詹華明，羅照華，林　舸

(1.天津華北地質(zhì)勘查局地質(zhì)研究所，天津 100370；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；3.中國(guó)科學(xué)院邊緣海地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州地球化學(xué)研究所，廣州 510640)

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東昆侖造山帶拆沉作用的數(shù)值模擬

詹華明1，羅照華2，林舸3

(1.天津華北地質(zhì)勘查局地質(zhì)研究所，天津 100370；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；3.中國(guó)科學(xué)院邊緣海地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州地球化學(xué)研究所，廣州 510640)

摘要：在構(gòu)建東昆侖造山帶晚古生代—早中生代地質(zhì)-物理模型的基礎(chǔ)上，利用FLAC軟件模擬了幔源巖漿底侵后形成的榴輝巖巖石圈拆沉作用及動(dòng)力學(xué)機(jī)制，結(jié)果表明，東昆侖造山帶在幔源巖漿底侵后確實(shí)發(fā)生過巖石圈拆沉作用，昆北、昆中、昆南地區(qū)的拆沉量差異較大，并形成以橄欖巖、榴輝巖和中酸性麻粒巖為源區(qū)的巖漿活動(dòng)；柴達(dá)木地區(qū)未發(fā)生拆沉作用，而是下沉，同時(shí)在高密度層(榴輝巖)的頂部存在較多的斷裂。文章探討了拆沉作用與大規(guī)模巖漿活動(dòng)、盆地形成、C型埃達(dá)克巖的關(guān)系，認(rèn)為鎂鐵質(zhì)巖石的特殊性質(zhì)是導(dǎo)致拆沉作用發(fā)生的直接動(dòng)力，巖石圈拆沉之后的深部約束受拆沉的量及范圍控制；論證了東昆侖造山帶的巖石圈拆沉作用觸發(fā)了柴達(dá)木盆地的形成，并形成一系列熱液礦床。

關(guān)鍵詞：東昆侖造山帶；拆沉作用；數(shù)值模擬；巖漿活動(dòng)

0引言

巖石圈拆沉作用傳統(tǒng)上被認(rèn)為是下地殼流動(dòng)增厚的結(jié)果[1-3]。如果巖石圈是剛性的，下地殼又為什么會(huì)發(fā)生塑性流動(dòng)呢？顯然，造山過程中造山帶陸殼的增厚與深部物質(zhì)和能量的注入有關(guān)[4-5]，這就是幔源基性巖漿的底侵作用。東昆侖造山帶于晚古生代—早中生代經(jīng)歷了一個(gè)完整的造山旋回。依據(jù)火成巖組合、沉積建造特征提供的證據(jù)，這一造山旋回可能涉及巖漿底侵、巖石圈拆沉2種地質(zhì)作用過程[6-8]。晚三疊世，巖石圈經(jīng)受了一次大的災(zāi)變事件——幔源巖漿的底侵[9-10]。羅照華等[8]分析了東昆侖幔源巖漿底侵作用與大規(guī)?；◢徺|(zhì)巖漿活動(dòng)的關(guān)系，認(rèn)為可能預(yù)示將產(chǎn)生巖石圈的重力不穩(wěn)定；由鄧晉福[11]巖石學(xué)結(jié)構(gòu)模型(圖1)推測(cè)出現(xiàn)拆沉作用；并根據(jù)東昆侖晚三疊紀(jì)—早侏羅紀(jì)的脈巖組合指示不同成分的源區(qū)巖石同時(shí)受熱，需要通過拆沉機(jī)制進(jìn)行調(diào)整。

無論東昆侖造山帶在晚古生代—早中生代經(jīng)歷了何種地質(zhì)作用過程，其關(guān)鍵的問題在于鄧晉福[11]模型中的地幔榴輝巖層形態(tài)是否為拆沉作用的結(jié)果？如果東昆侖造山帶經(jīng)歷了拆沉作用，為什么拆沉之后沒有大規(guī)模的巖漿活動(dòng)？為此，本文利用FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)數(shù)值模擬技術(shù)，利用格爾木—額濟(jì)納旗斷面巖石學(xué)結(jié)構(gòu)剖面[11]，模擬了東昆侖造山帶巖石圈的拆沉作用，以期闡釋東昆侖造山帶在幔源巖漿底侵以后是否發(fā)生了巖石圈拆沉作用，鎂鐵質(zhì)巖漿的特殊物理性質(zhì)是幔源巖漿底侵作用與巖石圈拆沉作用的聯(lián)系紐帶，以及拆沉作用與大規(guī)模巖漿活動(dòng)的關(guān)系等問題。

