长白山火山地幔不均一性——微量元素及同位素地球化学研究

大陆火山的复杂性是一个普遍关注的全球性问题,也是一个长期以来悬而未解决的地质问题。长白山火山位于亚洲板块东部的活动边缘,受到西太平洋俯冲的影响,新生代构造和火山活动活跃,为探讨大陆火山成因及其地幔源区特点提供了极佳的天然实验室。天池火山和龙岗火山是长白山地区两个重要的新生代火山区,其火山岩分布具有空间相邻、火山活动时代相似的特点,本文通过对基性火山岩的岩石学和地球化学对比研究,指出天池火山和龙岗火山具有明显的地球化学不均一性,包括微量元素不均一性和 Sr、Nd、Pb 同位素不均一性,来自于不同的地幔源区,天池火山和龙岗火山火山岩分布相邻,覆盖范围东西最大不过100多公里,因此这是典型的小尺度地幔地球化学不均一的特点。Sr、Nd 同位素特征显示龙岗火山来自于原始地幔,而天池火山来自于原始地幔和富集地幔混合源区。不相容元素 Nb、Ta 显示,天池火山 Ta 元素含量很低(主要落在0.17～2.15 ppm 的范围),具有明显的负 Ta 异常和明显的 Nb/Ta 分异(Nb/Ta=10～50,个别达到100以上),可能是板片部分熔融产物与金红石等副矿物反应的结果,暗示了西太平洋板块俯冲机制的影响;而龙岗火山没有明显 Nb、Ta 亏损或者分异。

大兴安岭北部诺敏河地幔金云母及钾质地幔熔体研究

在大兴安岭北部诺敏河第四纪钾质火山岩携带的地幔捕虏体中,发现少量金云母矿物和富钾地幔熔体。金云母颗粒大小1~5mm,呈网脉状充填在橄榄石和辉石、石榴子石等地幔矿物间隙。电子探针研究表明地幔橄榄石、单斜辉石、斜方辉石和石榴石等矿物几乎不含钾质成分(K2O<0.01%),而金云母矿物成分具有高钾(K2O^10%)、高钛(Ti O25.41%~7.74%)的特点,暗示区域地幔钾的富集与金云母矿物有密切关系。地幔金云母的成因往往与富钾地幔流体/熔体的交代作用有关,在地幔捕虏体矿物反应边的硅酸盐熔体(囊体)中,发现富硅、富钾的熔体,K2O 4%~8%。结合前人地幔熔体研究,认为区域地幔经历了多期、不同成分地幔熔体的富集作用,其中富钾熔体对地幔钾质成分的富集起到重要作用。诺敏钾质火山正是富钾地幔部分熔融的产物,钾质熔体成分的来源可能与俯冲再循环的壳源物质有关。

龙岗火山喷发特征与火山岩岩石化学初步研究

龙岗火山是中国少数几个近代仍有喷发的活动火山区之一,在1700多平方千米火山区内形成100多个玄武质岩浆爆炸成因的火山锥和低平火口湖(龙湾),并有约1600aBP喷发的金龙顶子活火山。龙岗火山岩是单一的粗面玄武岩,具有一致的化学成分,表明岩浆上升过程中很少演化,推测龙岗火山岩来自同源地幔岩浆。

大兴安岭诺敏河石榴石橄榄岩捕虏体的发现及其地质意义

在重力梯度带北端的大兴安岭诺敏河第四纪火山岩中发现石榴石相和尖晶石相地幔橄榄岩捕虏体,其矿物组成分别为Ol40～55Opx20～35Cpx0～10Grt5～25和Ol45～65Opx30～40Cpx0～15Sp0～10。两种地幔相橄榄岩均以方辉橄榄岩为主,说明研究区上地幔具有难熔的特点。其高Mg#橄榄石Fo91～92和高Cr3#1～47尖晶石特征与南区哈河的地幔橄榄岩特征一致。在橄榄石含量与Fo图解上,敏河橄榄岩包体落在太古代和元古代地幔区域,揭示大兴安岭地区岩石圈地幔可能保留了较多古老的残余地幔。根据石榴石橄榄岩的平衡温压条件(1114～1168℃和2.14～2.33GPa),推测来源深度为70～75km。这些数据暗示研究区具有较高的地温梯度,与中国东部新生代火山岩区的地温梯度相似。

