南海海盆扩张及洋中脊形成过程的数值模拟

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南海特殊的区域构造位置,复杂的地质作用,是研究大陆边缘形成机制以及海盆扩张模式的关键,再加上周缘盆地巨大的石油天然气远景,使对南海构造的演化机制研究成为国内外地学研究的热点。  南海海盆是由海底扩张形成的,受到水平拉张作用和地幔上涌的共同影响。洋中脊的演化、岩浆熔融和洋壳的形成过程是海底扩张的核心,是研究南海演化机制的关键,南海的扩张过程已结束,现有的洋中脊形态特征不明显,深部复杂环境使得数据采集面临很大困难,所以对于南海海盆扩张过程及洋中脊相关的研究也存在一定的局限性,没有充足的数据支持。本论文是结合已有的地球物理和岩石地球化学资料以及相关理论为基础,运用有限元数值模拟的计算方法分别建立南海扩张过程的动力学模型、洋中脊形成过程的岩浆热演化以及岩石相平衡计算的模型,以探究南海海盆的整个演化机制,通过对模型结果的分析可以得出以下几点认识:  (1)岩石圈扩张模型  岩石圈在受到单纯水平拉张作用下会有一定量的减薄,并且在岩石圈薄弱带和断层存在区域发生应力集中现象;岩石圈在单纯的水平拉力条件下很难发生张开破裂,附加地幔上涌力之后,岩石圈会有明显的减薄,并且相对于水平拉张会发生明显的快速破裂,即海盆的张开是在水平拉张力和地幔上涌力的共同作用下完成,并且地幔上涌力在海盆扩张过程中起着更重要的作用;岩石圈下地壳具有一定的流变性,该特征可以使岩石圈中存在薄弱带更易发生减薄破裂,即更有助于海盆的扩张。  (2)洋中脊形成过程中的岩浆演化模型  通过对不同扩张速度、岩石含水量模型计算结果的对比分析发现,在海盆扩张过程中,洋中脊的扩张速度和岩石的含水量的改变都会对岩石的减压熔融速度、熔融发生的起始深度以及岩浆产量等造成影响:洋中脊的扩张速度越大,地幔发生减压熔融的速度越快,并且相同时间段内,减压熔融的发生程度越高;在相同扩张速度下,岩石的含水量越高,降低了地幔固相线温度,熔融情况越早发生,起始熔融的深度也越深。  (3)扩张过程中对不同环境下岩石组分的计算  通过对洋中脊演化过程中不同时刻不同温压环境下岩石矿物组分的P-T相图计算,以及实测数据的约束,可以通过模型中矿物组成的分布在一定程度上推测选定年代岩石圈中任意位置(PT条件)的矿物组成情况,同时也可以根据已知的矿物组分反推该组分的分布区域和形成环境,从而为深部高温高压区域的研究提供岩石学依据,为找矿探矿工作提供启示。
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