峨眉山地幔柱与岩石圈的相互作用及岩浆在岩石圈中运移过程的数值模拟

The eruption of basalt at the Emeishan and formation of rift valley at Panxi are most important thermal tectonic event on western of Yantze block in Late Paleozoic， which also is one of most notable activity of mantle plume over the world during the period. The plentiful achievements on research of the Emeishan mantle plume have been achieved from various aspects such as geology, geophysics and geochemistry by Chinese scientists in field of earth science. The applying project aims to study theory and method of numerical analysis on interaction between mantle plume and lithosphere and dynamic process of transportation of magma in lithosphere, and to take the Emeishan mantle as an example. The study will concentrate on two aspects: first, to study the interaction between the Emeishan mantle plume and lithosphere and to numerically simulate the process about formation of deep rift, production of magma and uplift or subsidence of surface; second, to study the condition of mechanics and physics on which magma may intrude into lithosphere from its bottom, transport in crust and even reach to nearby surface, to explore its change in space and time, and meanwhile to show the process in way of visualization. It has very important significance that this project explores the significant geological event of Emeishan plume from angle of geodynamics and offers an analytical basis on the minerogenetic environment and condition of thermal dynamics at the site.

峨眉山玄武岩喷发及攀西裂谷的形成是晚古生代扬子板块西缘最重要的热构造事件，它也构成了晚古生代全球最显著的地幔柱活动之一。过去几十年我国地学研究人员已在地质、地球物理和地球化学等多方面对峨眉山地幔柱进行了研究，并取得了丰硕成果。本申请项目拟就地幔柱与岩石圈相互作用及岩浆在岩石圈中运移的动力学过程进行数值模拟的理论和方法研究，并应用到峨眉山地幔柱。研究将集中在两个方面：其一，研究峨眉山地幔柱形成后在上升到岩石圈底部与其相互作用，数值模拟地幔物质大规模运动造成的深部断裂及岩浆产生的过程以及地表隆升与沉降；其二，研究在什么力学和物理条件下，岩浆可从岩石圈底部侵入并在地壳内运移甚至上升到地表附近，探讨其规模和时限如何，同时给其运移过程以动态显示。本项目从地球动力学角度探讨峨眉山地幔柱这一重大的地质事件，并为该地区成矿环境及热动力学条件提供依据，具有十分重要意义。

地幔柱是最可能形成大火成岩省的原因之一，同时地幔柱与岩石圈的相互作用也极大的影响着岩石圈的构造演化。峨眉山大火成岩省是中国大陆发现的与地幔柱有关的地质构造区之一。本项目从地幔柱与岩石圈相互作用及其相关的熔融问题和软弱带的影响进行了相应的研究，并将结果应用到峨眉山大火成岩省的形成机制解释中去。应用Ellipsis3D程序，通过数值模拟的方法，得到了如下结果：.（1）地幔柱与岩石圈相互作用大致可以分为三个阶段：地幔柱上升期；地幔柱与岩石圈纵向作用；地幔柱与岩石圈横向作用，岩石圈开始剪切变形。（2）地幔柱和岩石圈的相互作用会引起地表的隆升和沉陷。开始地幔柱顶部地形不断向上隆起，随后又慢慢下沉；而地幔柱的两侧区域则开始先向下沉陷，然后又慢慢向上抬升，直至趋于水平位置。（3）地幔柱上升到岩石圈底部时，随着时间的推移，岩石圈底部剪切变形越剧烈，最终可导致岩石圈底部的拆沉作用。（4）不同的粘度模型对数值模拟结果影响非常大；当下地壳流变强度比较小时，上地壳的流变结构控制着地幔柱顶部地表地形隆起程度，流变强度越大，隆升高度越小。而下地壳的流变结构控制着地幔柱两侧地表地形的下沉幅度。（5）地幔柱与岩石圈相互作用的熔融相关过程分为三个阶段：地幔柱的初融阶段，地幔柱自身熔融占主导，减压熔融为主因；地幔柱与岩石圈的纵向作用阶段，岩石圈地幔开始熔融，地幔柱以减压熔融为主，岩石圈地幔以升温熔融为主；地幔柱的横向展平阶段，随着地幔柱的扩展岩石圈地幔熔融范围增加，以升温熔融为主，地幔柱自身熔融程度减小。 (6) 软弱带会造成剪应力集中及应变局部化，有利于深大断裂的发育和对应岩浆通道的形成。 (7) 软弱带的存在和分布方式影响大火成岩省的分布范围及最终形态。结果显示，浅层岩石圈力学性质的非均一性也可以为解释地幔柱的非对称形态提供了一种可能的机制。. 研究结果丰富了对地幔柱和岩石圈相互作用的认识，加深了对大火成岩省形成的理解，具有一定的科学意义。