洋壳渗透率结构对其内部热液对流的影响研究——基于热力学数值模拟

洋底特殊环境的限制使数值模拟成为研究海底热液对流与成矿机制的有效方法.本文通过数值模拟的方法,研究洋壳渗透率单因素变化对热液对流系统的形态和输出参数(热液喷发温度和热流值)进行研究.模拟结果表明,洋壳平均渗透率分别与热液喷发温度和热量输出呈反相关和正相关关系,符合达西流体热对流的基本解析规律.另外,洋壳渗透率的垂向变化不会使洋壳内部的对流系统产生明显的横向偏移,只使热液羽规模在垂向上产生规律性变化,且渗透率越大,热液羽规模越小.渗透率在水平方向的变化则是引发热液羽和热液喷发位置横向偏移的主要因素,且只有在特定的渗透率水平变化率范围内,上涌热液羽才会发生向高渗区的明显偏移,这也从一定程度上解释了现今拆离断层相关的热液系统均未发育于断层终止线上的事实.以大西洋Trans-Atlantic Geotraverse(TAG)热液区为例,断裂带高渗区必然影响相邻洋壳内部热液的上涌路径,但受区内拆离断裂带周缘的渗透率水平变化规律的影响,上涌热液羽不至于完全偏移至断裂带,从而产生拆离断层上盘的热液活动.     

锡矿山锑矿床成矿流体的热场与运移的数值模拟

根据湘中盆地的水文地质单元和锡矿山锑矿床的成矿模式, 利用流体运移的热-重力驱动模型, 在湘中盆地以锡矿山为中心, 选取了4条具代表性的剖面进行了数值模拟, 这4个剖面分别是: 锡矿山-大界垴剖面(AO)、锡矿山-大乘山剖面(BO)、锡矿山-龙山剖面(CO)、锡矿山-大丰山剖面(DO). 模拟研究表明:在整个盆地具有相同的大气降水和相同的入渗率条件下, 锡矿山锑矿床的成矿流体大部分来自于BO和CO两个剖面方向, 即锡矿山锑矿床的成矿流体主要来自于大乘山和龙山地区. 研究同时表明: 来自于大乘山和龙山地区的成矿热液向锡矿山地区运移平均速度为0.2~0.4 m/a.     

海底热液区的磁性特征

现代海底热液系统广泛分布于全球大洋中脊、海山、弧后盆地等地.根据基岩环境的不同,海底热液系统主要分为玄武岩型热液系统和超基性岩型热液系统两种,这两种不同类型的热液系统呈现出不同的磁异常特征.玄武岩型热液区主要呈现低磁异常特征,超基性岩型热液区则呈现高磁异常.这些热液区所呈现的磁场异常主要都来源于热液流体对基底岩石的蚀变作用.热液过程既可以破坏玄武岩中的磁性矿物,也可以与超基性岩作用产生磁性矿物.然而,即使是同一类型的海底热液系统,在不同的地质环境下其磁异常特征也有些许差异.如在中快速扩张脊、慢速和超慢速扩张脊、弧后盆地、火山海山等不同地质环境下的玄武岩型热液系统中,热源活动程度和流体通道形态的不同会造成弱磁区在形状和范围上的差异.通常情况下,海底热液区的磁异常区只有几百米的范围甚至更小,它所产生的短波长磁异常通常难以在海面上分辨出来,近底高分辨率磁力测量则是探测热液场磁性结构、寻找热液矿床的有效方法.     

数值模拟定量探索地形起伏及浮力在驱动地下水流中的相对重要性

地形起伏及浮力两者都可以驱动地下水流动,然而它们之间的相互作用仍然知之甚少.利用数值模拟方法,针对变密度流体及热传导问题,探讨了它们之间的相对重要性.二维有限元数值模拟结果表明地下水流的形态主要取决于单由地形驱动的流速和单由浮力驱动的流速的相对大小.当潜水面坡度较大而导致地形起伏产生的流速大于浮力产生的流速时,地形驱动的强迫对流会完全掩盖浮力驱动的自由对流.当潜水面坡度较小而导致地形产生的流速小于浮力产生的流速时,会出现混合自由及强迫对流现象,在这种情况下,虽然自由对流占主导地位,但不能忽略地形影响.这是因为地形驱动流体可以推动自由对流单元向坡下滚动,因而热液流体随时间呈周期性变化,不存在稳态解.近表存在的低透水性岩层可以抑制地形起伏对下伏自由对流的影响.     

