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《中国地质大学》 2011年
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岩浆热液成矿系统的数值模拟

张嵩松  
【摘要】:数值模拟是研究成矿过程的重要手段及发展趋势,其以计算机程序模拟成矿过程,探讨各类地质因素在不同时间阶段对成矿过程的影响,论证已有的成矿理论与假设并为矿产勘查提供建议。数值模拟技术始于20世纪50年代,最初应用于油气藏渗流及水文地质方面的研究,随后进入构造学领域。数值模拟在这些领域的研究带动了固体矿产成矿系统数值模拟,地质学者逐渐将数值模拟作为一种手段用于成矿系统的研究,国内地质工作者对此还缺乏了解。 目前,成矿数值模拟的主要对象为与盆地相关的SEDEX型与MVT型矿床,此类矿床赋存于一系列的碳酸盐岩和硅质碎屑岩中且无明显的火山作用,另外则是火山岩型矿床,主要的对象是火山块状硫化物矿床(VHMS)。虽然研究对象各有侧重,但一般都针对整个成矿热液系统进行模拟,并且采用的方法与技术的相同。本文详细总结了数值模拟在固体矿产热液成矿系统研究中的发展过程及研究趋势,介绍了热液成矿系统数值模拟的实施步骤,并阐述了建模过程中所考虑的主要地质因素及其实现方法,而后例举HYDROTHERM、ANSYS、FLAC等当前此领域内主要的应用软件,并对国内成矿数值模拟的研究状况进行了归纳。 本文根据云南个旧锡多金属矿区的地质资料与数据,采用有限差分模拟软件HYDROTHERM建立了卡房岩体岩浆热液系统的数学模型,模拟结果较好地反映了岩浆期后热液系统的演化过程;而后又对模型进行了灵敏度分析,以确定各因素在热液系统演化过程中的作用与影响大小。此外,还通过有限元软件ANSYS建立了该地区岩浆系统的热应力模型,讨论了除构造应力以外的另一种地应力——热应力的取值范围与意义,并与HYDROTEHRM模型进行了对比讨论。研究结果表明: (1)老卡岩体侵入后其岩浆热液系统的演化可以持续十几万年,其中温度场与流体场的演化可以持续到热液系统的后期,而水压场的衰退相对较快,仅为5000年左右。 (2)温度场的演化过程表明高温的硅酸盐成矿阶段作用时间不到2000年,其作用范围仅限于岩体与碳酸盐岩地层的接触带区域;中温的氧化物阶段与硫化物阶段的作用时间近20000年,作用范围可扩展至距岩体700~1000米的位置;低温的碳酸盐成矿阶段的是一个相对更长且作用范围最广的阶段,作用时间可持续到热液系统结束,且可到达距花岗岩基近3000米的位置。 (3)对水压场演化过程的分析表明气水热液聚集形成的高压高渗透区域可以使热液系统在更大范围内达到成矿压力并使其持续更长的时间,这种区域较长时间的存在有利于成矿。 (4)流体场的演化最为复杂,按主要驱动机制及流动形式的差别可以将热液系统的流体场演化过程划分为四个阶段:1、(不到100年)在热液系统演化的初始阶段,流体以纵向流动为主,此时水压为流体流动的主要驱动因素。地层中流体的质量流动速率约为0.1~0.5gs-1cm-2,断裂中流体的流动速率为地层中的数十倍。2、(100年~5000年)某些断裂中流体开始向下运移,地层中断裂附近的流体对流逐渐形成,流体流动开始受因温度变化引起的密度差异的控制,在第一阶段向此阶段的过渡过程中,流速明显下降。3、(5000年~50000年)断裂之间区域的对流开始发生,因为此时地层中的流体已基本恢复至静水压力,密度差异驱动成为主要因素。从第二阶段的中期到此阶段的结束,地层中的流体渗流速率为0.1~0.3 gs-1cm-2,而断层中的流体流速约为1.0~2.0 gs-1cm-2。4、(50000年~热液系统演化结束)热液系统中的流体场开始衰退,最先消失的是对流现象,而流体在断裂中的纵向流动及在断裂之间的横向流动将会持续热液系统演化结束,流速逐渐衰减。 (5)相对于水压场,断裂对温度场与流体场的演化有较强的控制作用。一些断裂提供了大气降水向下运移的必要路径,其分布与组合控制着流体的流动速率、流动方向及流动形式(对流或平流),并间接影响着温度场的分布与演化状况。贯穿花岗岩的断裂周围易发生对流现象,较未贯穿的断裂更可能利于成矿作用的发生;断裂之间的区域也会出现对流,而且可以持续很长时间(数万年),这在一定程度上可以解释在矿产地为什么主要分布于断裂之间的区域;岩体附近的侧向断裂可以增加岩浆热液在岩体侧向的流动距离,使侧向断裂与岩体之间的区域成为不同类型流体混合的场所;此外,断裂的产状对流体场与温度场的演化也有影响,竖直断裂附近更宜发生流体对流。 (6)地层渗透率大小制约着流体的活动范围与流速,高渗透率区域中的流体速率明显高于低渗透区域,而且上部高渗透地层与下部相对低渗透率地层的界面附近易发生对流现象与流体混合现象,是成矿的有利场所。 (7)岩体侵入深度的简单变化对热液系统的演化趋势并无明显影响,而岩浆初始压力的提高可以使地层中的流体压力在热液系统的初始阶段明显升高。岩体凸起的两侧上部是对流的易发生区域,也是利于矿床产出的位置。 (8)低渗透率区域边界附近的渗流速率较高,花岗岩期后热液对与玄武岩(低渗透率地质体)相关矿床的改造作用是值得关注的。 (9)HYDROTHERM热液系统模型与ANSYS热应力模型的对比结果表明流体的流动直接控制着温度场的演化,因此单一地对温度场或流体场进行定量讨论都是不可取的。 (10)该地区的岩浆作用引起的热应力可达数百兆帕,因此热应力对热液系统的影响值得考虑,今后的研究中要考虑地应力(包括构造应力与热应力)对热液系统的作用,实现形变-流体-热量的耦合。 热液成矿系统的数值模拟具有广阔的发展前景且会全面应用于矿产勘查,国内从90年代开始将数值模拟应用于成矿过程的研究,但主要是对具体地质实例的简单应用,到目前还没有开展系统的研究及专业模拟软件的开发工作,因此亟待被关注与重视。
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P611.5

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 王铁军,阎方;胶东地区岩浆热液型金矿成矿流体演化与成矿预测[J];地质找矿论丛;2002年03期
2 方金云,姚书振,胡光道,丁振举,孙景瑜;成矿过程三维并行模拟技术探讨[J];地球科学-中国地质大学学报;2001年02期
3 夏林,徐启东,吕古贤,舒斌,郭涛;铜山口铜(钼)矿床成矿流体水-岩反应数值模拟[J];地质地球化学;2003年03期
4 罗君烈;滇东南锡、钨、铅锌、银矿床的成矿模式[J];云南地质;1995年04期
5 汤大明,曾纪全,胡应德,陈梦德;关于泊松比的试验和取值讨论[J];岩石力学与工程学报;2001年S1期
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1 薛传东;个旧超大型锡铜多金属矿床时空结构模型[D];昆明理工大学;2002年
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1 张燡敏;个旧东区玄武岩型锡铜多金属矿床成矿特征与成矿预测[D];中国地质大学(北京);2007年
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1 薛强,梁冰,李宏艳;可压缩流体渗流的流固耦合问题数值模拟研究[J];地下空间;2001年S1期
2 孙斌祥,徐祖,赖远明,李东庆;块石的热扩散系数和导热系数确定方法[J];冰川冻土;2002年06期
3 王建省;两相热渗流与多孔介质耦合作用研究[J];北方工业大学学报;2001年03期
4 丛沛桐,陈志云,赵晓波;新疆柴窝堡盆地保湖供水方案优化设计[J];长春科技大学学报;1997年01期
5 姚磊华,罗焕炎,张茂省;白杨水源地潜水水质的Monte-Carlo随机模拟[J];长春科技大学学报;1998年03期
6 朱创业;成矿系统研究现状及发展趋势[J];成都理工学院学报;2000年01期
7 司广树,姜培学,李勐;单相流体在多孔介质中的流动和换热研究[J];承德石油高等专科学校学报;2000年04期
8 吴晓,马建勋;倾斜矩形板热状态下的振动分岔[J];常德师范学院学报(自然科学版);1999年02期
9 张家发;裂隙岩体渗流参数讨论和渗流场有限元计算与分析[J];长江科学院院报;1990年02期
10 许季军,张家发,徐曾和;对荷载作用下一维渗流规律的新认识[J];长江科学院院报;1999年02期
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1 熊用;丁学俊;;电站双流程凝汽器壳侧流场的准三维数值模拟[A];2007年鄂、皖、苏、冀四省电机工程学会汽轮机专业学术研讨会论文集(湖北卷)[C];2007年
2 刘曰武;刘俊丽;;渗流力学的发展及应用[A];第三届全国力学史与方法论学术研讨会论文集[C];2007年
3 赵全生;;济南地区双重孔隙介质溶质运移数学模型研究[A];中国地质科学院水文地质工程地质研究所文集(7)[C];1991年
4 邓吉牛;;物理化学流体动力学与大比例尺找矿预测[A];第四届全国青年地质工作者学术讨论会论文集[C];1999年
5 翁彦雯;;微机械加速度计的温度特性实验研究[A];中国惯性技术学会测试专业委员会第八次学术交流会论文集[C];2003年