圖1　格爾木—額濟(jì)納旗斷面巖石學(xué)結(jié)構(gòu)(據(jù)文獻(xiàn)[11]修改)Fig.1　A sketch showing petrological structure of geoscience transect in the Golmud-Ejin1.綠片巖相上地殼；2.角閃巖相中地殼；3.中壓麻粒巖相下地殼；4.高壓麻粒巖相增厚下地殼；5.山根帶花崗質(zhì)榴輝巖；6.基性榴輝巖；7.橄欖巖上地幔巖石圈；8.軟流圈；9.花崗質(zhì)；10.花崗閃長(zhǎng)質(zhì)；11.閃長(zhǎng)質(zhì)；12.輝長(zhǎng)質(zhì)；13.波速vP/(km/s).

2數(shù)值模擬的構(gòu)建

2.1熱-應(yīng)力模型

FLAC是基于拉格朗日差分法的一種顯式有限差分程序，目前廣泛應(yīng)用于模擬計(jì)算不同尺度變形構(gòu)造和大陸動(dòng)力學(xué)問題[12-17]。本次模型熱運(yùn)移(transport)的本構(gòu)關(guān)系是以假設(shè)熱傳導(dǎo)(conductive)為主導(dǎo)作用，沒有考慮熱對(duì)流(cinvection)。因通常假設(shè)熱傳導(dǎo)在巖石圈的熱演化中起主導(dǎo)作用，而熱對(duì)流在深部地幔更為重要[18]。

巖石的力學(xué)行為遵循彈塑性理論(elastic-plastic constitute law)[12,18-20]。物質(zhì)的總應(yīng)變假設(shè)是由彈性部分和塑性部分組成的。彈性部分由Hooke法則決定：

式(1)中，σij為應(yīng)力；εij為彈性應(yīng)變；G、K和δij為剪切模量、體積模量和Kronecker delta分量。塑性部分由具有恒量或內(nèi)聚力(C)、摩擦角(φ)和膨脹角(ψ)的非相關(guān)塑性流動(dòng)規(guī)則來控制(non-associated plastic flow law)[19]。

τ=C-σntanφ(3)

式(3)中，C為內(nèi)聚力(cokesion)；σn為正常應(yīng)力(壓縮應(yīng)力用負(fù)號(hào)表示)；φ為摩擦角。對(duì)于具有屈服度的物質(zhì)，剪切應(yīng)力必須等于等式的右邊，它結(jié)合了內(nèi)部物質(zhì)屬性和正常應(yīng)力。這種屈服標(biāo)準(zhǔn)也可以用屈服函數(shù)f來表示。

f=τm+σmsinφ-Ccosφ(4)

式(4)中，τm為最大剪切應(yīng)力；σm為平均應(yīng)力。如果f<0(應(yīng)力狀態(tài)沒有達(dá)到屈服面)則物質(zhì)處于彈性狀態(tài)，如果f=0(應(yīng)力狀態(tài)達(dá)到了屈服面)則物質(zhì)處于塑性狀態(tài)。塑性勢(shì)能函數(shù)g為：

圖2　模擬剖面位置示意圖Fig.2　A sketch showing location of thenumberical simulation profile1.地體邊界斷裂帶；2.陸塊或島孤邊界斷裂帶；3.斷裂帶編號(hào)

Mohr-Coulomb彈塑性物質(zhì)在塑性方式中變形，它可能是由膨脹角控制的。在小尺度上，這種膨脹角可由晶粒的滑動(dòng)或孔隙空間、穴道和破碎的滑動(dòng)而產(chǎn)生。

軟流圈的變形遵循線性黏性蠕變機(jī)制(linear viscous rheology law)

