形成过程的不可观察性是花岗岩成因长期争论的重要原因。数值模拟技术与超级计算机的结合,为花岗岩形成热动力学过程的数字重建提供了可能性。本文首先回顾了花岗岩形成过程数值模拟所需的物理化学参数的获取研究,其中一个重要进展是将上陆壳作为一个整体,重新厘定了岩石"平均强度"突降或流变学转换,即MCT、FMT、SLT对应的熔体比,为研究深熔岩浆的形成过程提供了重要的实验约束。在此基础上,介绍了基于岩浆侵入模型的物理和数值模拟研究进展。在岩浆侵入模型中,岩体与"源区"是分离的。各岩体与其相应"源区"之间地质条件的差别,使得现有的针对特定岩浆定位模式建立的数字模型,难以具有普适性。文章的最后部分展示了作者利用天河2号超级计算平台,在Chen and Grapes(2007)提出的"原地重熔"地质模型的基础上,对壳内大规模熔融和热对流的2-D数值模拟结果,初步重现了花岗岩和混合岩形成的热动力学过程。模拟结果揭示,热对流是壳内熔融能够形成大规模花岗岩浆的根本原因;岩浆"顶蚀"作用导致MI(SLT)界面向上移动和岩浆层增厚;壳内岩浆层发展的必要条件不是高的地壳温度,而是岩浆系统有持续的热供给,使系统能在较长时间内保持对流状态。
钦-杭结合带南段广泛发育加里东期的混合岩和混合花岗岩。研究这些混合岩和混合花岗岩形成的P-T条件,不但有助于了解加里东造山阶段本区地壳内部的温度特征,对于花岗岩浆形成以及大陆流变等理论问题的研究也有重要意义。本文讨论的福湖岭剖面位于钦-杭结合带南端,为一海边岩壁,其上出露分带清晰的加里东期混合岩-混合花岗岩,自上而下依次为斑点状混合岩、条纹状混合岩、窄条带状混合岩、宽条带状混合岩及混合花岗岩。作者在野外对剖面上不同类型的岩石进行了影像采样,在计算机上对采集影像样品进行处理,在统一阀值下转换成代表浅色体(熔体)和暗色体(未熔岩石或熔渣)的黑白影像,并统计浅色体的含量百分比(熔体比)。将由此得到的各类岩石熔融比数据投到用Winkler and von Platen(1961)的硬砂岩熔融实验数据构成的温度-熔体比曲线图上,获知该剖面混合岩的形成温度在630~705℃之间,原岩的熔断温度("脏"花岗岩浆生成温度)为705℃,岩石熔融时(439~445Ma)剖面的埋深大体处于当时地表以下7km左右。本文结合福湖岭剖面地质研究和岩石熔融实验数据建立的"熔融温度计",为混合岩-混合花岗岩形成温度的测定提供了一种新方法,不仅适用于福湖岭,也可用于其它地区。