6 刘美红;黎振华;陈君若;周荣;;磁场淬火及其有限元方程的推导[A];第三届中国热处理活动周暨第六次全国热处理生产技术改造会议论文专辑[C];2005年
7 陈劼;高增梁;蔡钢思;;两类典型拉拔接管集箱的有限元分析[A];第六届全国压力容器学术会议压力容器先进技术精选集[C];2005年
8 WANG Xuebin (Department of Mechanics and Engineering Sciences, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, Liaoning, China);Stain Localization of Rock Failure and Instability Criterion of Rockburst[A];Progress in Safety Science and Technology (Vol.IV) Part A--Proceedings of the 2004 International Symposium on Safety Science and Technology[C];2004年
9 张博闻;丁文龙;李泰明;;液态烃二次运移的水动力模型[A];油气成藏机理及油气资源评价国际研讨会论文集[C];1996年
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1 韦延光;山东招远市谢家沟-石城夼构造岩浆带金成矿系统研究[D];中国地质大学(北京);2005年
2 王核;西天山北部地区铜、金等多金属成矿学研究及矿床定位预测[D];中南大学;2001年
3 王铁行;多年冻土地区路基计算原理及临界高度研究[D];长安大学;2001年
4 胡鹏浩;非均匀温度场中机械零部件热变形的理论及应用研究[D];合肥工业大学;2001年
5 胡云进;裂隙非饱和渗流试验研究及有地表入渗的裂隙岩体渗流数值分析[D];河海大学;2001年
6 沈季胜;活塞热冲击与随机传热过程的研究[D];浙江大学;2002年
7 杜设亮;精密机械仿生热稳定构件研究[D];浙江大学;2001年
8 闫长辉;注采关联性分析[D];成都理工大学;2002年
9 辛海涛;金—瓷结合的有限元与无限元法力学分析[D];第四军医大学;2002年
10 薛传东;个旧超大型锡铜多金属矿床时空结构模型[D];昆明理工大学;2002年
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1 李保珠;会泽铅锌矿区水文地质条件及麒麟厂深部矿坑涌水量预测[D];昆明理工大学;2001年
2 邵宝东;钢纤维混凝土路面板结构的温度应力及其在冲击载荷作用下的动力响应研究[D];昆明理工大学;2001年
3 刘美红;外加磁场淬火时瞬态温度场和相变的计算机数值模拟[D];昆明理工大学;2001年
4 周熠颖;激光熔凝的微观机理及热力学初步分析[D];昆明理工大学;2001年
5 欧阳泳;高性能纤维(碳/芳纶纤维)混凝土温度变形的控制机理的仿真研究[D];广东工业大学;2001年
6 邹新军;考虑应力场耦合作用的均质土堤渗流场理论分析与模型试验研究[D];湖南大学;2001年
7 杨雪莲;非饱和土的强度及变形特性研究[D];四川大学;2001年
8 胡秋;轧辊三维瞬态温度场的一种二维简化计算模型——400×1850铝板带冷轧机工作辊温度场与热变形数值模拟[D];中南大学;2002年
9 贾宝山;煤矸石山自然发火数学模型及防治技术研究[D];辽宁工程技术大学;2002年
10 李自良;磁场淬火过程热弹塑性本构方程研究及其数值模拟[D];昆明理工大学;2002年
【同被引文献】
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1 徐忠祥,吴国平,周新良;金矿灰色关联分析预测法[J];地球科学-中国地质大学学报;1994年01期
2 成秋明;;非线性成矿预测理论:多重分形奇异性-广义自相似性-分形谱系模型与方法[J];地球科学-中国地质大学学报;2006年03期
3 王学求;大型矿床地球化学定量评价模型和方法[J];地学前缘;2003年01期
4 肖克炎;丁建华;刘锐;;美国“三步式”固体矿产资源潜力评价方法评述[J];地质论评;2006年06期
5 丁建华;肖克炎;刘锐;薛顺荣;程勖;;区域资源定量评价中面金属量法的应用——以东天山为例[J];矿床地质;2007年02期
【二级参考文献】
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1 黎应书;秦德先;党玉涛;薛传东;谈树成;洪托;;云南个旧锡矿的玄武岩成矿[J];吉林大学学报(地球科学版);2006年03期
