维热-力学模拟

幔源岩浆在地壳内的上升和聚集样式不仅依赖于岩浆自身的性质,还取决于围岩的强度和热状态。已有数值和物理模型大多关注岩浆自身物性对其上升过程的影响,而对围岩流变强度或热状态如何影响岩浆的上升和聚集过程的研究相对薄弱,尤其是周期性的幔源岩浆在壳内分层侵位的受控因素仍然不清楚。本文利用二维热-力学数值模拟方法,通过发展多期岩浆脉冲和岩墙生成算法,研究了岩浆从深部地幔上升至地壳内部侵位的动力学过程,系统测试了地壳(围岩)地温梯度(上、下地壳的地温梯度分别以G_UC和G_LC表示)和地壳强度对岩浆上升过程和聚集样式的影响。模拟结果表明：(1)地壳地温梯度对岩浆的侵位深度有重要影响,岩浆侵入冷地壳(G_UC=G_LC=12.5K/km),岩浆主体在岩石圈深度聚集,地表的相对高差小于140m;岩浆侵入温地壳(G_UC=G_LC=15K/km)在下地壳底部聚集形成岩浆房,上升至上、下地壳界面,岩浆房上方的地表地形呈现中心拗陷两翼隆起的形态,地表最大高程可达3km;岩浆侵入热地壳(G     

浅谈岩浆侵位机制与成矿的关系

岩浆呈晶粥状,上升侵位受到围岩影响则发生塑性变形,使岩浆与先结晶的矿物发生相对运动,并且随着岩浆侵位深度、内外压力条件、空间状态及其侵位方式的改变,呈现出各种样式的内部构造,反映出不同侵位类型的特点(Pitcher,1979)。对与岩浆作用有关的矿床而言,成矿作用本身往往就是岩浆作用的一部分,岩浆演化的不同必将导致成矿作用的差异。而不同侵位机制具有不同热动力学条件,产生不同的岩浆演化     

花岗岩浆侵位与结晶固化时差的研究与构造意义:以南岭骑田岭花岗岩基为例

通过对南岭中段骑田岭花岗岩基地质-岩石地球化学特征研究, 判明了该岩基的侵位深度（5.5 km）、围岩温度（196℃）及岩浆初始温度（950 ℃ ）,建立起骑田岭花岗岩基的数学计算模型,计算得出： 骑田岭花岗岩熔体侵位后,其初始温度降低至结晶温度所需的时间（Δt col） 为4.1 Ma;由于结晶潜热释放而使结晶过程延长的时间（Δt L）为2.6 Ma; 由于骑田岭花岗岩基放射性元素含量 （U-15.3×10-6,Th-51.35×10-6,K2O-5.02%）是世界平均花岗岩放射性元素含量（U-5×10-6,Th-20×10-6,K2O-2.66%）的2~3 倍,骑田岭花岗岩浆侵位后产生的放射成因热使结晶过程延长的时间（Δt A） 为35.4 Ma,远长于世界平均花岗岩计算的Δt A（2.93 Ma） 。因此, 骑田岭花岗岩基的岩浆侵位- 结晶固化时差 （Δt ECTD）为42.1 Ma, 结合锆石U-Pb 年龄值（161 Ma）, 通过反演计算得出骑田岭花岗岩基侵位年龄值（t E ）为203.1 Ma,从而为骑田岭花岗岩基属于印支期侵位提供了重要的岩浆动力学佐证。     

一个尚需继续研究的岩体--中川花岗岩

国内外花岗岩研究的现状 :花岗岩体构造是花岗岩浆和岩体运动的产物。花岗岩体的侵位机制及其派生的构造是当代花岗岩地质学研究的前沿。大陆根 -柱构造是了解大陆动力学的钥匙 ,岩石探针被誉为研究壳幔性质与深部过程的新技术。它是当今大陆动力学研究的前沿科学 ,以往对花岗岩体侵位机制的研究多从岩相学、岩石学和地球化学方面入手 ,并不考虑围岩而只局限于对岩体本身的研究。近年来 ,流变学、现代变形理论和当代构造分析技术 ,尤其是应变分析技术的应用 ,加之把岩体侵位机制和围岩以及区域构造一起综合分析研究 ,国外已使花岗岩体的侵位…     

