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作为组成固体地球的一种重要岩石类型,岩浆岩是岩浆活动的直接产物。岩浆活动自始而终可分为部分熔融、分异、上升和就位/喷发这几个过程。除岩浆喷发过程可以直接被观测之外,其余的更多过程都发生在地表之下,几乎或完全不能被观测,只能通过岩浆岩结构和构造所携带的信息来间接了解。这其中就包括岩浆流动直接造成的定向性构造-流动构造。
作为地下岩浆上升运移的重要通道,岩墙内的流动构造包含丰富的地下岩浆运动学和动力学的相关信息。胶东半岛东部的晚中牛代酸性岩墙群内就发育了丰富独特的流动构造。本文以酸性岩墙群为研究对象,主要考察了岩墙群的宏观形态特征和岩墙群内的流动构造及混溶构造,全面开展对包括岩墙扩展机制、岩浆运动学和流动构造动力学机制和其他相关问题的研究。所取得的主要研究成果如下:
1.酸性岩墙的成分和年龄
全岩主量元素测试结果显示研究区酸性岩墙样品的SiO2含量介于67.51-83.81%之间,K2O+Na2O介于5.84%-11.11%之间,Al2O3含量为8.82%-15.34%之间,在TAS图中绝大部分落在了流纹岩区,极个别落在了粗面岩区。锆石U-Pb测年结果显示酸性岩墙群形成在110±1.7Ma-104±3.7Ma之间。
2.酸性岩浆的混溶作用
研究区酸性岩墙群中的岩浆岩结构和成分反映出存在岩浆的机械混溶作用(mingling)。判断依据包括两点:首先岩浆岩可以依照颜色、形态和结构分为两个不同的区块,并且区块之间边界清晰。其次两种区块的岩石化学成分存在较明显差异(以SiO2含量差异最明显,在10%左右)。此外,部分混溶构造球形或椭球形的外形暗示了混溶构造的形态可能受到了作用效果类似表面张力的korteweg力影响。
3.酸性岩墙群中的流动构造分类
利用发育部位、形态和结构多种划分原则将酸性岩墙群中的流动构造划分为内部构造和壁面构造两大类。内部构造细分为面理/线理、旋转构造和褶皱三种。壁面构造细分为热工具痕和刨蚀构造两种。如上流动构造的多样性特征与火山系统中岩浆岩的流动构造具有可比性,暗示酸性岩墙群中的流动构造可能形成在类似的岩浆快速冷却和快速上升的环境下。
4.岩浆运动学
根据液滴几何参数计算的剪切速率值的分布特征反映出岩浆具有粗略的牛顿流体的稳定流动特征。再根据剪切速率推测出的岩浆流速介于3.0×10-4-1.3×10-3m/s之间,此流速类似火山管道中同类型岩浆的流速,属于较快速流动。
5.酸性岩墙群扩展机制
研究区的酸性岩墙群是酸性岩浆以胶州湾为中心开始,分别向着NE向和SW向近水平侵位而扩展形成的。判断依据包括两点:首先,岩墙的扩展方向是依据岩墙群数量、宽度和围岩伸展率向NE向和SW向的逐步递减,以及岩墙群间距向NE向和SW向的逐步递增来判断的。其次,岩浆近水平的侵位模式是根据流线和热工具痕近水平的产状确定的。此外,根据岩墙的长宽比推算,胶州湾附近供给岩墙的岩浆房所处的深度大概在地表之下5km。
6.围岩和岩墙的相互作用机制
根据壁面构造的形态、结构、前述岩浆运动学的研究成果总结出围岩和岩墙的相互作用机制,即岩浆在流动过程中受到了岩墙壁活动的影响,使得流动的岩浆获得了额外的动能,从而有能力改造接触面附近的围岩而形成壁面构造。对此过程的数值模拟实验进一步证明,岩墙壁的相对滑动能够为流动的岩浆提供额外的动力并使岩浆的流动状态发生显著的改变,进而创造条件形成壁面构造。