2.2地質(zhì)模型

格爾木—額濟(jì)納旗地學(xué)斷面橫穿14個(gè)塊體，長(zhǎng)約1 050 km，各個(gè)塊體由深大斷裂帶作為邊界(圖2)。晚古生代—早中生代，斷面走廊所穿過的各地體已拼合成一個(gè)完整的陸塊，昆南斷裂為古特提斯洋在三疊紀(jì)閉合以后的產(chǎn)物，昆中斷裂為南昆侖地

體和北昆侖地體之間的地殼疊接帶，在奧陶紀(jì)和石炭紀(jì)時(shí)兩度打開，石炭紀(jì)未閉合[21]。柴北緣斷裂是柴達(dá)木與歐龍布魯克陸塊之間的分界巖石圈斷裂。東昆侖造山帶從泥盆世的區(qū)域伸展作用開始，歷經(jīng)活動(dòng)大陸邊緣的各種地質(zhì)事件，到晚三疊世已經(jīng)形成厚的陸殼和巖石圈，區(qū)域地質(zhì)演化歷史進(jìn)入了以俯沖板片斷離為誘導(dǎo)的晚造山運(yùn)動(dòng)的起始階段，俯沖板片的斷離作用引起大規(guī)模的幔源巖漿底侵作用，由于存在密度差，大部分巖漿滯留于莫霍面附近，其厚度可達(dá)數(shù)十千米，底侵作用導(dǎo)致大規(guī)?；◢徺|(zhì)巖漿活動(dòng)，中酸性巖漿活動(dòng)促使巖石圈冷卻，并導(dǎo)致基性物質(zhì)榴輝巖化[8]。

圖3　初始地質(zhì)模型幾何學(xué)形態(tài)Fig.3　Geometric morphology of the initial geological model

造山帶不同階段巖石圈結(jié)構(gòu)的特征是造山過程的記錄，現(xiàn)今地球物理探測(cè)結(jié)果近似于區(qū)域最近一次最強(qiáng)烈構(gòu)造-巖漿活動(dòng)事件的結(jié)果。區(qū)域地質(zhì)發(fā)展史表明，早中生代以后，東昆侖地區(qū)未再經(jīng)歷過強(qiáng)度超過早中生代的構(gòu)造-巖漿事件，依據(jù)格爾木—額濟(jì)納旗地學(xué)斷面地球物理測(cè)深資料建立的區(qū)域巖石學(xué)結(jié)構(gòu)，可以大致代表晚古生代—早中生代造山作用的結(jié)果(圖1)。由此設(shè)計(jì)了地質(zhì)模型和巖石學(xué)結(jié)構(gòu)(圖3)，模型模擬長(zhǎng)度為1 050 km，模擬深度300 km，網(wǎng)格數(shù)150×85。由于拆沉作用是突變事件，拆沉作用過程時(shí)間很短[22]，可把軟流圈以上的巖石圈地幔按脆性分層，軟流圈以蠕變作用變形。巖石圈的變形是其內(nèi)部及軟流圈結(jié)構(gòu)變化影響的結(jié)果，本文模擬實(shí)驗(yàn)建立的巖石圈/軟流圈層圈流變學(xué)模型為上地殼、中地殼、下地殼、加厚的下地殼、過渡層(高密度層)、巖石圈上地幔和軟流圈，它們具有不同的流變性，上地殼至軟流圈以上的巖石圈地幔具彈塑性，軟流圈具黏彈性。模擬剖面橫穿昆南、昆中、昆北、盆

表1　模型分區(qū)參數(shù)

表2　巖石屬性參數(shù)

中及柴北緣等5條斷裂。模型分區(qū)參數(shù)見表1。

2.3物理模型與邊界條件

模型的初始條件除需要模型幾何形態(tài)、熱邊界參數(shù)以外，還需要巖石屬性和應(yīng)力邊界條件和約束。內(nèi)聚力、抗張力、摩擦角、膨脹角、體積模量、剪切模量和密度決定巖石的物質(zhì)屬性，根據(jù)不同巖石放射性生熱特征[23-24]，選擇不同層位初始參數(shù)(表2)。依據(jù)Jull(2003)計(jì)算的鎂鐵質(zhì)下地殼巖石相變到榴輝巖的密度，結(jié)合巖石、礦物地震實(shí)驗(yàn)的資料[25]，證明選擇這些參數(shù)是較合理的。