花岗岩类岩浆生成及侵位过程中的构造控制作用

花岗质岩浆的生成、分异过程不仅与物理-化学条件有关,而且受控于区域构造。花岗质岩浆的上升、侵位机制除取决于岩浆与围岩的流变性质外,也受构造环境的制约。本文主要讨论花岗岩类岩浆在不同构造环境下对岩浆侵位方式的控制机理,并提出在一个完整的岩浆演化序列中,受构造活动影响发生侵位方式改变的可能性。     

华北陆块东南缘蚌埠地区荆山岩体同位素年龄及其地质意义

华北陆块东南缘蚌埠地区广泛分布的一套花岗质岩石，长期以来一直被认为是太古代蚌埠期混合花岗岩。笔者通过野外调研和室内鉴定发现，无论是岩石类型组合，岩石结构特征，还是岩体与围岩明显的侵入接触关系，都表明其具有岩浆侵位及分异演化特征。尤其是从荆山黑云母二长花岗岩的黑云母中所获Ａｒ － Ａｒ 同位素年龄数据， 更进一步证明了该地区混合花岗岩为中生代燕山早期岩浆活动的产物。     

宽甸环斑花岗岩的同化混染成因

环斑花岗岩是发育于前寒武纪的一种特殊岩石。本文从环斑花岗岩的地质学、岩石学及矿物学等方面讨论了宽甸元古宙环斑花岗岩的成因,认为环斑花岗岩是由分异出石英二长岩的富钾质残余岩浆在深部同化围岩(类似盖县组的矽线石榴黑云斜长片麻岩及黑云母变粒岩等岩石)形成的含大量围岩捕虏晶的晶粥状岩浆,经侵位结晶而成。环斑长石的斜长石外壳是来自围岩的捕虏晶,它通过流动、吸附作用附着于钾长石巨晶的周围,构成环斑结构。     

广西栗木花岗岩岩浆气—液分异作用与成矿作用

广西栗木花岗岩是华南地区具有代表性的含锡、钨、钽、铌矿的稀有金属花岗岩,发育一些紧密共生但结构有明显差异的岩石。在岩相学研究的基础上,运用热动力学原理对这些特殊地质现象进行成因分析以了解相应的岩浆演化过程,得出的结论构成了岩浆演化的动态证据链并相互印证,且与热动力学方程检验结论相吻合。研究结果表明,气—液分异是稀有金属花岗岩最重要的成岩与成矿作用机制。当富水岩浆上升侵位时,岩浆发生大规模的气—液分异作用,形成新的熔体相和大量夹带气相的气泡。新的熔体相因饱和水压尸(H_2O)的突然降低而过冷却结晶形成斑状结构岩石,气泡则上升迁移至不同部位,随后破裂再次发生气—液分异形成残余气流体和残余熔体相。残余气流体进一步交代先结晶的斑状结构岩石形成蚀变带花岗岩,或者结晶形成伟晶岩。残余气流体还是金属成矿元素迁移的主要载体,岩体内带的蚀变花岗岩型锡铌钽矿的成矿作用主要与残余气流体对花岗岩的自交代作用有关,而岩体顶上带的岩脉型钨锡矿的成矿作用主要与残余气流体在围岩裂隙中的结晶作用有关。     

关于南岭中生代花岗岩侵位年龄与锆石U-Pb年龄的时差问题:与章邦桐教授等讨论

从南岭中生代花岗岩的显微结构特征、花岗岩液相线和固相线的已有实验成果、锆饱和温度信息、花岗岩体几何形态以及它们与围岩的接触关系等角度,提出这些花岗岩中锆石结晶温度较高,其结晶年龄与花岗岩岩浆侵位年龄之间的时差较小,很可能在锆石U-Pb年龄测定的误差范围内,因此,花岗岩中锆石的U-Pb年龄,能近似地代表花岗岩岩浆的侵位年龄。