2 侯方浩,黄继祥;南盘江断陷区二、三叠系的火山碎屑浊积岩——一种独特的无海底扇浊流沉积模式[J];沉积学报;1984年04期
3 金鹤生;中三叠世滇黔桂深海盆的北侧被动陆缘[J];沉积学报;1989年02期
4 陈洪德,曾允孚,李孝全;丹池晚古生代盆地的沉积和构造演化[J];沉积学报;1989年04期
5 陈先沛,高计元,陈多福,董维全;热水沉积作用的概念和几个岩石学标志[J];沉积学报;1992年03期
6 夏学惠,李钟模;鲕状黄铁矿的热水沉积与微生物成矿作用[J];沉积学报;1999年S1期
7 田景春,陈洪德,彭军,覃建雄,侯中健;右江盆地深水沉积层序地层学研究[J];沉积学报;2000年02期
8 王新光,朱金初;个旧花岗岩的成因、演化及其找矿意义[J];大地构造与成矿学;1992年04期
9 李石锦;云南个旧矿区富锡、铜矿体成矿学浅析[J];大地构造与成矿学;1998年02期
10 方维萱,胡瑞忠,谢桂青,苏文超;云南哀牢山地区构造岩石地层单元及其构造演化[J];大地构造与成矿学;2002年01期
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1 薛传东;个旧超大型锡铜多金属矿床时空结构模型[D];昆明理工大学;2002年
2 谈树成;个旧锡-多金属矿床成矿系列研究[D];昆明理工大学;2004年
3 张欢;个旧超大型锡多金属矿床地球化学及成因[D];中国科学院研究生院(地球化学研究所);2005年
4 贾润幸;云南个旧锡矿集中区地质地球化学研究[D];西北大学;2005年
5 王力;个旧锡铜多金属矿集区成矿系列、成矿演化及成矿预测研究[D];中南大学;2004年
6 黎应书;云南个旧玄武岩及其成矿作用研究[D];昆明理工大学;2005年
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1 倪春中;个旧锡矿玄武岩及其成矿作用研究[D];昆明理工大学;2005年
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1 储雪蕾,陈锦石,王守信;平衡热液体系中硫同位素演化的几个图解[J];地质科学;1984年02期
2 李小虎;初凤友;雷吉江;赵建如;;现代海底超镁铁质岩系热液系统与地质意义[J];海洋地质与第四纪地质;2008年04期
3 N.J.McNaughton ,汪雄武;扎伊普雷兹锡矿山布什维尔德花岗岩中长期活动的热液系统:Pb同位素证据[J];华南地质与矿产;1994年04期
4 J.W.Hedenquist;徐鹏山;;新西兰怀特岛火山热液系统是高硫化Cu—Au矿床地球化学环境的代表[J];国外火山地质;1994年01期
5 刘为勇;郑连福;陶春辉;李怀明;窦炳珺;;大洋中脊海底热液系统的演化特征及其成矿意义[J];海洋学研究;2011年01期
6 赵瑞;铅锌硫化矿物从铅-锌-还原型硫热液系统中晶出时的硫同位素分馏规律[J];地质科学;1983年03期
7 何文武;流体输运、化学反应与交代作用[J];地质科技情报;1997年03期
8 韩润生,金世昌,雷丽;云南元阳大坪改造型金矿床的成矿热液系统地球化学[J];矿物学报;1997年03期
9 В.А.Ильин ,张维根;现代热液作用与地壳动力学的关系[J];地球与环境;1989年01期
10 金世昌,韩润生;改造型矿床的成矿热液系统地球化学特征──以元阳金矿床为例[J];云南地质;1994年01期
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1 张凤荣;李海潘;;江西南部岩浆岩与钨锡成矿[A];加强地质工作促进社会经济和谐发展——2007年华东六省一市地学科技论坛论文集[C];2007年
2 韩友科;;大宝山铜多金属硫化物矿床硫同位素分馏机理探讨[A];中国地质科学院宜昌地质矿产研究所文集(12)[C];1987年
3 缪宇;秦克章;李金祥;李光明;;高硫型浅成低温热液金(铜)矿与斑岩铜矿——成因联系与互为指示标志[A];中国科学院地质与地球物理研究所2006年论文摘要集[C];2007年
4 季克俭;吴学汉;张国炳;;热液矿床的三源表成热液成矿模式[A];中国地质科学院矿床地质研究所文集(5)[C];1982年
5 王莉娟;王京彬;王玉往;岛崎英彦;;内蒙黄岗梁矽卡岩型铁锡矿床稀土元素地球化学[A];中国科学院地质与地球物理研究所2002学术论文摘要汇编[C];2002年
6 马永昌;朱建华;;辽西南部矿集区与成矿元素分带性[A];“九五”全国地质科技重要成果论文集[C];2000年
