现代海底热液活动中巨羽流形成机制的模型研究
海底热液活动系统是近十几年迅速发展起来的国际研究热点，而大型或集中在一定范围内的众多喷口组成的巨型羽状流系统，由于常常在热液喷溢区上方形成公里量级的热液羽状体并伴随有大型热液沉积多金属硫化物矿体的形成，加之，人们对海底之下的热液作用过程至今仍不清楚，其成因也就成了众所关注而又没有解决的重要科学问题。
本文首先对现代海底热液活动的研究现状，包括业已取得的主要研究成果和主要研究方向进行了分析总结。对已有的热液活动的数学模型进行了归纳，分析了其合理性与不足之处。
在上述工作基础上，首先建立了模拟普通黑烟囱热液系统及巨羽流形成的基本数学模型，对巨羽流的生成周期、生成时的温度和热液的物质通量进行求解，并探讨了热源温度、渗透率、反应区体积和释放区横截面积等因素对巨羽流生成的影响。得到的主要结论如下：巨羽流系统可以由普通黑烟囱系统发展演化而成，普通黑烟囱流系统经过2到3年的时间则可形成巨羽流系统，巨羽流产生时的热源温度必须超过500℃，喷出热液的最高温度为413℃左右。当反应区热源温度增大时，产生巨羽流的时间明显变小，可以不到一年时间，而巨羽流生成时的温度及巨羽流的最大物质流速几乎不随其变化。随着渗透率的增大，巨羽流的最大物质流速也随之增大，但其增速随渗透率的进一步增大而变缓，并逐渐趋向一个相当于下渗流无摩擦阻力时的极限稳定值。
第二个模型是在保持前一个模型基本结构的基础上又考虑了代表下渗低温海水对热液的稀释作用。得到的主要结论有：下渗冷海水是很难进入到烟囱体内对热液进行稀释；当热液高速喷发时，下渗海水通道有可能成为新的热液上升通道，这可能是大面积热液喷溢区存在的主要原因；海底的低温释放流可能是热液系统演化的早期阶段的产物。
第四章的模型是模拟巨羽流形成机制的裂缝模型，用来探讨系统中合理的热
源类型。模型验证了岩墙作为系统中唯一存在的热源的不合理性；文中又构建了将岩墙热源和反应区热源结合在一起的新模型。在对Juan de Fuca洋脊巨羽流的模拟中，与传统的裂缝模型相比，新模型的运算结果与Baker的观测更为接近。模型还揭示：正常喷发的两热源结构的巨羽流热液系统可能对应着反应区下方热能正在枯竭的岩浆房，只要反应区热液的初始温度足够高，这样的系统在巨羽流衰减成普通黑烟囱流后，仍能维持近2000天的热液喷发。 几个模型的运行结果表明：只有带有盖层的管状模型能对巨羽流生成前的发育过程进行模拟，裂缝模型只能模拟巨羽流的衰减过程。因此得到了在巨羽流生成前应该有普通黑烟囱流热液循环系统存在的结论。巨羽流生成的原因可能是在普通黑烟囱流系统的释放区有岩墙出现，也可能是释放区顶部盖层的碎裂。
巨羽流;热夜循环系统;物质流速
中国海洋大学
博士
海洋地质
翟世奎
2006
中文
P738.6
104
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）