大西洋TAG热液活动区流体演化模式

在大型海底热液硫化物矿体内部,海水与热液流体的混合过程在热液硫化物矿体的形成过程中扮演着重要角色,与之相关的一些科学问题,例如热液活动区不同性质热液流体之间的关系,热液硫化物矿体的化学组成和矿物组合特征及其控制因素等,成为近年来海底热液活动调查研究的重要内容．利用数值模拟方法,结合TAG区热液流体化学组成的实测资料,模拟了经过不同程度改造的海水同热液流体之间的混合过程,在此基础上探讨了TAG热液活动区黑、白烟囱流体之间的关系和硬石膏的沉淀机制．模拟计算结果表明：①海水的加热和海水与热液流体的混合是控制TAG区硬石膏沉淀的两个重要过程．②下渗海水被加热应该不会高于150℃,而热液端员流体的最高温度则应该高于400℃．③提出了TAG区热液硫化物矿体内部流体的演化模式：海水在下渗过程中被围岩加热,加热海水与热液端员流体发生混合,混合流体经过传导降温和上升过程喷出海底形成白烟囱或者温度较低的黑烟囱．另外一部分热液端员流体未与下渗海水发生混合,经传导降温过程喷出海底形成喷溢高温热液流体的黑烟囱．     

同生断层对层控超大型矿床的控制

同生断层对于超大型层控矿床的形成有重要的控制作用 .以对南秦岭、粤北、狼山等区的研究为基础 ,并综合对比国内外有关的同生断层控矿实例 ,提出了 3点新认识 :( 1 )不同级别的同生断层有不同的控矿作用 ,可称之为“同生断层多级控矿” ;( 2 )同生断层在盆地演化不同阶段 ,对盆地的流体 成矿系统有不同的控制作用 ;( 3)伴有热水沉积矿层的同生断层 ,在后期的构造 热事件中 ,因其作为地壳中先存的软弱面 ,常可复活而成为岩浆或热流体的通道 ,使原来的层状金属矿床又受到后期热液的叠加和改造 ,从而构成大型或超大型的复合型矿床 .     

海底冷泉的地震海洋学初探

海底冷泉活动在全球大陆边缘海域广泛分布.与传统利用高频声学方法探测海底冷泉羽状流不同,本文利用常规多道反射地震(地震海洋学)方法对海底边界附近水体进行成像,结合盆地流体逸散结构特征,圈定活动冷泉流体活动发育位置,分析其地震反射特征和流体活动特征.研究表明,活动冷泉流体渗漏、逸散活动在多道反射地震剖面上一般呈羽状、扫帚状和不规则状几何形态,内部反射杂乱,反射振幅偏弱,但也有振幅增强的情况出现,这可能是由于含有较多泥质和细粒颗粒物悬浮.所造成的.冷泉活动一般与盆地内部泥底辟、流体管道、断层和裂隙、气烟囱、海底麻坑和泥火山等流体逸散结构相关,反映了地层内部流体自深部向浅部运移,在海底渗漏、逸散形成了活动冷泉.但分析结果仍需要进一步实地观测和理论模拟等相关研究确认.     

渗透率对沉积物覆盖洋壳内热液循环的影响

上部洋壳内的热液对流是一个普遍存在的, 而且非常重要的地质过程. 在简单的平面边界条件下, 渗透率强烈地影响着热液循环的形态、对流体的大小及流体速度场. 通过使用高级数值模拟方法, 系统地研究了不同地层渗透率结构、地层非均质性、裂缝带及侵入体影响下的热液对流. 其中, 地质模型由沉积物、高渗基岩层、低渗基岩层三部分组成. 当高渗基岩层内的渗透率大于10倍的沉积物内渗透率时, 高渗层内发生对流现象. 热液循环的形态及流体流速受地层渗透率结构、高渗层内渗透率变化、裂缝带及冷却侵入体的强烈影响. 而地层非均质性(垂向与横向渗透率比值为1.5)对热液循环的影响相对较弱. 基岩内裂缝带是影响流场的最重要因素; 局部侵入体的影响范围只局限于其上方的对流强度, 而对区域规模的流动影响较小. 因此, 热液循环的关键因素是良好的渗透带(通道)及长期的热源, 而不包括流体来源.     