在沒有外力條件下，為了防止模型坍塌，固定了底部和兩側(cè)邊界，模型內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)滿足如下關(guān)系[26]：

σzz=∫ρ(z)gzdz,σxx=σzzσv/(1-v)(7)

式(7)中，σzz，σxx為橫向和垂向應(yīng)力；ρ為密度；g為重力加速度；z為深度；v為泊松比。

2.4初始熱模型

參考已有的成果及下地殼包體的溫壓計(jì)算結(jié)果，假定地表溫度T(0，0)=25℃；殼內(nèi)地溫梯度δT/Δz(z,o)=21.8℃/km(0

3模擬結(jié)果

3.1拆沉作用的判別

研究巖石的破壞及其類型在構(gòu)造地質(zhì)力學(xué)中尤為重要。地殼中所遺留的不連續(xù)變形的構(gòu)造形跡都是地塊在物理環(huán)境受到構(gòu)造應(yīng)力作用而呈現(xiàn)的各種破壞表象，如地殼中廣泛發(fā)育各種力學(xué)性質(zhì)的斷層、節(jié)理等。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)，巖石由變形發(fā)展為破裂。為了表示巖石強(qiáng)度與應(yīng)力的關(guān)系，不同的學(xué)者提出了不同的破裂準(zhǔn)則，如庫(kù)侖-納維葉破壞準(zhǔn)則、摩爾破壞準(zhǔn)則、格里菲斯準(zhǔn)則、修正的格里菲斯準(zhǔn)則等。

本次模擬利用摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則，為描述方便，首先定義幾何參數(shù)(τf，C，φ，σc，ε)，其中：

τf=C+σ tan φC(8)

σ1=σ3ε+σ(11)

圖4　巖石強(qiáng)度條件Fig.4　Diagram showing condition of rock strength

式中，τf為正應(yīng)力σ作用下的極限剪應(yīng)力(MPa)；C為巖石的內(nèi)聚力；φ為巖石的內(nèi)摩擦角；σc為理論上的單軸抗壓強(qiáng)度(MPa)。

運(yùn)用強(qiáng)度曲線，可以直接判定巖石是否破壞。把應(yīng)力圓和強(qiáng)度曲線放在同一坐標(biāo)系中，若應(yīng)力圓在包絡(luò)線內(nèi)，則巖石未破壞；若應(yīng)力圓與強(qiáng)度線相切，則巖石處于極限平衡狀態(tài)(圖4)。

運(yùn)用庫(kù)侖-莫爾強(qiáng)度線判斷巖石破壞的依據(jù)為：

圖5　模擬過程中巖石破壞圖Fig.5　Sketch showing to rock failure in the process of numerical simulation of lithospherical delamination左圖中x為每個(gè)單元物質(zhì)；右圖中紅線為x點(diǎn)的位置

有限差分有很多優(yōu)點(diǎn)，如物理概念清晰，易于掌握，計(jì)算速度快、精度高，具有靈活性和通用性，可解決一些過去難以解決的特殊問題。其程序?qū)⒂?jì)算區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)劃分為若干個(gè)二維單元，單元之間用節(jié)點(diǎn)相連。拆沉作用是指連在一起的大陸巖石圈中的密度大的部分由于重力不穩(wěn)定而被拆離沉入軟流圈中。這就要求模擬過程中單元之間的節(jié)點(diǎn)破壞，程序崩潰。為了模擬密度大的部分拆離下沉至軟流圈，模擬過程中主要依據(jù)上述破壞準(zhǔn)則和各個(gè)單元的垂直方向位移量(y)，一是判斷每個(gè)單元代表的物質(zhì)是否破壞(圖5)；二是根據(jù)每個(gè)單元的垂直方向(y)位移趨勢(shì)是否向下運(yùn)移(圖6)，來判斷是否可能發(fā)生拆沉作用。如果滿足這2個(gè)條件，這個(gè)單元就可能拆離下沉。

