南海扩张过程中岩浆熔融过程的动力学模型研究

摘要

南海位于欧亚板块、西太平洋板块和印度-澳大利亚板块的交汇处,是西太平洋边缘海的典型代表之一.南海是新生代海底扩张形成的小洋盆,也是我国唯一发育洋壳并且保留完整的海底扩张信息边缘海.大量研究表明南海陆缘为非火山型大陆边缘。根据非火山型大陆边缘的特点可知南海海盆在扩张过程中岩石圈的断裂拉伸占主导地位。拉张作用的初期，岩石圈在应力的作用下拉张减薄，发生"颈缩"变形。随着拉张过程的继续，岩石圈强烈减薄至发生破裂，在这一阶段主要研究的核心是岩石圈减薄，软流圈上涌发生减压熔融，形成岩浆房，随着岩石圈的破裂，岩浆上涌到岩石圈表面，大陆岩石圈拉张破裂后，海底扩张中心形成。大陆破裂到海底扩张过程就是洋中脊地幔熔岩上涌的过程，岩石熔融和岩浆作用是其中的重要组成部分。地幔物质在一定深度部分熔融形成岩浆，岩浆上涌到达地表固结形成新洋壳。大洋扩张过程中洋中脊下的地幔岩石熔融的主要机制是岩石上升引起的减压熔融，地幔岩石的固相线的温度相对于压力的梯度大约是13℃/kb，而在板块的扩张中心，随着板块的扩张地幔被动上涌，其温度相对于压力的梯度可以达到1-2℃/kb，地幔岩石绝热上升和地幔岩石固相线相交发生部分熔融。在熔融的过程中由于晶键断裂要消耗能量，岩浆熔融是吸热反应。这将导致温度降低。一般认为岩石熔融的区域是一个三角形，三角形的底部就是岩石固相线，它大概在60-80km深度。熔融区域的总量及部分熔融比例是由地幔的温度、上升的速度、地幔岩石的组分和是否含水等机制控制的，而熔融量直接决定海洋地壳的厚度。在大陆从破裂到海底扩张以及海底扩张停止后的各个阶段岩浆活动都是一个重要的地质过程，在动力学模型中需要对岩浆的熔融过程给予重点考虑。来自地下深处的火成岩蕴藏了丰富的深部信息及其形成时的物理化学条件和构造背景，被人们誉为"火成岩探针"、"超深钻"、或探测深部的"窗口"等。深海玄武岩是由深部地幔物质部分熔融形成的岩浆侵入地表的产物，它们往往和洋中脊的形成、深海裂谷作用、板块扩展作用及地幔热柱作用等直接相关，因此，研究深海玄武岩的形成物理化学条件及岩石地球化学特征对于研究地幔演化、壳幔作用、海底扩展及深海海盆的形成均有重要意义，本文研究采用动力学和岩石热力学耦合模型模拟在大陆从拉张到破裂的过程中岩浆的形成、演化和上涌过程。