橄榄石微页理结构的矿物化学及其地幔流变意义

橄榄石地幔流变同时包含物理和化学变化,但由于橄榄石位错的宽度通常<0.1μm,较难发现适合电子探针微区分析的样品(>1μm),因此研究较少,并且对其成因机制存在重大分歧,有固溶体出溶、柯氏气团和蚀变反应等多种假说。在东北大兴安岭第四纪火山岩携带的地幔橄榄岩捕虏体中,发现具有地幔流变特征的橄榄石,其中2个样品具有微页理结构,微页理宽度分别为1μm和100μm以上,电子探针研究表明微页理的成分是相对富铁的橄榄石。从矿物成分变化特点可以排除流体蚀变或者岩浆熔体反应的可能性,从固溶体平衡理论的讨论,可以排除Fe-Mg橄榄石固溶体出溶的解释,因此认为元素气团理论的解释更加合理。位错引起橄榄石晶格畸变,从而导致元素选择性富集(Fe富集、Mg亏损),而其他元素不变,这是元素气团的特征,与矿物反应边或者蚀变边明显不同。柯氏气团能显著增强晶体强度,冶金工业普遍采用淬火工艺改善金属性能,而橄榄石位错的成分变化对强度的影响、以及对于地幔流变的影响还需要进一步研究。

火山岩U-Th矿物等时线年龄的新模型及其意义

U-Th矿物等时线法定年适用于小于350ka范围的年轻火山岩。但是,火山岩矿物U-Th同位素比值不仅反映了火山的喷发年龄,而且受到岩浆房过程和结晶分异过程时间尺度的影响,在一些研究中,出现了等时线年龄(表面年龄)比实际火山喷发年龄偏老的问题,这种现象为研究岩浆房滞留时间和矿物结晶分异时间尺度问题提供了很好的条件。长期以来,国际上不乏此类研究,但迄今为止,还没有准确、实用的数值模型来描述结晶分异过程对矿物等时线年龄的影响,更无从谈起合理的计算方程。本文以一个简化的晶体生长模型(岩浆房U-Th同位素初始比值保持不变;不考虑可能的熔蚀和结晶间断;矿物的结晶速率可以简化表示,例如dV=kt·dt)为例,考察了在晶体生长(结晶分异)条件影响下的U-Th同位素衰变关系: ((^(230)Th)/(^(232)Th))=((^(230)Th)/(^(232)Th))_0·1/(λT_m)·(e^(-λ(T_1-T_m))-e^(-λT_1))+((^(238)U)/(^(232)Th))·1/(λT_m)·(e^(-λT_1)-e^(-λ(T_1-T_m)))]这仍然是一个线性方程,斜率(m)表达了火山岩喷发年龄(T_2)和矿物结晶分异时间(T_m,岩浆房滞留时问)尺度的耦合关系,而不只是喷发年龄,用方程表示为m=1/(λT_m)·(e^(-λ(T_2+T_m))-e^(-λT_2))新的模型表明,等时线出现的一般条件是不同种类的矿物具有相同的结晶历史(包括火山岩喷发年龄和矿物结晶分异的时间尺度),而不是单一的喷发年龄,在大多数年轻火山岩喷发年龄相对表较明确的条件下,我们可以应用该模型估算很多火山的岩浆房滞留时间尺度。把新的模型和方程应用于天池火山的U-Th同位素年代学研究,根据Dunlap(1996)分析测试的数据,天池火山千年大喷发岩浆房滞留时间为100ka左右。这个时间与Dunlap(1996)所估计的时间(60～100ka)的上限一致;值得注意的是,在我们的新模型中,我们认为岩浆房滞留时间和矿物结晶分异时间尺度可能被低估,实际时间应当大于等于这个数值。

中国活动火山研究新进展

我国从20世纪90年代起开展了活动火山的监测与研究,21世纪初以来开展了中国部分第四纪火山区的活动火山调查工作。本文概述了最近几年我国在活动火山地质学、年代学和岩石地球化学研究方面的新进展。

吉林龙岗火山高纯镁橄榄石(Fo～98.5)捕掳晶及其出溶结构的发现和意义

龙岗火山(隋建立等,2007)位于我国吉林省东部,毗邻天池火山,是广义的长白山火山的一部分,其火山活动从晚第三纪持续到现代(樊祺诚等,2002),大约1600 a BP金龙顶子火山的喷发表明,龙岗火山是国内为数不多的活动火山之一.……