3.2巖石圈拆沉

圖6　模擬過程中間各個(gè)單元y位移圖(單元位置同圖5)Fig.6　Sketch showing y displacement of rock unit in the process of numerical simulation of lithospherical delamination

北山是塔里木―阿拉善穩(wěn)定大陸的一部分，相對(duì)祁連造山帶來說，巖石圈地幔較穩(wěn)定和堅(jiān)硬，東昆侖山的變形主要受印度大陸的推擠力[11]。熱-應(yīng)力模擬時(shí)，假定晚三疊世構(gòu)造變形的動(dòng)力源來自印度大陸的推擠，在此初始穩(wěn)態(tài)熱-應(yīng)力參數(shù)條件下，于模型西則施加一穩(wěn)定的位移速率(施加速率的大小與巖石圈變形的持續(xù)時(shí)間有關(guān))。本次模擬左邊界施加向右的初始速度均為v=1cm/a，來恢復(fù)拆沉作用發(fā)生時(shí)的古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。圖7展示其模擬結(jié)果：當(dāng)巖石圈被壓縮4.1%的應(yīng)力場(chǎng)時(shí)，東昆侖造山帶發(fā)生了巖石圈拆沉作用，這與地球物理資料推斷在昆侖山下約130km深處存在一個(gè)向S傾的vP高速體(Leveque等， 1999)的結(jié)論吻合。而拆沉的量在昆北、昆中地區(qū)存在較大的差別，昆北地區(qū)的拆沉量大于昆中，昆南幾乎沒有。昆中地區(qū)還保留有很厚的高密度層(榴輝巖)，而昆北地區(qū)的量較少，在柴南緣地區(qū)接近下地殼底部，形成了以橄欖巖、榴輝巖和中酸性麻粒巖為源區(qū)的巖漿活動(dòng)。這與用“巖石探針”探到的東昆侖造山帶在190～230Ma的陸內(nèi)造山階段，南、北邊緣構(gòu)造性質(zhì)與深部過程具較明顯差異與不對(duì)稱性是一致的[27]，也與地球物理揭示的東昆侖山地殼厚度自南往北減薄的結(jié)果吻合[28]。柴達(dá)木地區(qū)沒有發(fā)生拆沉作用，而是下沉形成盆地，同時(shí)在高密度層的頂部存在較多的斷裂。發(fā)生拆沉作用后，軟流圈上涌，熱流值上升。現(xiàn)代熱流值表明，柴達(dá)木盆地的熱流值最低，平均為38mW·m，而東昆侖構(gòu)造帶最高，平均為72mW·m，分布不均[29]，這可能是東昆侖發(fā)生拆沉并導(dǎo)致柴達(dá)木盆地形成的原因。

3.3剪應(yīng)變?cè)隽?/p>

圖7　巖石圈拆沉的結(jié)果Fig.7　Lithospherical delamination diagram

高密度層的密度大于巖石圈地幔密度，在巖石圈中產(chǎn)生水平偏壓應(yīng)力σ1，造山帶的擠壓作用在巖石圈中產(chǎn)生水平偏張應(yīng)力σ2，這2個(gè)因素的疊加形成最終的應(yīng)力分布(圖8)。

造山帶變質(zhì)作用具有寬泛的地溫梯度，當(dāng)溫度≥550 ℃，大多數(shù)輝長(zhǎng)質(zhì)巖石都會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱褫x巖，高于800 ℃時(shí)不完全轉(zhuǎn)變的實(shí)例很少(Hacker，1996)。不同的地溫梯度會(huì)制約輝長(zhǎng)質(zhì)巖石從麻粒巖相向榴輝巖相的變質(zhì)進(jìn)程及其產(chǎn)物的成分，不同的物質(zhì)成分具有不同的密度，進(jìn)而影響應(yīng)力應(yīng)變的不均衡，圖9顯示了高密度層及其兩側(cè)變形強(qiáng)度的明顯差異。應(yīng)變集中分布于高密度層及斷裂部位，其中東昆侖山明顯高于柴達(dá)木盆地，且應(yīng)變量較柴達(dá)木強(qiáng)烈，在此巖石圈結(jié)構(gòu)中，這種應(yīng)力變形狀態(tài)有利于上部巖石圈尺度的剪切帶發(fā)育和斷裂活動(dòng)。本次模擬計(jì)算結(jié)果表明，鎂鐵質(zhì)巖石的特殊性質(zhì)是導(dǎo)致拆沉作用發(fā)生的重要因素。巖石圈發(fā)生拆沉作用，并不是所有的巖石圈及下地殼拆沉，這與巖石圈高密度層的物質(zhì)成分即應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。

