几种特殊火山碎屑岩的形成机制及研究意义

火山碎屑岩是火山物理学研究的最直接对象,也是鉴别碎屑化过程最重要的研究对象。一些特殊类型的火山碎屑岩及相关岩石往往可以反映出某些特征的火山岩浆作用过程,这正是甄别不同类型火山灾害发生概率的基本依据。火山灾害是与火山和火山喷发有关的灾害,它是人类在自然界面临的最重要的灾害类型之一。火山灾害与火山喷发类型直接相关,其中的爆破性火山喷发则可以形成最为致命的强烈火山灾害。爆破性火山喷发的直接产物是形成各式各样的火山碎屑岩,它们代表了喷发过程所带来的不同类型与强度的火山灾害。原生火山碎屑与次生碎屑反映了火山喷发期与喷发间歇期火山表面过程的差异,而岩浆喷发、射汽岩浆喷发和射汽喷发堆积物的鉴定则标志了现代火山学研究的系统性深化,它们是从事火山灾害研究的先导性工作。细粒空降火山灰在水盆地里保存的火山灰纹层因其良好的等时面与环境指示意义而受到人们的重视,与其伴生的岩石则可能需要区分层凝灰岩、沉凝灰岩、凝灰质泥岩等各种不同火山沉积作用类型。熔岩流动碎屑化产生的自碎角砾岩和熔岩流水下淬火形成的碎玻熔岩代表了与熔岩流直接相关的碎屑化,而不是与爆破性火山作用相关的碎屑化。通常把它们划归为原生火山作用碎屑,但其灾害意义却完全不同。不同类型的火山碎屑岩形成于不同的碎屑化机理与成岩方式,其中一些特定的火山碎屑岩更是代表了极为特殊的火山灾害类型与规模。对于隐爆角砾岩,尽管它是一种火山碎屑岩的岩石名称,但其实我们更关心它的资源经济学意义。

琼北全新世火山区火山系统的划分与锥体结构参数研究

根据琼北全新世火山区内火山作用产物的成因类型与喷发物理过程的野外考察结果 ,结合航片解译资料 ,确定了该区火山作用的发育特征、形成期次与规模 ,并以此作为进一步评价火山灾害的基础 ;根据锥体形成后物理降解作用与时间的关系 ,讨论了琼北全新世火山区众多锥体结构参数之间的关系。研究结果为 :琼北全新世火山区分为 4个火山系统 ,即西北部的马鞍岭台地火山系统、东南部的雷虎岭盾片状火山系统、夹于二者之间的浩昌单成因火山系统和NW向裂隙式喷发系统。工作区内琼北新生代火山共计 5 9个 ,火山结构类型可分为火山锥、熔岩穹、熔岩湖与低平火山口等。在火山锥中 ,依据锥体组成与结构的差异又可进一步分为岩渣锥、溅落锥和混合锥等碎屑锥。琼北近代火山锥体高度多 <4 0m ,绝大多数锥体的底部直径 <5 0 0m。锥体底部直径和火口坑深度之间具有明显的正相关关系。

长白山天池火山——多成因中央式火山

长白山天池火山属新生代多成因中央式火山,也是我国最大的一座具潜在危险的活火山。火山主体由早期玄武岩盾、中期粗面岩锥和晚期伊格尼姆岩席组成。天池火山布里尼喷发柱高度最高达25km,柱体最大宽度为半径12～13km。天池破火山口塌陷过程可以分为四期,分别位于造锥喷发阶段和造伊格尼姆岩喷发阶段。本文对天池火山未来可能的火山灾害类型及范围也作了初步预测。

琼北全新世火山区熔岩流流动速度的恢复与火山灾害性讨论

琼北全新世火山区分为 4个火山系统 ,熔岩流流动距离集中在 4～ 8km之间 ,而熔岩流宽度则以 1.5km左右为常见。根据琼北全新世火山区内熔岩流不同流动单元表面坡度、岩流厚度的调查 ,结合熔岩流温度与密度等物理参数计算恢复的琼北全新世火山区熔岩流流动速度众值在 0 .5 m/ s左右 ,底部剪切力约为 5 0 0 0 Pa。对于厚度巨大的熔岩流 (流动单元厚度 >15 m)流动速度可加快至 5 m/ s,而底部剪切力则可加大至 5 0 0 0 0 Pa。对于一条 8m厚的熔岩流 ,其地表流动时间均在 10 0 h以内 ,而以流动时间在 1d以内为常见。根据熔岩流长度与体积恢复的喷发持续时间对于不同火山系统短至 2个月 ,长达 2年。8km预期熔岩流长度可以作为未来火山喷发时熔岩流火山灾害影响范围的重要参照系数 ,制定的相应减灾措施应该以此作为重要依据之一。琼北近代火山区火山灾害主要表现为熔岩流对农田、林地。