冲绳海槽现代活动热水区CO_2-烃类流体:流体包裹体证据

冲绳海槽是正在发生着海底热水喷流 (黑烟囱式 )和现代成矿过程的弧后扩张盆地 .JADE热水区热液补给带水 岩反应产物中的流体包裹体研究表明 ,海底深部热流体系极度富气 ,并存在两类相对独立、密切共生的CO2 烃类流体和盐水流体 .CO2 烃类流体包裹体成分总体上与天然气田的流体包裹体成分相当 .盐水流体包裹体以H2 O为主 ,CO2 和CH4呈过饱和状态 .盐水流体在海底呈黑烟囱流体喷射 ,CO2 流体在海底呈CO2 气泡排泄 ,并形成CO2 水合物 ,烃类气体或流体可能被局部封存 .CO2 CH4 H2 S气体或流体的大量存储及其与盐水流体的反应效应导致金属硫化物工业堆积 .     

拉分盆地形成机制三维数值模拟——以海原断裂带老龙湾盆地为例

拉分盆地是走滑断层系中受拉伸作用形成的断陷盆地.一般在两条平行断层控制下发育.盆地形似菱形,几何形态主要受两条主控走滑断层错距和叠接长度影响.本文以青藏高原东北缘海原断裂带老龙湾拉分盆地第四纪所处的构造环境为基础,参考盆地周围断层几何分布,建立了三维有限元数值模型,模拟该拉分盆地的演化过程;进一步分析了断层力学性质、地壳分层结构等各因素对盆地形成和演化的影响.模拟结果显示,盆地地表沉降伴随有下地壳物质的上涌,此上涌对盆地地表沉降存在阻碍作用.各因素的影响具体表现为:(1)断层力学性质(弹性模量和黏滞系数)越弱,其对构造应力较低的传递效率导致盆地两端差异性运动越明显,从而形成较大的盆地地表沉降和明显的上地壳减薄.(2)平行主控断层的叠接长度反映盆地形成的拉伸作用范围,叠接长度越大,相同的差异性运动在单位面积形成的拉伸应力越小,盆地地表沉降较小.(3)下地壳流变性影响其物质的上涌量,下地壳黏滞系数越小,其对上部拉伸作用的响应越明显,上涌量越大,此上涌对上地壳沉降形成的阻碍作用也越明显.根据老龙湾拉分盆地所处的构造格局,将平行断层的叠接长度取20km,当断层黏滞系数取值为周围基岩的1/10,参考该盆地第四纪构造演化历史,模拟得到的盆地第四纪下沉量与盆地内第四系沉积层厚度在规模上近似,下地壳黏滞系数取值在(2.5~5.0)×1021 Pa·s范围内时,盆地下沉量模拟结果与老龙湾拉分盆地第四系地层厚度吻合较好.     

超基性岩热液硫化物矿床磁性物质来源和磁异常特征

围岩为超基性岩的热液硫化物矿床是一种重要的海底热液硫化物矿床类型,相比围岩为玄武岩的热液硫化物矿床,超基性岩热液硫化物矿床研究相对较少,磁性特征也更为复杂．超基性岩热液硫化物矿床在热液蚀变作用下产生磁铁矿和磁黄铁矿等磁性矿物,从而呈现出与玄武岩型热液矿床相反的强烈的正磁异常．在超基性岩热液硫化物矿床发育的初始阶段,高温热液流体与周围超基性岩作用发生蛇纹石化,开始产生磁铁矿等磁性矿物,呈现出强烈的正磁异常;随着热液系统持续活跃,超基性岩蛇纹石化程度逐渐增加,产生的磁性矿物含量也逐渐增加,呈现的正磁异常达到最强;随着热液活动逐渐停止,热液蚀变伴随的蛇纹石化反应逐渐停止,热液系统温度逐渐降低,无法继续维持还原环境,之前产生的磁黄铁矿和磁铁矿会被氧化成非磁性硫化物或氧化物导致其磁性大大降低形成弱的正磁异常．然而,如Lost City这样的低温活跃的超基性岩热液系统也表现为较弱的正磁异常,原因可能为低温环境下超基性岩的热液蚀变与高温流体不同,低温环境下的蛇纹石化过程中铁元素会转移到所生成的非磁性水镁石等岩石中,导致也形成弱的正磁异常．     

