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。