小小地质微生物演绎跨圈层的相互作用

地球系统科学特别关注跨圈层的相互作用,包括深部系统与表层系统的相互作用、表层系统海-陆-气之间的相互作用。这种庞大时空尺度的地质作用过程可以被小小的地质微生物记录下来,足见地质微生物的以小见大、见微知著特征。在二叠纪-三叠纪之交和晚奥陶世这两个完全不同场景的显生宙火山活动过程中,爆发的初期都出现了包括蓝细菌在内的海洋固氮微生物繁盛,紧接着出现了包括藻类、放射虫、有孔虫等真核微生物的繁盛,显示了火山活动引发了从原核微生物向真核微生物群落的转变过程。不仅如此,人们还发现地质微生物可以通过条带状铁建造等生物成因岩石引发了前寒武纪的火山活动,而且还可能启动了最早的板块运动。地质微生物不仅对火山活动这一与碳循环有关的跨圈层地质作用具有很灵敏的响应和反馈能力,而且还能示踪表层系统复杂的海-陆-气相互作用及其物质传输过程。利用地质微生物的诸多干湿古气候代用指标,发现了中国东部地区不同时间尺度干湿状况的三极模态空间变化格局,而且还识别出了西北地区与西太平洋海洋上层热量有关的极端干旱事件。地质微生物记录的这些干湿状况是高纬与低纬的海-陆-气相互作用在水循环方面的体现。地质微生物演绎的与碳循环和水循环有关的这些跨圈层过程仅是地球系统的冰山一角,随着地球生物学的发展和技术方法的创新,越来越多的宜居地球形成之谜会被地质微生物所破解,包括地质微生物与深部过程的互馈效应、地质微生物与地球重大环境转型的关系以及地质微生物对地球生态系统演化的影响。

火山活动下的东非大裂谷地裂缝成因探讨

东非大裂谷肯尼亚段,与软流圈侵入和岩石圈减薄有关的岩浆活动导致了火山活动频发。火山活动造成地裂缝灾害直接威胁着裂谷内的工程设施。本文通过在肯尼亚裂谷的野外调查和地球物理勘探,归纳了地裂缝的平面分布特征和破裂特征,分析了基岩破裂与地裂缝的关系。结果表明地裂缝主要与火山伴生,呈线状展布,地表破坏特征以水平拉张为主。地裂缝与其下的基岩裂隙相连,基岩裂隙的存在决定着浅部土体地裂缝的发育位置和规模。地壳形变数据表明研究区存在以火山为中心的隆起区,基于此本文通过Mogi点源模型计算并分析了一次火山喷发引起的位移和应变特征。结果表明火山喷发引起的广泛不连续变形造成了基岩破裂,肯尼亚裂谷地裂缝的成因机制可归纳为火山喷发-基岩破裂-沉积物破坏。

基于虚拟仿真的腾冲火山地质实习设计与实现

云南腾冲火山国家地质公园是云南大学长期建设的地质认识实习基地,开展火山地质地貌认识和野外工作技能的教学实践。传统的地质认识实习主要通过人眼观测火山地质地貌认知,具一定的时空局限性。本文基于Unity实时3D互动创作平台,建立以火山地貌三维场景为重点的虚拟仿真教学平台,嵌入了火山地质地貌和地质工具等基础知识介绍,构建了三维场景下地质工具使用互动场景,实现了沉浸式实习体验。为学生掌握专业技能及理解认知火山地质地貌现象提供了有力支撑,取得了良好地认识实习效果。

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。

河北沧州小山火山的ESR年代学研究

河北沧州小山火山是河北平原,包括华北平原少有的出露地表的第四纪火山,也可能是华北平原区最后一个活动的火山。因此,此火山极其重要,可是至今没有确切的年代学数据。本次研究分别从小山火山地表和钻孔中采集了7个样品,进行了电子自旋共振测年。每个样品都分选出了石英颗粒,这表明火山堆积物不是纯的凝灰岩,而是火山活动时,同时带有地表物质的混入。样品ESR测年结果在误差范围内一致,平均值为41.4±8.6ka。小山火山活动可能发生于41ka BP.,测年结果表明小山火山最后一次活动在晚更新世晚期。

