腾冲火山壳幔过渡带分析及岩浆上涌通道初探

壳幔过渡带是地壳与地幔物质和能量的交换场所,其结构特征与该区的深部过程和构造演化密切相关。提取腾冲火山区31个地震台站下方的接收函数H-κ叠加获得的地壳厚度随频率变化特征和接收函数的Ps/P、PpPs/P振幅比,发现盈江断裂北部的黑空山-燃灯寺和南侧沙坝台区域具有比周边区域更低的振幅比,约有2 km地壳厚度差异。将该观测结果与前人获得的这两个区域相对薄的地壳厚度与高的V_(P)/V_(S)比值相结合,表明黑空山-燃灯寺和沙坝台区域具有厚的壳幔过渡带,推测其是地幔物质涌入地壳的通道。结合前人获得的该区上、中、下地壳都存在大片低速体的特征,推测来自地幔的岩浆很可能沿着腾冲火山区黑空山-燃灯寺和沙坝台这两个区域上涌到地壳,并依次在下、中和上地壳富集和横向展布,最终沿多个通道喷出地表。

利用H-κ-c方法研究腾冲火山区的地壳厚度与泊松比

文中从腾冲火山及周边地区分布的23个数字地震台站记录的远震波形数据中提取了4286条P波接收函数,采用具有谐波校正的H-κ-c方法获取了腾冲火山区的地壳厚度和平均泊松比分布情况。结果表明:腾冲块体的快波极化方向由北部的NW-SE向转变为南部的NE-SW向,延迟时间为0.06~0.80s,平均延迟为0.40s,与整个腾冲块体围绕EHS顺时针旋转一致。腾冲断裂、盈江断裂、陇川断裂的交会部位具有倾斜的莫霍面和较强的方位各向异性。腾冲火山区的地壳厚度范围为32~39km,泊松比范围为0.235~0.326。存在3个莫霍面隆起中心,分别位于固东—曲石—马站—腾冲、清水—新华、镇安—龙新—象达,泊松比较高(σ>0.3)的区域也位于这3个位置,推测是岩浆囊所在的区域。3个岩浆囊的水平规模分别为35km×20km、20km×20km、25km×25km,且受到深大断裂的控制。大多数地震都分布在莫霍面隆起中心周围的地壳中,而在隆起中心的地壳中几乎没有地震发生,这可能是由于岩浆上涌使地壳温度升高,导致岩石脆性降低,不容易积累较大的应变。

云南腾冲黑空山火山喷发物地貌DEM遥感研究

随着科学技术的发展,卫星能力和数据技术的不断提高,高分辨率遥感数据在火山学研究领域,尤其是在人类活动难以涉及的无人区的火山研究中起到了越来越重要的作用。文中以云南腾冲火山区黑空山火山为例,进行了DEM数字高程试验性研究,利用DEM模型可视化技术获得了黑空山火山区渲染地形图和光学影像,解译并分析了研究区内的火山地貌,总结了不同类型火山锥、熔岩台地的地貌特征,以及熔岩流流动过程中所形成的特殊流动构造的地貌特点。以前人完成的黑空山火山区熔岩流单元分布为基础,分析了不同期次喷发物在地形高度上的变化特征,发现喷发年代越早,分布距火口越远,且坡度越缓,高程越低。晚期喷发物往往堆积在早期喷发物之上,不同时期的熔岩分布范围有明显的层次性。在上述分析研究基础上,首次利用高分辨率DEM数字技术完成了黑空山火山区熔岩流动单元区划图,为理解黑空山火山新期喷发历史和喷发序列的恢复提供了很好的火山地貌证据。此外,不同时期熔岩流的覆盖范围也客观反映出历史火山灾害的类型和影响范围,为未来的火山灾害评估、火山灾害区划图的编制提供了基础素材。

利用接收函数研究腾冲火山区地壳结构

腾冲火山是中国规模较大的新生代火山群之一,壳内岩浆活动情况一直广受关注。为探讨腾冲火山区的深部构造特征,基于腾冲火山区(24°40'N~25°30'N,98°15'E~98°45'E)11个固定台站和1个喜马拉雅Ⅰ期流动台站记录的600多个远震波形三分量数据,提取时间域P波接收函数,利用接收函数Pms波分裂到时方差最小法计算腾冲火山区地壳各向异性参数。引入去除混响滤波器消除沉积层对接收函数的影响,采用适用于地壳各向异性介质的接收函数H-κ-c方法,计算地壳厚度、波速比和泊松比。结果显示,腾冲火山区地壳各向异性慢波延时在0.1~0.5s之间,平均延时为0.27s,该区的地壳各向异性可能主要来自中上地壳,各台站快波偏振方向以NE-SW向、近N-S向为主,与主要的断层、最大压应力方向一致。地壳厚度在35.5~39.5km之间,波速比在1.71~1.9之间,泊松比在0.24~0.308之间,该区具有高泊松比值特征。结合前人的研究结果,认为地壳泊松比最大的两个区域,即腾冲—沙坝台一带、马站—民振台一带下方可能存在岩浆囊,地热活动强烈的热海和热水塘地区,热量可能横向来自其他区域,热海台附近的热能可能来源于其东侧,热水塘台附近的热能可能来源于其东北侧和西侧。腾冲地区不同台站地壳平均泊松比的差异主要受壳内岩浆囊和火山喷发活动的影响。