东非大裂谷考察记实

东非大裂谷是地球上最大的大陆裂谷系统,裂谷、火山、高原(东非高原)以及古人类演化等每一个领域都是最引人瞩目的焦点。20世纪70年代、80年代,关于东非大裂谷阿法尔地区(埃塞俄比亚北部)的研究,为板块构造学说奠定了坚实的基础。一系列至关重要的古人类化石和遗迹的发现,确立了东非大裂谷在古人类学方面的地位。非洲政治、经济的缓慢发展,阻碍了该地区科学的充分发展,为中国科研走出国门提供了极好的研究对象。

石榴子石反应边及其地质意义--以大兴安岭第四纪火山岩为例

大兴安岭第四纪火山岩(包括诺敏河火山区和哈拉哈河-绰尔河火山区)地幔包体中含有少量石榴子石,普遍发育矿物反应边。根据显微照片和BSE图像特征,石榴子石反应边可分为3类:(1)冠冕状石榴子石反应边,包裹在石榴子石矿物外部,具有一期或者多期反应的特征,厚度通常为0.1~1 mm,反应边矿物组合为Opx+Glass、Cpx+Glass、Grt+Sp等;(2)脉状石榴子石反应边,深入矿物内部,呈脉状分布特征,宽度为几百微米,长度为几毫米,通常为一期反应的产物,反应边矿物组合为Opx+Glass;(3)微裂隙石榴子石反应边,石榴子石内部发育极细的网脉状分布的微裂隙,沿着裂隙发育几微米到十几微米的薄层反应边,反应边矿物组合为Sp+Glass。结合电子探针分析研究,将这些石榴子石反应边的成因机制归为两类:(1)岩浆/熔体与石榴子石反应成因。石榴子石反应边的化学成分与石榴子石明显不同,K_(2)O、Na_(2)O等元素含量比石榴子石高一两个数量级,暗示地幔硅酸盐熔体或者碱性岩浆参与石榴子石分解反应,石榴子石外面包裹的冠冕状反应边大多属于该类成因;(2)等化学分解成因(isochemical breakdown)。石榴子石反应边的总体成分与石榴子石相当,无明显的外源物质加入,暗示在封闭环境下石榴子石发生等化学分解,脉状石榴子石反应边和微裂隙石榴子石反应边通常属于该类成因,冠冕状石榴子石反应边是否属于该类成因有待进一步研究。大兴安岭第四纪地幔包体中发现两种不同成因类型的石榴子石反应边,记录了地幔熔体反应和富集的过程以及地幔温度变化和隆升历史,为深入研究地幔地球化学成分变化和热演化历史提供了重要证据。

地幔Sr-Nd-Pb同位素演化的综合模型与n维同位素空间“地幔面”的地质意义

在 n 维的 Sr-Nd-Pb 同位素空间中,几乎所有的大洋中脊玄武岩(MORB)和洋岛玄武岩(OIB)都落在一个虚拟平面上,被称为"地幔面(mantle plane)"。"地幔面"描述了大部分玄武岩的同位素地球化学特征,是最重要的、也是最早提出的地幔动力学演化特征之一,但是长期以来关于"地幔面"的内涵和意义并不清楚。本文通过一个综合模型,反演受岩浆作用控制的地幔微量元素(包括各种同位素母体元素)分异、Sr-Nd-Pb同位素演化,并推导出地幔 Sr-Nd-Pb 同位素演化的二元参数方程形式。模型表明,通过部分熔融向地壳输出相对富硅、富碱的物质成分,是地幔长期演化的主要特点,这个过程受到两个参数—部分融融程度(F)和岩浆分离的时间(t)—的控制,即 n 维参数可化为2维,因此在 n 维同位素空间出现"地幔面"的特征。壳源物资循环,能够使局部地幔偏离"地幔面",就地幔总体统计特征而言,地壳混染的比例很低,不同的统计数据显示大约1%～6%的系统偏差,即可能的地壳混染程度;进一步模拟,可能作出更加精确的估算。

全国第四次火山学术研讨会召开

全国第四次火山学术研讨会于2005年10月23日至26日在广西省北海市召开。本次大会由中国灾害防御协会、中国矿物岩石地球化学学会、IAVCEI中国委员会和广西地震局共同主办，并得到有关单位和广大的业内专家的大力支持，出席会议的代表有120多人，包括中国地震局、中国科学院、高等院校、国土资源部等50多家单位，中国灾害防御协会、中国矿物岩石地球化学学会和北海市有关领导也出席了会议。