4討論

有關(guān)拆沉作用的地質(zhì)意義，不同的作者有其自己的理解，其中許多學(xué)者認(rèn)為可能與后造山階段大規(guī)模巖漿活動(dòng)有關(guān)[22,30-31]。實(shí)際上，拆沉作用所造成的后果應(yīng)當(dāng)與導(dǎo)致拆沉作用的因素和拆沉作用的規(guī)模聯(lián)系起來考慮。這在數(shù)值模擬過程中得到了體現(xiàn)[32]。巖石圈拆沉之后將會(huì)導(dǎo)致3個(gè)可以預(yù)測(cè)的結(jié)果：軟流圈上升與減壓熔融；地殼伸展作用；以橄欖巖、榴輝巖和中酸性麻粒巖為源區(qū)的巖漿活動(dòng)。

圖9　拆沉發(fā)生時(shí)的應(yīng)力擾動(dòng)格局Fig.9　The stress distributions of a model during delamination封閉曲線為最大剪應(yīng)力分布曲線，最大剪應(yīng)力的值為0.35MPa，其等值線間隔為0.05MPa

一般認(rèn)為，拆沉作用導(dǎo)致大規(guī)模的減壓熔融和巖漿活動(dòng)[33-34]。從模擬結(jié)果來看，底侵物質(zhì)導(dǎo)致的拆沉作用規(guī)模直接與巖石相變規(guī)模和軟流圈對(duì)巖石圈的相互作用有關(guān)。由于大部分硅酸鹽礦物都是固溶體，輝長(zhǎng)質(zhì)巖石向基性榴輝巖轉(zhuǎn)變過程中必定有一個(gè)很寬的深度區(qū)間，即使在麻粒巖相與榴輝巖相之間也存在這樣的區(qū)間。因此，如果拆沉作用沒有使原來為輝長(zhǎng)質(zhì)巖石相變部分全部進(jìn)入軟流圈，上升軟流圈熱物質(zhì)直接接觸的將是具有較高固相線溫度的基性巖類，它們有可能不發(fā)生熔融或者熔融程度很低，不會(huì)導(dǎo)致區(qū)域規(guī)模的巖漿活動(dòng)，只有少量輝綠巖、煌斑巖、埃達(dá)克質(zhì)脈巖和A型花崗巖類脈巖的產(chǎn)生，造山帶從此進(jìn)入造山后伸展階段。反之，如果基性物質(zhì)全部被拆沉，熱的軟流圈物質(zhì)直接接觸的將是熔點(diǎn)較低的下地殼物質(zhì)，從而誘發(fā)大規(guī)模中酸性巖漿活動(dòng)，造山帶進(jìn)入另一個(gè)構(gòu)造巖漿旋回。數(shù)值模擬結(jié)果表明，東昆侖造山帶較相似于前一種情況。沿昆北構(gòu)造帶廣泛分布的中基性脈巖及堿長(zhǎng)花崗質(zhì)脈巖出露面積并不大，但很有意義，是巖石圈拆沉作用的標(biāo)志[8,31]。