腾冲火山及邻区速度结构的三维层析成象

利用 1984～ 1998年间期间发生在腾冲火山及邻区 30个台站记录的数千个地震的P波资料 ,采用地震层析成象法重建了腾冲火山及邻区地壳、上地幔不同深度的三维速度结构层析成象图。结果给出 ,在腾冲火山区下面地壳内约 3～ 9km存在低速带 ,扰动量达 - 10 % ;10～ 15km深度为高波速带 ,扰动量达 7 3% ;16～2 4km深度为低波速带。扰动量达 - 9 1% ;2 5～ 40km为高波速带 ,扰动量达 10 % ;大于莫霍面深度 (h≥42km)以下均为低波速带。本文所得的腾冲火山区地壳分层速度结构层析成象图是迄今为止最为详细的成象研究成果 ,其中一个重要结果是发现在火山区下不同深度存在两个高波速带 ,不是象以往报道的整个火山区下为低波速带。根据本文成析成象结果 ,结合数字化近场地震观测资料及震源力学参数特征解释 ,分析认为 ,腾冲火山区地壳不同深度存在的低速带或高速带均与火山作用的岩浆活动有密切关系。低速带可解释为与岩浆囊或半熔融热物质有关 ,高速带可解释为与地壳岩浆通道内剩留岩浆逐渐冷却固化组成的超铁镁堆积岩形成的火山核有关。本文所得的三维速度层析成象结果 ,可为研究腾冲火山喷发机理、岩浆运移系统动力成因以及火山喷发预测与预防等方面深入研究提供重要参考。

由相对地热梯度推断的腾冲火山区现存岩浆囊

为利用温泉来研究和监测腾冲火山区的现今岩浆分布并探讨其活动性,提出相对地热梯度的概念:假设各热田或水热活动区的热储深度相等,则热储温度与地表温泉温度之差为该地相对地热梯度。通过对前人在该地区获得的温泉的基本要素和温泉水化学分析数据分析,选取了159个温泉计算相对地热梯度。用这159个数据,通过克里金插值方法获得了腾冲火山区的相对地热梯度平面分布。结果发现腾冲火山区有3个相对地热梯度在100℃以上的高值区域。结合其他资料,认为腾冲火山区现今存在3个岩浆囊,它们的几何尺度为19～28km,深度为4～12km或更深,并且目前的活动性各不相同。

五大连池、天池和腾冲火山岩Sr、Nd同位素地球化学特征与岩浆演化

在近年来对长白山天池火山、五大连池火山和腾冲火山三个火山区火山岩岩石学和主、微量元素研究的基础上 ,新做出 18个火山岩Sr -Nd同位素数据 ,进一步讨论地幔源区特征与岩浆成因演化。五大连池富钾火山岩浆源区由原始地幔与EMI两个地幔端员混合而成 ,岩浆直接来自地幔 ,未受地壳物质明显混染和分离结晶作用影响 ;天池火山各阶段火山岩一致的似原始地幔特征 ,可能指示存在巨大的壳内岩浆房和持续的幔源岩浆的补给 ;腾冲火山岩的高钾钙碱性岩浆源区为由陆内壳

腾冲火山区的GPS形变特征

利用腾冲火山区2003和2004年2次测量所得的GPS数据,计算了59条测线的水平长度变化.对任意相邻的3个测点和3条测线组成的51个三角形,分别进行了地壳形变的反演计算,得出每个三角形的主应变和主方向,进而确定每个三角形的面膨胀量和最大剪应变.对整个测量区域作等值线图,可以看出有3个最大值的区域,分别位于马站-曲石(G05)附近;腾冲(G20)-热海(G13)附近,以及五合(G15)-团田(G18)附近.这3个区域与3个具有最大相对地热梯度的区域相一致,也与低速异常体所在的区域相一致.因此可能就是地下岩浆房存在的区域.为了确定岩浆活动性,利用Mogi模型的计算公式,对腾冲-热海附近的区域进行了反演,认为等效源的位置在腾冲的西南方向,岩浆活动量约为8×105m3/年,与以前用精密水准测量的垂直形变所反演的结果处于同样的量级.