汉诺坝榴辉岩相石榴辉石岩——岩浆底侵作用新证据

汉诺坝榴辉岩相石榴辉石岩捕虏体的产状、层状堆晶构造和粒状变晶结构 ,以及具有幔源成因的矿物学、REE地球化学特征和温压条件表明 ,其深部过程是由幔源岩浆底侵于上地幔顶部 ,形成镁铁质堆晶岩 ,再经榴辉岩相变质而成 ,它与下地壳底部的麻粒岩相镁铁质堆晶岩 ,提供了岩浆底侵作用和壳 -幔过渡带存在的新证据。

吉林龙岗第四纪火山活动分期

在约 170 0 km2的龙岗火山区内分布 10 0多个玄武质岩浆爆破成因的火山渣锥和射气岩浆成因的低平火山口 -龙湾 ,最新喷发距今约 150 0～ 160 0年。本文在火山地质研究基础上 ,测定了龙岗第四纪火山活动形成的熔岩台地、火山渣锥、低平火山口、火山碎屑席等不同火山地质体的 3 1个火山岩 K-Ar年龄和 2个炭化木与泥炭层的 14C年龄 ,厘定了龙岗第四纪 3期火山活动的时间 :小椅山期 (早更新世 :2 .15～ 0 .75Ma)、龙岗期 (中 -晚更新世 :0 .68～ 0 .0 5Ma)和金龙顶子期 (全新世 :160 0～ 150 0 a.BP)

天池火山千年大喷发的岩浆混合作用与喷发机制初步探讨

根据岩浆演化和地球物理深部探测,天池火山之下存在地壳和地幔双层岩浆房。地幔玄武质岩浆向地壳岩浆房的补给,保持了天池火山逾百万年持续不断的喷发活动。本文从天池火山千年大喷发浮岩中的玄武质粗安岩-粗安岩角砾和条带状岩浆的岩相学、矿物学和岩石化学研究,提出地幔的粗面玄武质岩浆向地壳岩浆房的注入,触发千年大喷发,初步探讨了天池火山千年大喷发的岩浆混合作用与喷发机制。

长白山天池火山粗面玄武岩的喷发历史与演化

本文新提出的年代学和岩石化学结果,进一步从天池火山与区域火山活动的关系,论述了天池火山造盾、造锥历史和岩浆结晶分异转型的时间约束,早更新世早期(2Ma前)开始粗面玄武岩的造盾,早更新世晚期(约1Ma)粗面玄武岩向粗安岩、粗面岩演化,中更新世是粗面岩造锥的主阶段,到了晚更新世(约0．1Ma)粗面岩向碱流岩演化。在中—晚更新世来自地壳岩浆房的粗面岩、碱流岩造锥过程中,来自地幔的粗面玄武岩浆喷发活动始终没有间断过。由于来自地幔粗面玄武质岩浆持续向地壳岩浆房补给,所以天池火山是一座长寿命的火山。岩浆的结晶分异作用和混合作用是天池火山岩浆演化的两个最重要过程,前者形成天池火山双峰式火山岩分布特征,后者成为天池火山喷发的触发机制。天池火山在晚更新世—全新世碱流质岩浆主喷发期兼有少量玄武质粗安岩、粗安岩或粗面质岩浆的交替喷出,揭示了天池火山的地壳岩浆房熔体的分层结构特点,由于来自地幔粗面玄武质岩浆注入地壳岩浆房,导致不同层位岩浆的扰动和混合作用,触发天池火山的喷发。

大兴安岭诺敏河第四纪火山岩分期:岩石学、年代学与火山地质特征

大兴安岭北段诺敏河第四纪火山24座,分布于诺敏河及其支流毕拉河和甘河支流奎勒河,火山岩分布面积约600km2。诺敏河火山岩均属于钾质系列火山岩(K2O含量2%～4%,且K2O>Na2O-2%),类似于邻区五大连池-科洛钾质火山岩,具有来自类似的富钾地幔源区。但诺敏河火山岩的K2O含量明显低于五大连池-科洛火山岩的K2O含量(一般4%～6%)。东北地区和内蒙东部处于中亚造山带东段,从古生代到新生代,多重构造-岩浆活动导致火山岩源区地球化学非均一性和火山岩的多样性。根据本文提出的火山岩K-Ar年龄(2.3～0.128Ma)及火山地质特征,可将诺敏河第四纪火山岩分为四期。早期(早更新世)火山活动主要沿诺敏河和奎勒河流域分布,火山产物多被晚期沉积物或火山产物所覆盖。中更新世保留的火山锥体及熔岩流是诺敏河第四纪火山产物的主体,表明是第四纪火山活动的高潮期。晚更新世-全新世火山活动限于毕拉河流域,典型的四方山火山和马鞍山火山是该时期火山活动的代表作,保留了较完好的火山地质地貌特征。从火山产物的时空展布,推测诺敏河第四纪火山活动有从东向西发展的趋势。