南海扩张期岩浆流体对洋壳厚度的影响：数值模拟

扩张期洋中脊热液循环系统的热排出与岩浆系统的热注入共同控制着洋壳厚度的生成,而岩浆流体是热液循环系统的流体成分之一,往往与下渗海水混合参与各圈层能量和物质传递,但其能量传递对洋壳厚度的影响机制目前还不清楚.利用有限元的数值模拟手段,对扩张期热液循环系统中岩浆流体与洋壳厚度的关系进行研究.结果表明：(1)相较于只有海水参与的对流循环,含有岩浆流体的热液循环造成的洋壳厚度的减薄量更大、热液喷口温度更高.(2)岩浆流体对洋壳厚度的二次减薄作用随其含量的增大而减弱,热液喷口温度随其含量的增大而升高.(3)南海岩浆水、地幔水含量和洋壳厚度的分布具有非均质性,东部次海盆的地幔水、岩浆水含量高于西南次海盆,前者的平均洋壳厚度也大于后者,并且在海盆残余扩张脊附近存在异常薄洋壳.结合模型结果分析认为,残余扩张脊附近的薄洋壳可能受到扩张期热液循环或后期岩浆流体的影响,而东部、西南次海盆的洋壳厚度差异可能是由于前者的岩浆流体含量高于后者而造成的.     

基于深度学习构建2021年5月21日云南漾濞Ms6.4地震序列高分辨率地震目录

本文利用深度学习算法PhaseNet、震相关联算法REAL以及多种定位算法快速地构建了 2021年5月21日漾濞Ms6.4主震前3天至后7天的高分辨率地震目录,揭示了漾濞地震序列的精细位置分布及详细的时空迁移过程.漾濞地震序列的空间分布表现为多级雁列式结构,深度介于5～10 km之间.主断层自北西端朝着南东向呈放射状分布,并发育有多条贯穿主断层的共轭断层.早期前震随着时间有明显朝着主震迁移的特征,并呈现出一条狭长的条带状构造,反映其可能是地下流体运移的通道.     

断层破裂方式对银川盆地强地面运动的影响

银川盆地是受断层控制的断陷性盆地,边缘和内部发育了多条断裂带,特别是其内部晚更新世-全新世活动的银川隐伏断层可能对银川市的建设规划和抗震设防影响较大.为了研究银川隐伏断层活动对银川盆地强地面运动特征的影响,本文以银川隐伏活动断层作为目标断层,模拟了断层发生Mw6.5特征地震时,在单侧破裂和双侧破裂两种方式下,银川盆地的强地面运动分布特征.分析结果表明在两种破裂方式下,盆地内强地面运动表现出不同形态的地震条带状分布特征和上盘效应;同时受到银川盆地边缘断裂"西陡东缓"构造特征的影响,地表强地震动分布和断层附近观测点的时程也呈现出独特的盆地边界反射作用.在单侧破裂和双侧破裂两种模式下,近场强地面运动集中区总体上呈现北强南弱的现象,银川市及附近的芦花台等地区是强地面运动分布的主要区域.     

西南非海岸盆地层间麻坑的形成机理及其指示意义

麻坑是由于地下流体超压喷发而在海底形成的凹陷坑.按其分布层位可划分为层间麻坑和海底麻坑,而海底麻坑又可按其活跃状态划分为海底休眠型麻坑和海底活跃型麻坑.海底麻坑是全球海域含油气沉积盆地普遍发育的一种麻坑类型,而层间麻坑是一种较少见的麻坑类型.在研究西南非海岸盆地油气成藏条件时,发现该盆地发育层间麻坑现象.这种层间麻坑具有多期次发育的特点,在地震剖面上表现为强振幅、多期同相轴下拉叠加的特点,剖面形态为"V"或"U"型,从三维地震数据体沿层属性切片上能看到明显的异常带.本文通过对三维地震数据的解释,较为系统地研究了西南非海岸盆地层间麻坑的构型、演化模式及形成机理,并简要总结了层间麻坑对盆地油气勘探的指示意义.     

层间氧化带砂岩型铀矿流体地质作用的基本特点

通过对国内典型砂岩型铀矿—吐哈盆地十红滩矿床、伊犁盆地512矿床、鄂尔多斯盆地东胜矿床流体地质及其地球化学的研究,揭示了层间氧化带型铀矿流体作用的组成、成分、成因以及各主要蚀变流体的温度、PH,Eh,盐度、压力等物理化学性质.由流体包裹体分析认为流体的基本组成可分为两部分:一是为由包裹体氢、氧同位素特征可确认其为常温表生作用的大气降水,二为含CH4等烃类气体、CO2及少量H2S,CO,H2,N2等组分的天然气,在含油气盆地中往往含有少量的液态烃.氧化蚀变带流体性质往往是氧化碱性的,矿化作用阶段流体性质为中性或弱酸-弱碱及还原性,而在2次还原或还原作用带流体是强还原碱性的.流体中的含氧地下水是铀元素活化迁移的介质,而天然气中的CH4等烃类气体以及H2,H2S,CO等则是铀矿物沉淀的重要还原剂;流体环境的PH,Eh性质的转变是铀矿化形成的主要原因.     

