岩墙供给岩床系统中岩浆流动的热-流耦合模拟：揭示复杂流动动力学及其地质意义

《Journal of Volcanology and Geothermal Research》：Modelling magma flow within dyke-fed sill geometries: A coupled thermal and fluid dynamics approach

本综述通过热-流耦合多物理场模拟，创新性地揭示了岩墙-岩床系统几何形态对岩浆流动动力学的控制作用。研究证实岩浆射流（magma jets）和回流区（recirculation zones）的共存会导致空间变化的流动记录（flow record），为解释Whin Sill等岩床中复杂的晶体定向排列（crystal alignment）和流动构造提供了关键机制，对火山灾害评估（eruption forecasting）和岩浆矿床（magmatic ore deposits）成因研究具有重要价值。

　　

Highlight

我们的模拟结果强调了岩床和其供给系统几何形态对内部流动动力学的显著控制作用。几何形态、供给岩墙数量和间距以及注入速度之间的相互作用，导致了岩床内岩浆流动复杂度的变化，发育良好的优先高速流动带（岩浆射流）与低速回流区域共存。

Results

共进行了28组不同模型几何形态和岩浆注入速度的模拟（表2）。10米厚岩床模型在150-300秒后达到稳态岩浆流动动力学，而100米厚岩床模型则需要大约1天时间。为了比较不同模型的结果，在选定的时间点沿垂直剖面（图2A）提取了从岩床下缘到上缘的岩浆速度、温度和熔体分数数据。

Discussion

这项工作在理解岩床内岩浆流动动力学方面迈出了重要一步，强调了其如何受到岩床和供给系统几何形态、供给岩墙的数量和间距以及注入速度的强烈控制。这些变量之间的相互作用导致岩床内岩浆流动复杂程度各异，发育良好的优先高速流动带（岩浆射流）与低速回流区域共存。然而，...

Summary and conclusions

本研究提出了在岩墙供给的岩床几何形态中整合热和流动动力学的数值模型。沿岩床长度和厚度的速度、温度和熔体分数剖面图，揭示了由不同岩墙和岩床厚度、供给岩墙数量以及岩浆注入速度所引入的流动动力学的可变性。模拟岩墙内的岩浆流动是层流性的，具有抛物线状的速度剖面，该剖面在岩浆进入岩床时迅速形成并持续存在。