斑岩矿床成矿金属富集过程的热-流-质三场耦合数值模拟摘要
目前斑岩型矿床被公认为是全球铜、钼金属的最主要来源,全世界约75%的铜以及50%以上的钼都来自于斑岩型矿床,同时它也是Au、Ag、W、Sn、Re、In、Pt、Pd、Se等多种稀有、贵金属的来源,因而对斑岩型矿床的研究一直备受关注。近年来,在计算科学与数学地质理论与方法快速发展的推动下,多场耦合成矿动力学数值模拟研究取得了重要进展,已然成为了成矿机制与成矿预测研究的一种有效的新途径,特别是在探究成矿作用的动力学机制方面具有独特优势。当前,对斑岩矿床成矿金属大规模高效富集机制存在两种争议较大的认识:岩浆热液萃取模式与硫化物堆晶拆解模式,上述争议制约了对斑岩矿床成矿机理的进一步认识与发展。斑岩矿床成矿金属的富集过程是一种典型的多物理场耦合的岩浆-热液过程,因此,利用成矿动力学数值模拟方法研究这一问题,揭示这两种机制下斑岩岩浆-热液系统的动力学演化过程及其成矿响应情况,进而证实或证伪上述两种成矿机制的合理性。本文在深入剖析以上两种机制动力学过程以及系统总结德兴斑岩铜矿床现有的实测数据资料的基础上,建立了这两种机制下金属富集成矿过程的地质模型以及几何实体模型,并进一步分析了斑岩矿床金属富集过程中热力场、流体场以及物质传递场三者的耦合关系及其数学-物理方程,构建了斑岩矿床成矿金属富集过程的热-流-质三场耦合动力学模型,并基于德兴铜矿实测数据的数值模型计算与模拟结果的对比验证研究,取得了以下认识:(1)热传递方式以岩浆房对围岩的热传导以及岩浆房上方出溶的热液对流为主,使围岩温度升高,岩性参数改变;(2)岩浆热液在岩浆房上方运移,其速度大小因围岩岩性参数的改变而形成高-低-高速带相间分布的规律;(3)成矿金属随岩浆热液运移,在350℃时冷却结晶,形成岩浆房上方约1000m的新月形壳;(4)岩浆冷却过程中,围岩散热快,岩浆房散热慢,成矿金属元素主要富集区域元素浓度可达热液浓度的十至数十倍。
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