以垂直形变资料反演腾冲火山区岩浆活动性的初步研究

根据腾冲火山区67个精密水准测点的4期实测垂直形变资料,和对该火山区已有的地质和地球物理工作的分析,参考了由层析成像推测的腾冲火山岩浆系统动力模型,利用Mogi模型对岩浆房的大小和空间位置进行了最小二乘法反演的初步研究。对4期资料分别进行了形变差的反演计算,所得初步结果表明岩浆活动源比较分散,可能存在3个表示岩浆流入引起地面上升的上升源,和2个表示岩浆流出到断层中引起地面下降的下降源。上升源位置大致沿北东走向的断层分布。而下降源位置则在测区东南一侧,等效岩浆源的深度在6～4km之间,与小震震源的深度大致相符。4年来岩浆活动量约为106m3,量级与国外已喷发的火山相比处于较低活动水平。

腾冲火山活动构造动力学研究

利用腾冲火山区域 (10°～ 35°N ,90°～ 10 6°E) 1990～ 1998年 6 6 0个地震基本参数和震源机制资料 ,以及原先已作过 370多个强震震源参数资料[1 ] ,并结合本区域的地质资料 ,对本区的火山作用的构造动力学以及腾冲火山与印度、欧亚两大板块的关系作了探讨。研究表明 ,腾冲火山区西侧的印度板块对缅甸板块和包括腾冲在内的滇缅泰板块作用 ,大致在 0～ 10 0km作用机制表现为斜俯冲 ,10 0km以下表现为碰撞挤压作用。分析还表明 ,腾冲火山的形成与活动 ,与印度板块和亚欧板块两个大陆板块俯冲、碰撞 ,及在缅甸那加山、阿拉干山板块缝合线产生的斜俯冲和侧面挤压剪切作用密切相关 ,它应该属于两个大陆板块碰撞型板缘火山。

腾冲火山及其周围地区的地壳Q值特征

本文利用腾冲火山活动区及周围地区的地方震尾波资料，根据尾波散射理论，研究了火山地区及周围地区的地壳Ｑ值。结果表明，火山地区的地壳Ｑ值最低，为９５，近邻区的龙陵———保山地区在１７０～１５０之间，周围地区最高达２９５左右，是火山地区的１８～３０倍左右。地壳Ｑ值的空间分布明显表现出腾冲火山活动区为低Ｑ值区，而周围地区为高Ｑ值地区，这种地壳Ｑ值的空间分布差异也许反映了火山地区内部介质状态与周围地区构造地震内部介质状态的物理性质的差异。火山活动区地壳低Ｑ值现象可能与岩浆体的高温热物质状态有关，显示了与火山结构有关的构造特征。

用数字记录资料测定腾冲火山区的微震参数

利用数字化地震记录资料 ,测定了腾冲火山及其周围地区的地震基本参数 ,结果表明 ,腾冲火山区内的地震活动以微震为主 ,震级多数在 1～ 2 5级之间 ,且地震活动频度低 ;而周围地区的构造地震活动频繁 ,且强度大。在腾冲火山区内地震活动的空间分布也表现出明显的非均匀性 ,以腾冲县城以北 (即 2 5°N以北 )的火山区内地震活动少 ,而县城以南的火山区 (热海热田地区 )微震活动相对多 ,且以微震群的形式发生。根据C F Richter震级标度测定的震级结果 ,火山区的微震活动事件可达 0 4震级单位。震源深度的定位结果给出 ,火山地区的微震震源深度绝大多数在 1～ 6km的范围 ,属于典型的浅源地震 ,而周围地区构造地震的震源深度多多数大于 2 0km。腾冲火山区的微震活动分布、地震强度、及震源深度特征所表现的现象可能与地下岩浆体活动相关 ,显示了与火山热物质孕震机理有关的明显特征。

腾冲火山区温泉甲烷气体现场富集取样效果研究

对具有甲烷富集功能的温泉逸出气体取样装置在腾冲火山区部分泉点采集样品的现场富集效果进行了分析,发现CO2含量和温度对甲烷富集效果的影响较大。在CO2含量很高(90%)的情况下,温度相对较高(>50℃)的泉点富集效果好,而低温泉点(<50℃)富集效果差,原因是:温度越高化学反应速率越大,反应越充分;高CO2的低温泉水中饱和的HCO3-与NaOH反应,消耗掉了大量的NaOH,导致NaOH浓度降低,从而大大降低了对CO2的吸收。据此,通过改用其他干净清洁的泉水(或纯净水)配制NaOH溶液和手动控制气体吸入流量等措施,对低温泉点的现场富集取样方法进行了改进,改进后的取样方法可以显著地提高温泉自由气体的CH4富集效果。