龙岗火山群单成因火山作用

长白山区龙岗火山群内分布有100多座由玄武质岩渣锥、熔岩流、低平火山口等火山结构组成的新生代火山。单成因火山作用决定着龙岗火山区内火山结构与规模,这对指导当地减轻火山灾害工作也有一定意义。

长白山天池火山地质学研究的若干进展与灾害分析

通过以减轻火山灾害为目的的天池火山锥体顶部地区地质填图工作 ,发现了天池火山锥体附近不同期次火山泥石流 ,部分火山泥石流显示的高温定位特征指示了其与千年大喷发的成因联系。这些火山泥石流构成了严重的火山泥石流灾害 ,天池火山锥体近顶部大型滑坡体的发现则指示了天池火山另一种重要的灾害类型。滑坡体堆积物结构上可分为 3种类型。天池火山千年大喷发时不同成分与物性的岩浆混合作用十分发育 ,指示了天池火山喷发前不同岩浆批的混合与共喷发机理。

长白山天池火山造伊格尼姆岩喷发及气候效应

长白山天池火山属新生代多成因中央式火山。火山喷发活动经历了早更新世造盾喷发、中－晚更新世造锥喷发和近代造伊格尼姆岩喷发三个阶段。造伊格尼姆岩喷发时布里尼喷发柱高度曾达２５ｋｍ，伞状云顶部高度达３５ｋｍ。初始喷发温度为７８０℃，喷发速度３００ｍｓ－１。岩浆质量喷发率为１０８．３６ｋｇｓ－１，释放能量１．３４３６×１０１９Ｊ。喷发持续时间为四天半到十四天之间。高速流动的伊格尼姆岩最大流速１７０ｍｓ－１，流体前锋定位时仍保持了５０ｍｓ－１的运动速度。天池火山１２１５±１５Ａ．Ｄ．喷发物释放出了５×１０１０ｋｇ卤素元素和２×１０１０ｋｇ的Ｓ。喷发后导致了强烈的持续７年左右的“火山冬天效应”。在欧亚大陆中部地区最大降温幅度超过２．２５℃。

从神话、传说与文字记录中探索中国活火山喷发的信息

火山喷发文字记录资料的考证可以给出历史上火山喷发的最为准确的时间限定 ,对喷发过程、灾害效应也都可给出极为详细、准确的描述。长白山天池火山喷发的满语资料是除了汉语、朝语之外另一种极为重要的资料来源 ,目前已从有关满语神话传说中得到了若干有重要意义的火山与火山学信息。本文列出了 3类、14条天池火山喷发的神话与传说 ,从中可以得知数千年以来天池火山发生过多次猛烈的与温和的周期性的喷发。天池火山喷发与火山泥石流、喷发后洪水泛滥有密切关系 ,泛滥物波及到距离天池火山 4 6 0km以远的嫩江流域及珲春一带。在中国近代史上还有若干次火山喷发记录 ,经考察较为确定的 195 1年昆仑山西部于田县卡尔达西火山喷发是一次地下岩浆上侵。

济阳坳陷车西地区地层超压的展布特征及成因机制分析

通过研究区剩余压力的纵向和平面展布特征分析,认为车西地区深层普遍存在超压现象,纵向上超压一般出现在2000多米深处,往下开始时剩余压力与深度呈线性关系,随着深度增大,剩余压力值波动较大;在平面分布上,剩余压力等值线呈北东向延伸,与埕南断裂走向基本相同,超压的空间分布与生油洼陷基本一致。结合区域沉积-构造演化对超压的成因进行了分析,认为车西地区超压的形成与区域构造演化中强烈断陷阶段(T6-T2)关系最密切,进入强烈断陷阶段后,车西地区快速沉降,引起地层不均衡压实和有机质生烃作用,是深层超压形成的主要因素。

长白山天池火山熔融包裹体均一过程研究及地质意义

在长白山天池火山爆破式喷发作用产物中的玻璃包裹体均一过程中,某种类型的物相变化常常集中于某个特定的温度区间。包裹体中气泡变小的温度有两个富集区间:在875～975℃之间气泡开始有明显的减小,而在1025～1125℃之间,气泡减小则十分强烈。包裹体粒度较小时,其均一温度往往都要低一些;而粒度较大的包裹体,其气泡粒度往往也较大,这些包裹体一般情况下都较难均一,有时甚至根本就不能均一。

中国的活火山及有关灾害

据文字记载和同位素年龄测定,中国境内存在有长白山天池火山、黑龙江五大连池火山、新疆于田火山,龙岗金龙顶子火山等活火山.云南腾冲也存在有地热显示的活火山,在已知与特定的活火山中,以长白山天池火山的火山灾害最为严重,其直接灾害与间接灾害应引起全球关注.