現(xiàn)今的造山帶一般都具有較高的海拔高度，如喜馬拉雅、安第斯等，其周邊盆地和山間盆地都接受了巨厚的沉積物堆積。從這個(gè)角度來看，造山隆升與盆地堆積是有必然聯(lián)系的。中國(guó)東部的研究也表明，中生代造山過程可能造就了巨大的山脈[35]或高原[36]，華北平原中新生代的巨量堆積是否也是造山后的結(jié)果？1998年，羅照華提出了柴達(dá)木盆地的形成可能與東昆侖造山帶的巖石圈拆沉作用有關(guān)的設(shè)想。近年來，隨著研究的深入，一些新證據(jù)的發(fā)現(xiàn)使這一設(shè)想獲得更多的支撐。例如，冷湖油田的復(fù)活表明，柴達(dá)木盆地在早侏羅世就已經(jīng)開始有大規(guī)模的沉積物堆積[37]，是一個(gè)典型的中、新生代盆地，而這個(gè)過程恰好處于早中生代造山過程剛剛結(jié)束之后，這是一種巧合還是必然？柴達(dá)木盆地北緣發(fā)育的反沖疊瓦式斷裂構(gòu)造，根據(jù)新的物理模擬結(jié)果，其前提是基底應(yīng)當(dāng)有較大規(guī)模的縮短[38]，也就是變熱，那么使基底變熱的因素是什么呢。據(jù)宋仲和等(1991)對(duì)SV波和SH波的介質(zhì)各向異性研究得知,祁連山地區(qū)淺部受到拉張作用。這些現(xiàn)象均表明，柴達(dá)木盆地的形成可能與東昆侖造山帶的巖石圈拆沉作用有直接的聯(lián)系。數(shù)值模擬結(jié)果把這一地質(zhì)過程用數(shù)學(xué)方式表達(dá)了出來(圖8)，這為研究盆山耦合提供了新的思路。

從巖石成因角度來看，玄武質(zhì)巖漿起源于地幔，花崗質(zhì)巖漿起源于地殼。那么，安山質(zhì)巖漿起源于什么地方呢？大多數(shù)學(xué)者偏向于安山質(zhì)巖漿是基性與酸性巖漿混合的產(chǎn)物[39-40]，除了玻鎂安山巖之外，大多數(shù)安山巖既不能起源于地殼也不能起源于地幔。得出這個(gè)結(jié)論是基于地幔和地殼的平均物質(zhì)組成特征、地殼厚度以及溫度場(chǎng)。自從Defant等(1990)提出埃達(dá)克巖可能起源于俯沖板片的熔融之后，新的巖漿源區(qū)得到了人們的關(guān)注，這表明，榴輝巖相變質(zhì)基性巖可能是地球上第三個(gè)端元巖漿。與此相應(yīng)，部分學(xué)者也提出了C型埃達(dá)克巖的問題。C型埃達(dá)克巖可能是巖石圈中的基性巖部分熔融的產(chǎn)物[41]，其構(gòu)造背景極有可能是巖石圈拆沉作用[42]。

模擬結(jié)果表明，上涌的軟流圈沒有直接與下地殼接觸，而是以橄欖巖、榴輝巖和中酸性麻粒巖為源區(qū)的巖漿活動(dòng)。榴輝巖層部分熔融的性質(zhì)與俯沖板片的熔融應(yīng)當(dāng)相似。區(qū)內(nèi)晚三疊世末期和早侏羅世初期的一些火成巖地球化學(xué)特征表明，它們普遍具有埃達(dá)克質(zhì)巖石的特征，值得今后進(jìn)一步的研究。

已有資料表明，拆沉作用是熱液-成礦作用的重要機(jī)制之一，拆沉作用使得軟流物質(zhì)侵位到淺部巖石圈中，導(dǎo)致中上地殼伸展構(gòu)造的形成，多源流體在此演化過程的控制下形成并富集成礦。

