形成過程的不可觀察性是花崗巖成因長期爭論的重要原因。數(shù)值模擬技術(shù)與超級計算機的結(jié)合,為花崗巖形成熱動力學過程的數(shù)字重建提供了可能性。本文首先回顧了花崗巖形成過程數(shù)值模擬所需的物理化學參數(shù)的獲取研究,其中一個重要進展是將上陸殼作為一個整體,重新厘定了巖石"平均強度"突降或流變學轉(zhuǎn)換,即MCT、FMT、SLT對應的熔體比,為研究深熔巖漿的形成過程提供了重要的實驗約束。在此基礎(chǔ)上,介紹了基于巖漿侵入模型的物理和數(shù)值模擬研究進展。在巖漿侵入模型中,巖體與"源區(qū)"是分離的。各巖體與其相應"源區(qū)"之間地質(zhì)條件的差別,使得現(xiàn)有的針對特定巖漿定位模式建立的數(shù)字模型,難以具有普適性。文章的最后部分展示了作者利用天河2號超級計算平臺,在Chen and Grapes（2007）提出的"原地重熔"地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上,對殼內(nèi)大規(guī)模熔融和熱對流的2-D數(shù)值模擬結(jié)果,初步重現(xiàn)了花崗巖和混合巖形成的熱動力學過程。模擬結(jié)果揭示,熱對流是殼內(nèi)熔融能夠形成大規(guī)�；◢弾r漿的根本原因;巖漿"頂蝕"作用導致MI（SLT）界面向上移動和巖漿層增厚;殼內(nèi)巖漿層發(fā)展的必要條件不是高的地殼溫度,而是巖漿系統(tǒng)有持續(xù)的熱供給,使系統(tǒng)能在較長... 

【文章來源】：巖石學報. 2017,33(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

部分熔融巖石中的熔體比與溫度和集料強度變化關(guān)系圖

圖2巖漿底辟過程上陸殼溫度場變化數(shù)值模擬(據(jù)Polyanskyetal.，2010)(a)預設(shè)物理模型;設(shè)上陸殼厚度為30km;下陸殼深色部分為侵入的基性巖漿，其上方為上陸殼巖石的部分熔融區(qū)，實線(相當于固相線)為熔區(qū)邊界;(b)數(shù)值模擬結(jié)果.底部為上陸殼下界面，溫度為1200℃;灰度變化區(qū)域示熔區(qū)內(nèi)部的溫度變化(650～1200℃)(見圖左方的灰度標尺);灰色部分為巖石，實線為等溫線(℃).其中，b1為初始態(tài)，b2為過渡態(tài)，b3為終態(tài);從初始態(tài)到終態(tài)所需時間為2.162MyrFig.2Numericalmodelingoftemperaturefieldwithevolutionofdiapirupwelling(afterPolyanskyetal.，2010)圖3地殼巖漿房對流和頂板熔融模擬實驗結(jié)果(據(jù)KanekoandKoyaguchi，2000簡化)(a)初始態(tài);(b)對流開始，對流層上方蓋層因頂蝕作用而減薄，不熔物或結(jié)晶物在底板堆積;(c)實驗進行50min的情況;而虛線是根據(jù)流體成分確定的溫度剖面Fig.3Simultaneousconvectionandroof-meltingofcrustalmagmachambers(redrawnafterKanekoandKoyaguchi，2000)間”視為一個整體，認為殼內(nèi)熔融產(chǎn)生的巖漿(及由此固結(jié)而成的花崗巖)，在地殼中的產(chǎn)出是成層的，“巖體”只是花崗巖層上界面(重熔界面)與現(xiàn)代剝蝕面幾何關(guān)系的反映(ChenandGrapes，2007)。圖5a是殼內(nèi)熔融(深熔)的地質(zhì)模型，模型設(shè)置大陸地殼厚度為40km，其中硅鋁質(zhì)上陸殼(包括中陸殼)25km，鐵鎂質(zhì)下陸殼15km;地溫梯度為30℃/km，線性增溫(圖5a')。已知6kbar壓力下，長英質(zhì)巖石的濕固相線溫度多在600℃左右(陳國能等，2017)，故圖5a中20km深度處的巖石應已開始熔融，且?guī)r石的熔融程度隨著溫度向下升高而逐漸增大。至深度23.5km(對應溫度705℃)處，巖石中的熔體比應已達到流變學固-液轉(zhuǎn)換(SLT)要求(～40%，見圖1)。這意味著該深度以下至25km深度(上陸殼底面)的巖

陸殼溫度場變化數(shù)值模擬(據(jù)Polyanskyetal.，2010)(a)預設(shè)物理模型;設(shè)上陸殼厚度為30km;下陸殼深色部分為侵入的基性巖漿，其上方為上陸殼巖石的部分熔融區(qū)，實線(相當于固相線)為熔區(qū)邊界;(b)數(shù)值模擬結(jié)果.底部為上陸殼下界面，溫度為1200℃;灰度變化區(qū)域示熔區(qū)內(nèi)部的溫度變化(650～1200℃)(見圖左方的灰度標尺);灰色部分為巖石，實線為等溫線(℃).其中，b1為初始態(tài)，b2為過渡態(tài)，b3為終態(tài);從初始態(tài)到終態(tài)所需時間為2.162MyrFig.2Numericalmodelingoftemperaturefieldwithevolutionofdiapirupwelling(afterPolyanskyetal.，2010)圖3地殼巖漿房對流和頂板熔融模擬實驗結(jié)果(據(jù)KanekoandKoyaguchi，2000簡化)(a)初始態(tài);(b)對流開始，對流層上方蓋層因頂蝕作用而減薄，不熔物或結(jié)晶物在底板堆積;(c)實驗進行50min的情況;而虛線是根據(jù)流體成分確定的溫度剖面Fig.3Simultaneousconvectionandroof-meltingofcrustalmagmachambers(redrawnafterKanekoandKoyaguchi，2000)間”視為一個整體，認為殼內(nèi)熔融產(chǎn)生的巖漿(及由此固結(jié)而成的花崗巖)，在地殼中的產(chǎn)出是成層的，“巖體”只是花崗巖層上界面(重熔界面)與現(xiàn)代剝蝕面幾何關(guān)系的反映(ChenandGrapes，2007)。圖5a是殼內(nèi)熔融(深熔)的地質(zhì)模型，模型設(shè)置大陸地殼厚度為40km，其中硅鋁質(zhì)上陸殼(包括中陸殼)25km，鐵鎂質(zhì)下陸殼15km;地溫梯度為30℃/km，線性增溫(圖5a')。已知6kbar壓力下，長英質(zhì)巖石的濕固相線溫度多在600℃左右(陳國能等，2017)，故圖5a中20km深度處的巖石應已開始熔融，且?guī)r石的熔融程度隨著溫度向下升高而逐漸增大。至深度23.5km(對應溫度705℃)處，巖石中的熔體比應已達到流變學固-液轉(zhuǎn)換(SLT)要求(～40%，見圖1)。這意味著該深度以下至25km深度(上陸殼底面)的巖石應已全部熔斷，?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]花崗巖漿形成定位機制的思考與研究進展[J]. 陳國能,王勇,陳震,彭卓倫.  巖石學報. 2017(05)
[2]大陸演化與花崗巖研究的變革[J]. 翟明國,張旗,陳國能,王汝成.  科學通報. 2016(13)



本文編號：2986225