火山喷发物理作用——火山地质学前沿课题

本文较系统地介绍了火山喷发物理作用这一前沿课题的概念、含义、研究内容与意义.分别列出专题讨论了岩浆在地下形成后上升的几种物理机制及判别标志、岩浆房内物理作用与火山喷发机制的关系;自岩浆房上升至地表途中由于挥发份及通道形状等作用导致的喷发压力、喷出速度与喷发高度的变化等内容.

长白山火山岩浆柱岩浆上升作用过程

长白山火山岩浆柱是一个在长白山区地下总体呈串珠状排列的向东南倾斜的层状富岩浆集合体,岩浆柱宽度宽者300～500km,窄者30～50km,深度延伸可达上千km。在这个岩浆柱内,热物质聚集与挥发份富集可以发生部分熔融而形成不同成分与密度的岩浆,岩浆聚集上升至某个深度时的停滞聚集又可形成水平向扩展的岩浆房,压力作用下岩浆房内岩浆演化出密度较轻的岩浆则可进一步上升直至喷出地表。天池火山的母岩浆粗面玄武岩来自地幔岩浆库,由其演化形成的碱型系列粗面岩类和碱流岩类岩石则来自地壳岩浆房。拉斑玄武岩系列的偏酸性岩石来源的地壳岩浆房与碱型系列碱流岩来源的地壳岩浆房深度位置也不相同。天池火山造盾玄武岩TiO2含量和SiO2含量之间反相关关系不能单纯用岩浆房分异结晶来解释,TiO2含量较高的样品代表了源区地幔的较低熔融程度的熔体,而低程度熔融的岩浆来源于更深的位置。玄武质岩浆"熔融结束"的深度随时间的增加而增加的过程控制了岩浆形成深度随时间的增加而增加并且岩浆形成速率随时间的增加而降低的规律。天池火山碱流质岩浆房千年大喷发时岩浆超压极大值Δpmax=6.25MPa,层状岩浆房半径3.5km,喷出岩浆层厚700m,喷出岩浆体积30km3;粗面质喷发的岩浆房超压极大值Δpmax=15MPa以上。天池火山千年大喷发时临界喷发熔体黏度μcmrit>2.7×1010Pa.s-1,碱流质岩浆是从一个粗面质岩浆母体经几万年的结晶分异时间演化得来的。气象站寄生火山活动喷发前临界熔体黏度μcmrit=1.2×1011Pa.s-1,这极高的熔体黏度与喷发物中含有大量晶体与气泡相吻合。千年大喷发级别的大规模喷发周期上万年,远大于小规模喷发几百年以内的时间周期。天池火山作用造盾阶段因为玄武岩都直接喷出了地表,多数传导与扩散的岩浆热都没有用于加热深地壳,所以早期加热效率不高。在1～1.6Ma之后造锥阶段在深地壳内形成残余的部分熔融带并阻止了玄武岩的喷发,系统的热效率变得很高,残余熔体生产率也就得到了加速。全新世造伊格尼姆岩喷发阶段大量的演化的碱流质残余熔体因重力不稳定而侵入上地壳内,并且形成大得足以引起造破火山口喷发的岩浆房。

火山通道岩浆流动动力学模型在天池火山喷发过程中的应用

在圆柱形火山通道的下部,岩浆上升速度与岩浆粘度、密度及压力有关。这时的流体动力学过程可以应用一般的牛顿流体模型。火山通道中部气泡化岩浆上升时,液相和气相的转化符合质量守恒方程,混合相总体符合动量守恒方程。其中气泡形成与生长过程符合达西定律与数密度方程。在火山通道靠上部的碎屑化带里,不同组分符合质量守恒方程,混合相总体符合动量守恒方程。天池火山千年大喷发时,通道直径是62m。岩浆房内的岩浆含有约3%体积百分数的气泡,气泡体积在65%时岩浆破碎,颗粒离开通道时的速度是145ms^(-1),而气体离开通道时的速度是170ms^(-1)。气体颗粒分散相出口压力是12.2MPa。在破火山口塌陷之前,岩浆房内气泡体积可高达30%～40%。与此同时,碎屑化发生时岩浆的孔隙度也增加到70%～75%左右。这时的出口压力降低至7～8MPa,出口气体速度增加到180ms^(-1)。气象站碱流质寄生火山喷发对应的喷发通道直径是40m,喷发以气体出口速度15～25ms^(-1)的弱爆破性喷发和侵出式喷发为特征。这时浮岩的孔隙度比千年大喷发的孔隙度低,为48%～61%,而浮岩密度高,为1.01～1.35gcm^(-3)。在侵出相喷发时最高释放率可以达到42m^3s^(-1)(致密岩石当量 DRE),孔隙度变化范围是70%～80%。