7 武广;朱群;张炯飞;权恒;;大兴安岭呼中区西吉诺山铅、锌、铜矿床地质特征及成矿条件[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
8 饶家荣;;湖南锡矿山锑矿田深部构造地球物理背景[A];1990年中国地球物理学会第六届学术年会论文集[C];1990年
9 邱小平;;凡口超大型铅锌矿床燕山期改造富集作用[A];中国地质科学院地质研究所文集(29—30)[C];1997年
10 李金祥;秦克章;李光明;;冈底斯中段白容铜矿床K-Ar、Ar-Ar年龄:对岩浆-热液系统演化和成矿构造背景的制约[A];中国科学院地质与地球物理研究所2006年论文摘要集[C];2007年
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1 卫敏丽;我国第19航次大洋科考青岛启航[N];西部时报;2007年
2 马秀勤;灵宝金源驻站博士周末授课大受欢迎[N];中国黄金报;2008年
3 鲁京京 朱圣涛 本报记者 肖福恒 张曙光;镶嵌在共和国大厦上的“金砖”[N];人民武警;2010年
4 张国勇 王国强;“大洋一号”启航探查海底热液区[N];地质勘查导报;2007年
5 李明春 孙银玲;“大洋一号”青岛起航[N];中国海洋报;2007年
6 凌翔;我国进行大洋第19航次科学考察[N];光明日报;2007年
7 记者 于德福 特约记者 徐国端;找矿要重视新矿种新类型[N];地质勘查导报;2009年
8 陈怡;深潜,对人性和智力的终极测试[N];南方周末;2010年
9 吴佳健;上海各方关注深海发展研究[N];中国海洋报;2008年
10 河南省人民政府参事 姚公一;实现找矿突破要重视总结深部找矿规律[N];中国矿业报;2009年
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1 张欢;个旧超大型锡多金属矿床地球化学及成因[D];中国科学院研究生院(地球化学研究所);2005年
2 王叶剑;中印度洋脊Kairei和Edmond热液活动区成矿作用对比研究[D];浙江大学;2012年
3 陆三明;安徽铜陵狮子山铜金矿田岩浆作用与流体成矿[D];合肥工业大学;2007年
4 蒋凯;高温高压深海极端环境模拟装置及其控制策略研究[D];浙江大学;2007年
5 董纯明;西南太平洋劳盆地(Lau Basin)深海热液区沉积物中微生物多样性及多环芳烃降解微生物的初步研究[D];华中农业大学;2009年
6 姚鹏;西藏冈底斯南缘火山—岩浆弧演化与不同类型夕卡岩矿床的研究[D];成都理工大学;2006年
7 刘长华;台湾东北部龟山岛附近海域自然硫烟囱体的成因研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2007年
8 王晓媛;东太平洋海隆13°N和大西洋Logatchev热液区附近热液柱的研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2008年
9 黄永卫;黑龙江省东南部完达山—太平岭一带浅成低温热液矿床区域成矿规律及找矿前景研究[D];中国地质大学(北京);2010年
10 鞠明辉;广西大厂矿田非线性成矿动力耦合过程数值模拟研究[D];中南大学;2011年
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1 张嵩松;岩浆热液成矿系统的数值模拟[D];中国地质大学;2011年
2 谢延青;深海热液序列采样器保压密封及采样控制技术研究[D];浙江大学;2010年
3 杨贺杰;河南省嵩县九仗沟金矿床地质特征[D];河南理工大学;2010年
4 梁建锋;安徽铜陵冬瓜山铜金矿床黄铁矿微量元素地球化学特征及其成因意义[D];合肥工业大学;2012年
5 黄瀚霄;西藏墨竹工卡县弄如日金矿围岩蚀变特征与成矿模型研究[D];中国地质科学院;2009年
6 贾鹏飞;安徽省铜山矽卡岩型铜矿床流体成矿作用研究[D];中国地质大学(北京);2011年
7 苏巧云;内蒙古阿拉善右旗努日盖铜金矿地质特征研究[D];西安科技大学;2011年
8 李科;山东沂南金铜铁矿床同位素地球化学研究[D];中国地质大学(北京);2009年
9 唐敏惠;安徽庐枞盆地大矾山明矾石矿床地质特征及成因研究[D];合肥工业大学;2008年
10 韦新亚;江西修水莲花芯铜钼多金属矿床成矿特征及成因分析[D];东华理工大学;2012年
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