地質(zhì)資料顯示，東昆侖造山帶的熱液脈狀礦床成礦作用主要在印支期[43-44]。在中-晚三疊世東昆侖造山帶存在幔源巖漿的底侵作用和大規(guī)模的巖漿混合作用，底侵的幔源巖漿導(dǎo)致地殼的部分熔融或殼幔物質(zhì)同熔，形成區(qū)域巖漿-熱液成礦系統(tǒng)，這些底侵的幔源巖漿富含揮發(fā)分(CO2等)和成礦元素(Cu，F(xiàn)e，Zn等)。當(dāng)?shù)浊值尼Ｔ磶r漿上侵后，地殼物質(zhì)熔融并導(dǎo)致2類巖漿混合，其中的成礦元素直接進(jìn)入?yún)^(qū)域巖漿-熱液體成礦系統(tǒng)。隨著造山帶的冷卻，幔源巖漿冷卻固結(jié)并經(jīng)變質(zhì)作用成為殼幔過渡層或下地殼的一部分，并在下地殼底部囤積成一個(gè)“成礦物質(zhì)庫(kù)”。這些高密度層引起巖石圈重力不穩(wěn)，誘發(fā)巖石圈產(chǎn)生拆沉作用，使大陸巖石圈異常增溫。東昆侖造山帶拆沉作用的初步數(shù)值模擬表明，拆沉結(jié)果是以橄欖巖、榴輝巖和中酸性麻粒巖為源區(qū)的巖漿活動(dòng)，儲(chǔ)庫(kù)中的成礦物質(zhì)加入其中，形成東昆侖造山帶的熱液礦床。由此可見，拆沉作用為區(qū)域巖漿-熱液礦床成礦提供了動(dòng)力學(xué)前提。

5結(jié)論

對(duì)東昆侖造山帶幔源巖漿底侵以后形成的榴輝巖巖石圈拆沉作用的模擬表明：①東昆侖造山帶在幔源巖漿底侵以后，確實(shí)發(fā)生過拆沉作用，昆北、昆中、昆南地區(qū)的拆沉量差異較大；②鎂鐵質(zhì)巖石的特殊性質(zhì)是導(dǎo)致拆沉作用發(fā)生的重要因素，底侵的幔源巖漿的相變引起的密度差引起拆沉作用的發(fā)生；③折沉作用后是否發(fā)生大規(guī)模的巖漿活動(dòng)，與拆沉的量及范圍有直接的聯(lián)系；④進(jìn)一步論證了東昆侖造山帶的巖石圈拆沉作用觸發(fā)了柴達(dá)木盆地的形成，并形成了一系列熱液礦床；⑤柴達(dá)木地區(qū)沒有發(fā)生拆沉作用，而是下沉，在高密度層的頂部存在較多的斷裂。

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NumericalsimulationofdelaminationintheeastKunlunorogenicbelt

ZHANHuaming1,LUOZhaohua2,LINGe3

(1.Geological Research Institute, North China Geological Prospecting Bureau, Tianjin 100370, China;2.China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China;3.Key Laboratory of Marginal Sea Geology, Chinese Academy of Sciences,Guangzhou Institute of geochemistry, Guangzhou 510640, China)

Abstract：Based on the Late Paleozoic-early Mesozoic Geological-physical model building of the East Kunlun orogenic belt software FLAC was used to simulate the delamination of eclogite lithosphere formed after underlay of mantle derived magma and the dynamic mechanism. The results show that the lithospheric delamination did happen after the mantle derived magma underplating with varied delamination in the north, central and south of Kunlun areas and magmatic activities in the peridotite, eclogite and intermediate-acidic granulite areas. No delamination occurs in Qaidam region, only sink, and many fractures at top of the high density layer(eclogite). This paper discussed the relation of delamination to large scale magmatic activities and formation of basin and the C type adakite. We consider that the special nature of the mafic rocks is the direct force leading to the delamination. The deep constraint of the lithosphere is controlled by the amount and range of the delamination. It is proved that the lithosphere delamination of the east Kunlun orogenic belt triggered the formation of the Qaidam Basin and a series of hydrothermal deposits.

Key Words：the east Kunlun orogenic belt; delamination; numerical simulation; magmatic activity

收稿日期：2015-04-14；責(zé)任編輯：趙慶

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2002CB412601)及中國(guó)科學(xué)院邊緣海地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(編號(hào)：MSGLCAS0405-8)聯(lián)合資助。

作者簡(jiǎn)介：詹華明(1974—)，男，高級(jí)工程師, 碩士， 2005 年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)( 北京) , 從事礦產(chǎn)勘查及城市地質(zhì)工作。

通信地址：天津市河?xùn)|區(qū)廣瑞西路67號(hào), 天津華北地質(zhì)勘查局地質(zhì)研究所；郵政編碼：300170；E-mail: zhm74922@163.com

doi：10. 6053/j. issn.1001-1412. 2016. 01. 010

中圖分類號(hào)：P542.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A