长白山天池火山造锥喷发岩浆演化系列与地层划分

根据天池火山岩的岩性特征、化学成分和产状,把火山造锥喷发划分为4介阶段,同时描述了各个阶段喷发特点和演化规律。将岩浆演化划分为早晚两个旋回,描述了每一旋回的特点及岩性。最后把天池火山地层进行了划分并同邻区地层进行了对比。

火山灾害的类型、预测与防治

火山灾害——这一重要自然灾害,历来使人们恐惧。我国现在成立火山学会,就是要在对火山进行系统、深入研究的基础上,采取合理防范措施,以达到提高我们抵御火山灾害能力的目的。本文将概略性论述火山作用所造成的主要灾害类型并预测火山灾害的程度。

北京西山东岭台组火山岩包裹体均一过程及研究意义

东岭盆地内东岭台期火山活动有五个阶段,其中流纹质熔结凝灰岩很发育,单元流层特征变化明显。石英晶屑内熔融包裹体发育。本文研究了其均一过程,即包裹体净化现象、裂纹弥合、二次气泡的出现与消失、在某一温度间隔内气泡明显变小等现象。提出了气泡较大时常不能获得均一温度,代表捕获时非均一相的看法。据包裹体固相探针分析资料投图解释均一过程的成因,并给出了一种确定火山喷发前熔体中水含量的方法。

北京西山东岭台组火山岩含水量的测定及地质意义

东岭台期火山活动分5个阶段。各阶段均具独特的爆发特征,以第3阶段爆发性最强。本文用不同的测量和计算方法,讨论了不同阶段火山活动产物中水含量的变化特征,并从挥发份角度探讨了火山活动爆发强度的制约因素。

火山碎屑岩的百年研究

火山碎屑岩是爆破性火山喷发行为的直接产物,不同的碎屑成分、粒度及结构反映了不同岩相的堆积动力学过程,对火山碎屑岩岩石学和岩相组合的研究发展成了以物理火山学为代表的现代火山学研究体系。作为火山爆发碎屑物质的集合,其中不同成因类型的火山碎屑物往往可以直接对应不同阶段火山作用动力学参数特征。火山碎屑物3个最基本的堆积物成因类型是火山碎屑降落物、火山碎屑流和火山碎屑涌浪。火山喷发时碎屑化过程主要涉及挥发分的出溶和岩浆碎屑化过程以及不同火山流体内部的碎屑化过程。对于岩浆喷发、射汽岩浆喷发以及射汽喷发的直接产物,火山碎屑岩在组成上都包含了岩浆破碎的同源碎屑、火山通道裹进的异源碎屑以及火山流体在地表流动时捕获的表生碎屑。火山碎屑定义为爆破性火山喷发的直接行为产物,而包括坡移、滑坡体、火山泥石流等火山降解过程的表生碎屑与熔岩流在自生、淬碎碎屑化过程产生的碎屑则被定义为火山质碎屑。火山岩岩相的建立,为20世纪80年代后期向火山学研究阶段的转变奠定了基础。在地质研究的基础上探索火山活动过程和控制机制的经验模型、实验模拟和数值模拟研究,其中流体动力学的介入对理解火山喷发的基本过程具有里程碑式的推动意义。由此形成的火山学是研究火山与火山喷发的形成机理、喷发过程和产物特性的科学。

汤加王国洪加火山的前世今生

洪加(Hunga)火山位于新西兰—克马德克—斐济俯冲带,该火山于2021年末又开始活动,并在2022年1月14、15日发生了千年一遇的世纪大喷发。喷发柱穿进平流层,形成了一个最高30 km、最宽800 km的蘑菇云,后期的气体火山灰云团几乎环绕南半球一周。喷发所引起的海啸在太平洋沿岸多地造成了灾害。根据现有的资料分析,洪加火山岩浆成分以安山岩为主,岩浆可能是沿着破火山口边缘由富气岩浆团块的“渗漏”驱动喷发的。这次洪加火山大喷发的一个最重要特征是喷发时产生了极为强烈的大气冲击波,这代表了岩浆内火山气体的极大富集。正是这种“超级富气岩浆”的喷发在喷火口位置形成了远超0.1 MPa(1标准大气压)的出口压强,引发了向全球辐射的冲击波和数千千米以外都能听到的喷发声响。本次火山喷发引发海啸的机制,其一是爆炸冲击波,向外扩张的冲击波推动了海面表层海水的向外扩张;其二是苏特塞式(Surtseyan)喷发本身就有向外排走海水的能力。未来洪加火山喷发形式,很可能是沿着破火山口周边断裂或靠近破火山口中央谷地的熔岩穹丘或熔岩流。苏特塞式喷发会比较常见,但喷发规模不会太大。