地震研究中的断层流体动力学问题

流体在断裂带地震周期中具有重要作用。 在地震流体研究中, 该文建议在如下几个方面加强研究力度: ① 断层渗透结构和断裂带古水文地质旋回的研究; ② 断裂带流体循环的尺度效应; ③ 流体分布、 循环与构造展布关系; ④ 断裂带深浅部流体关系研究。 在断层流体动力学研究中, 建议就某一发震断裂带开展系统研究, 并优先解决以下问题: ① 断裂带流体的起源和成分; ② 产生和维持高孔隙压力的构造环境和水文地质条件; ③ 断裂带及邻近岩体流体运移及重新分布的机制; ④ 取得断裂带孔隙压力变化的数量知识; ⑤ 垂直方向和水平方向流体孔隙压力变化范围; ⑥ 地震周期中流体迁移与孔隙压变化规律。     

蔡家营、大井多金属矿床成矿流体和成矿作用

大井和蔡家营矿床流体包裹体均一温度范围相近. 均一温度-盐度关系表明大井矿床是富锡和富铜两种流体的叠加成矿, 而蔡家营矿床是一种流体的连续演化成 矿. 包裹体古流体稀土元素的研究进一步证实大井锡成矿阶段流体来源于地壳重熔岩浆、铜铅锌成矿阶段与蔡家营矿床铜铅锌阶段成矿流体均来源于地幔, 初步表明大井与蔡家营矿床铜铅锌成矿应属华北克拉通东部中生代强烈构造体制转折和伸展过程中引发的岩浆流体成矿作用的同一构造热事件的产物.     

西昆仑山构造格架与成矿堆积环境

本文在对西昆仑山广布的岩浆岩尤其是风岗岩研究取得的成果基础上，结合区域构造、沉积建造等其它地质特征，再造了西昆仑山地质构造发展历程，进而研究了区内成矿堆积环境及其矿床地质特征。结果表明，昆仑山经历了复杂的地质构造演化，是一条由北而南分别由加里东造山带、华力西造山带和燕山早期造山带组成的复合型造山带。区内存在以下5种主要成矿堆积环境：洋脊（蛇绿岩）成矿堆积环境（塞浦路斯型含铜黄铁矿矿床，豆莱状铬、镍矿床），被动陆缘成矿堆积环境（MVT铅锌矿床，Sedex型铅矿成床），火山弧成矿堆积环境（斑岩型铜矿床，黑矿型铜锌铅矿床，矽卡岩型铜铅锌多金属矿床），弧后盆地成矿堆积环境（海底火山喷发沉积型铁铜金矿床，气液充填型铜金铁矿床）和同碰撞成矿堆积环境（伟晶岩型稀有金属矿床，伟晶岩型多金属银矿床）。     

伊犁地块航磁异常与石炭纪铁矿床成因

研究表明,西天山大中型富铁矿床主要赋存于伊犁石炭纪弧后盆地,铁的成矿应与早石炭世海相火山诱发的熔流体喷溢与热液交代密切相关,且盆地建造制约矿化类型及其分布.区域航磁测量获得了近东西走向的高磁异常带和北西向、东西向的低磁异常带相间分布的格局,磁场梯度变化较大,客观反映了不同构造单元中地壳物质组分的明显差异,且很好地反映了阿吾拉勒铁矿带的区域分布特点.赋存于大哈拉军山组熔岩-火山碎屑岩建造中的铁矿床主要定位于火山机构断裂系中,大多与容矿火山岩系呈不协和接触关系,其产状取决于矿床在火山机构/火山穹窿中所处的具体位置,成矿物质主要来源于火山晚期高温熔流体和岩浆热液;而赋存于伊什基里克组的铁矿床主要属于化学沉积铁矿,其定位和规模主要受控于水下沉积洼地的古地貌特征,因而它们大多与上下盘地层呈整合接触关系.因此,伊犁盆地石炭纪海相火山岩建造与海相火山-沉积建造之间的差异性,很可能是控制不同类型矿床形成与定位的第一要素.