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GUC和GLC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(GUC=GLC=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(GUC=GLC=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(GUC=GLC=17.5K/km)仅在下地壳底部聚集形成岩浆房,地形演化特征与温地壳背景的情况类似,但最大高程小于1.5km。(2)在同等地壳地温梯度条件下,上、下地壳的相对强度决定了岩浆的聚集样式:下地壳的强度越弱,岩浆更易在下地壳聚集形成岩浆房;上地壳的强度越弱,岩浆更易在地表喷发。进一步分析表明:岩浆的聚集样式受地壳地温梯度与地壳流变分层性的共同控制,地壳越热且流变强度分层性越显著则越有利于岩浆在地壳中的多层级侵位;每一期岩浆脉冲的供给均会导致岩浆房内部的超压值骤增。我们的模拟结果对理解火山喷发前壳内岩浆的赋存状态及岩浆活动区的地形演化具有启示意义。

柴达木盆地地温场分布特征及控制因素

含油气盆地的地温场在油气的生成、运聚及盆地演化过程中起着十分重要的作用。柴达木盆地是中国西部重要的含油气盆地,位于喜马拉雅构造域的东北部,盆地现今地温场特征研究不仅为柴达木盆地及周缘陆内或板内大陆动力学及盆地动力学研究提供了科学依据,同时也是油气成烃、成藏及资源评价等工作的研究基础。柴达木盆地现今地温场研究的前期工作主要集中在盆地西部,盆地的北缘、东部开展的工作很少,所用研究数据多取自20世纪之前,盆地现今地温场特征的系统研究尚比较缺乏,亟须开展相关研究工作。文中采用先进的钻孔温度连续采集系统,实现了深井稳态测温工作的大规模化、高精度化,使用光学扫描法测试岩石热导率,获得了批量的、高精度的岩石热导率数据,新增了17口钻井的测温剖面。研究表明:柴达木盆地现今地温梯度平均为(28.6±4.6)℃/km,地温梯度分布具有西部高,中、东部低的特点。柴达木盆地现今大地热流值平均(55.1±7.9)mW/m2,盆地不同构造单元大地热流分布存在差异。大地热流分布特征表明:柴达木盆地总体属于温盆,热流值低于我国大陆地区大地热流平均值,但高于西部的塔里木、准噶尔盆地。柴达木盆地现今地温场分布特征受地壳深部结构、岩石热导率性质及盆地构造等因素的控制。