Hydrodynamické a termální modelování reaktivního toku v okolí intruzí

Abstract

Intruze magmatu do zemské kůry, šíření tepla a vznik hydrotermálních systémů jsou důležité děje pro pochopení dynamiky krystalizace magmatických rezervoárů a vznik rudních ložisek. Předkládaná práce představuje matematický model pro termální vývoj a šíření fluid ve svrchní zemské kůře po vmístění plutonického tělesa. Model řeší soustavu parciálních diferenciálních rovnic metodou konečných diferencí pomocí softwaru SHEMAT. Výchozí situaci aproximuje stabilní litosférická geoterma získaná výpočtem s konstantním tepelným tokem na bázi a konstantní teplotou na povrchu. Po vmístění magmatického tělesa obdélníkového průřezu a počáteční teploty 800 řC na pozadí vypočítané geotermy pozorujeme vznik hřibovitého tvaru kontaktní aureoly, který je výsledkem splývání tepelného vlivu stabilní litosférické geotermy a kontaktní aureoly plutonu. V kontaktní aureole pozorujeme prudké zahřátí (čím blíž u intruze, tím prudší a větší), a pak pomalé chladnutí. Následující modely uvažují také tok fluidní fáze při pórozitě 0,5 % a permeabilitě 10-16 m2 , ale v přenosu tepla stále převažuje kondukce nad advekcí, a proto tok vodné fluidní fáze na chladnutí plutonu nemá zásadní význam. Darcyho rychlost toku fluidní fáze je velmi nízká, a je funkcí gradientu hydraulického potenciálu, který závisí na tlaku a hustotě fluida....

English Summary Intrusion of magma into the Earth's crust is associated with significant thermal perturbations, release of aqeuous fluids and formation of hydrothermal system. In order to better understand the feedback relationships between fluid flow, thermal evolution and permeability variations, we have modeled conductive and advective cooling of a shallow- crustal pluton using the SHEMAT software. Our model represents a two-dimensional cross section through the lithosphere with homogeneous material properties, whebery the heat and mass conservation equations are solved by finite difference method. We first calculate the stable lithospheric geotherm by emplying constant basal thermal flow of 40 mW m-2 and a constant surface temperature. Subsequently, we consider a rectangular magmatic intrusion emplaced at 5-10 km depth, which forms a contact aureole by conductive cooling. With time, a mushroom-like shape of the contact aureole is predicted. Inclusion of aqueous fluid flow into the model causes only a small alteration of thermal evolution mainly because the permeability is low and the fluid mass is negligible due to very low density under hydrothermal conditions. In addition to thermal effects, we have explored variations in hydraulic head in order to address the ensuing effects on the flow velocity. The...