长白山火山活动历史、岩浆演化与喷发机制探讨

广义的长白山火山在我国境内包括著名的天池火山、望天鹅火山、图们江火山和龙岗火山,是我国最大的第四纪火山岩分布区。图们江火山和望天鹅火山活动都始于上新世,喷发活动分别介于上新世—中更新世(5.5～0.19Ma)和上新世—早更新世(4.77～2.12Ma)。天池火山和龙岗火山属于第四纪火山,喷发活动从早更新世(～2Ma)持续到全新世。图们江火山岩为溢流式喷发的拉斑玄武岩,望天鹅火山、天池火山和龙岗火山母岩浆都是钾质粗面玄武岩,但经历了不同的演化过程。天池火山和望天鹅火山都经历了钾质粗面玄武岩造盾、粗面岩造锥和晚期碱性酸性岩浆(碱流岩和碱性流纹岩)的喷发;龙岗火山来自地幔的钾质粗面玄武岩浆则未经演化和混染直接喷出地表。图们江火山岩以溢流式喷发的拉斑玄武岩为主,少量玄武质粗安岩等。天池火山造盾之后,地壳岩浆房和地幔岩浆房具互动式喷发特点,来自地幔的钾质粗面玄武岩浆一方面在天池火山锥体内外形成诸多小火山渣锥,另一方面持续补给地壳岩浆房发生岩浆分离结晶作用和混合作用,分别导致双峰式火山岩分布特征和触发千年大喷发。火山岩微量元素和Sr-Nd-Pb同位素示踪揭示,长白山东(图们江火山、望天鹅火山和天池火山)、西(龙岗火山)两区显示地幔非均一性,东区岩浆源区具有软流圈地幔与富集岩石圈地幔混合特征,西区岩浆源区具有相对亏损的较原始地幔特征。西太平洋板块俯冲—东北亚大陆弧后引张是长白山火山活动的动力学机制。

大兴安岭哈拉哈河—淖尔河地区第四纪火山活动初步研究

大兴安岭中部哈拉哈河淖尔河地区受基底断裂控制,发育28座第四纪火山,这些火山总体呈北东向带状分布。研究区第四纪火山岩分布面积约1000km^2,岩性主要为碱性玄武岩。根据喷发时代和火山地质特征,这里的火山大体可分为更新世和全新世两期。按照火山作用方式不同,区内火山可分为岩浆成因和射汽岩浆成因两类:前者活动产物主要包括火山碎屑锥、碎屑席、熔岩流,其中发育结壳熔岩、渣状熔岩、块状熔岩,以及喷气锥、熔岩冢等火山地质现象;后者产物主要是射汽岩浆喷发形成的基浪堆积物,其中发育大型平行层理及交错层理。不同的火山作用形成了火山口湖、低平火山口湖、火山堰塞湖和塌陷熔岩湖四种不同规模与形态特征的湖泊,这种水火相容的火山地质现象为阿尔山火山温泉国家地质公园增添了景观。

北部湾涠洲岛及斜阳岛火山地质与喷发历史研究

涠洲岛及斜阳岛是北部湾内一对姊妹火山岛,本文采用火山岩K-Ar法,火山岩中砂岩捕掳体光释光法(OSL)和贝壳^(14)C法分别测定了火山活动的年代,结合火山岩地质特征,将涠洲岛火山活动初步划分为早-中更新世(1．42Ma～0．49Ma)和晚更新世末期(36ka～33ka)两期。早-中更新世溢流玄武质熔岩盾造就了涠洲岛及斜阳岛,从涠洲岛横路山锅盖岭盾形火山锥溢出的熔岩流向四周漫流,形成涠洲岛中心高四周低的盾形火山地形,其晚阶段球状风化玄武岩沿涠洲岛潮间带分布。晚更新世末期涠洲岛南湾火山和斜阳岛斜阳村火山射气岩浆喷发,间有岩浆喷发,形成典型的低平火山口和巨厚基浪堆积几乎覆盖两岛,经历了海蚀作用,塑造了两岛现代地貌景观。