腾冲火山区地壳及上地幔结构特征

根据“腾深99”人工地震测深工程所取得的腾冲火山区地壳结构速度资料,结合高温高压岩石波速测试资料分析,对腾冲火山区地壳及上地幔结构进行了对比研究,同时对腾冲火山活动的深部构造环境进行了初步研究。

腾冲火山区水平形变初探

介绍了采用精密大地测量的方法，对腾冲火山区域的水平形变情况进行了探索。通过两期相距３８年的实测数据，对火山“休眠期”中岩浆活动与地壳局部变形的相关性进行研究，并提供了部分计算结果。作者认为，采用精密大地测量的方法对火山区域地壳变形进行研究是可行的；火山区域水平形变与构造形变的区别是存在的；腾冲火山区内近几十年内岩浆的动也是明显的，但目前总体为间歇性收缩期；从水平形变测量的结果来看，显示了南面活跃的迹象；且认为可能是岩浆囊的存在才会引起此大范围的地壳活动。

腾冲火山断裂构造

评述腾冲火山断裂构造特征、断裂活动性及其与火山活动关系，论述本区地质构造格架、断裂活动与大区域构造的关系和构造演化历史。从中看出，腾冲地区的断裂构造、火山活动均受地壳运动、块体聚散的控制，并具有继承性和延拓性。

离子色谱法测定温泉水中多种阴阳离子

在用离子色谱法测定温泉水样中F^-、Cl^-、Br^-、NO2^-、NO3^-、SO4^2-、PO4^2-等阴离子和Li^＋、Na^＋、K^＋、Mg^2＋、Ca^2＋等阳离子过程中，研究了用油泵超声波池内脱气法处理H2CO3过饱和水样以排除HCO3^-对阴离子检测干扰的方法。研究采用青岛普仁仪器有限公司生产的PIC-8型离子色谱仪，分离柱为TSK—GEL SuperlC-CationColumn（150mm×4．5mm）离子分离柱，以1．9mmol／L碳酸钠-1．8mmol／L碳酸氢钠作为阴离子淋洗液，流量为1．5ml／min；以2mmol／LHNO3为阳离子淋洗液，流量为1．0ml／min，测定了腾冲火山区叠水河、大滚锅两个温泉水中的阴阳离子的含量。研究结果表明：该方法简便、快速、准确可靠，可在火山和地震监测中推广使用。

用形变资料分析腾冲火山区岩浆的活动特征

联合1998～2004年的五期水准测量资料以及2002～2004年的GPS观测成果，分析了腾冲火山区岩浆的活动特征。垂直形变资料显示，火山区南部发生较明显下降，这可能是由岩浆和水的流失及放气等原因引起；水平形变资料显示，以固东一腾冲断裂（F2）的西支为界，断层两盘分别向东、西两个方向运动，断层活动表现出明显的拉张特征；综合分析表明，岩浆可能沿断层从南部向北部运移，并在断层内重新聚集形成岩墙；垂直形变的多个极值区以及水平位移的不规则性表明，火山区岩浆体不很规则或有多个岩浆囊体存在；从形变量大小分析，岩浆的活动量远小于中等程度火山喷发的质量，表明火山近期喷发的危险性较小。

腾冲活火山的岩浆演化

腾冲火山活动分老期(包括上新世、早更新世和中更新世)和新期(中更新世—全新世,包括马鞍山、黑空山和打鹰山),代表性火山岩分别是玄武岩、英安质熔结凝灰岩、玄武质粗安岩和粗安岩,均属于高钾钙碱性火山岩。新期马鞍山、黑空山、打鹰山火山活动至少可以追溯到中更新世,岩浆成分从中更新世粗面玄武岩—玄武质粗安岩演化到晚更新世—全新世粗安岩。它们有一共同的岩浆源(或岩浆房),岩浆形成演化与壳幔作用和岩浆房内的辉石分离结晶作用有关。根据岩浆演化趋势,现在腾冲活火山之下岩浆房中的岩浆将向更富碱和富硅的粗面质或流纹质岩浆演化。

应用形变和重力资料分析腾冲火山区岩浆的活动特征

文中对腾冲火山区1998—2004年水准及重力观测资料进行了分析,发现垂直形变量大多在±10mm之内,重力变化为几十μGal,火山锥体和断层附近点位活动异常较大,可综合应用多源mogi模型和断层模型解释,断层的活动可使相邻测点的形变方向相反;垂直形变和重力的逐年变化表明火山岩浆处于一种活动状态。将火山区点位各时间段的重力梯度展布在形变-重力关系解释图中,发现数据主要落在Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ区,结合形变量对压力源等效体积的估算,初步认为火山区岩浆目前活动程度较低,暂没有喷发的危险。