湖南宁远早侏罗世玄武岩中橄榄岩包体的含水性和元素地球化学特征

运用电子探针(EMP)和激光熔蚀等离子体质谱(LA-ICPMS)对湖南宁远早侏罗世玄武岩中的橄榄岩包体矿物进行了主要元素和微量元素的系统分析,结果表明这些橄榄岩是经历了小程度部分熔融的原始地幔残留,并经历了后期交代作用的影响,硅酸盐熔体可能是重要的交代介质。运用显微傅立叶变换红外光谱技术(Micro-FTIR)对宁远橄榄岩中的单斜辉石和斜方辉石进行了详细的观察,结果显示两种辉石均含有以OH缺陷形式存在的结构水,其含量(H2O的质量分数,下同)分别为147×10-6～461×10-6和40×10-6～126×10-6。根据矿物百分含量计算的全岩水含量为34×10-6～108×10-6,除1个样品外,其余样品的水含量均>50×10-6。结合文献中的资料看来,由橄榄岩包体所代表的宁远中生代岩石圈地幔的含水量要明显高于华北克拉通新生代岩石圈地幔的含水量(多<30×10-6)。宁远中生代岩石圈地幔和华北新生代岩石圈地幔之间的差异反映的可能是中国东部岩石圈地幔含水性的时代演化,即伴随着岩石圈减薄的进行,上涌软流圈的热烘烤使得岩石圈地幔的水含量不断降低。

雁荡山世界地质公园火山作用研究

雁荡山世界地质公园位于浙江省东南部,主体为一白垩纪火山岩浆活动形成的复活破火山,由4个火山岩性段和1个中央侵入体构成,经历了4期喷发、2次塌陷、1次侵入、现代地貌形成等共8个演化阶段。火山岩为以流纹质和粗面英安质为主的高钾钙碱性系列岩石组合,中央侵入体为橄榄安粗岩系列石英正长斑岩,它们的A/CNK值集中在0.9~1.2之间,为铝饱和或铝过饱和类型。岩石富集轻稀土元素和大离子亲石元素,相对亏损高场强元素;δEu值为0.11~0.32,表明岩浆经历了以斜长石为主的强烈结晶分异作用;火山岩(87Sr/86Sr)i为0.7079~0.7161,εNd(t)为-6.90^-7.70,中央侵入体石英正长斑岩(87Sr/86Sr)i为0.7086~0.7098,εNd(t)为-7.10^-7.68,表明它们是同源岩浆不同阶段分异演化的产物,物质来源主要为陆壳,但也有地幔物质参与。它们形成的大地构造背景,不是典型的岛弧或安第斯型活动大陆边缘,而是活动大陆边缘靠板内的环境。

中国火山学和地球内部化学研究进展与展望(2011~2020年)

本文回顾并综述了2011~2020年十年间我国在火山学和地球内部化学领域的主要研究进展,包括:(1)进一步查明了我国新生代火山活动的时空分布特征,确定了火山喷发物的成因类型,建立了中国活动火山地质基础数据库;(2)深入研究了中国新生代火山岩成因,认为在地幔过渡带中滞留板片的脱碳和脱水作用及相关的熔融和交代作用是板内岩浆成因的主要驱动力,提出了东亚大地幔楔导致板内玄武岩成因的深部熔/流体助熔机制;通过深源包体研究为中国东部深部岩石圈的改造和演化提供了新的约束;(3)对峨眉山和塔里木两个二叠纪大火成岩省进行了进一步研究,揭示两者的异同;(4)将我国活动火山监测与灾害防御研究推向了新的高度;(5)开展了火山喷发模拟实验与物理火山学的研究、建立了我国火山灰年代学的研究方法与测试手段,开展了火山学与地热学的交叉学科研究,进一步拓展了我国火山学研究的广度。本文还明确了学术组织在火山学学科发展中发挥的作用,并对我国火山和地球内部化学领域的未来发展进行了展望。

大兴安岭中段莫克河地区新生代火山活动

通过野外地质观测、岩石地球化学分析及高精度加速器质谱(AMS)14 C测年等工作,对大兴安岭中段莫克河地区新生代火山活动进行了详细研究。结果表明:莫克河地区新生代火山活动活跃,覆盖面积超过80km2,喷发方式为斯特朗博利型喷发。火山活动最早始于晚更新世,火山活动经历了4个火山喷发旋回,并在第一、二个火山旋回之间有短暂的间歇。火山岩为以低硅、高镁、高钾、高钛为主要特征的高钾钙碱性橄榄玄武岩。综合周边地区资料,研究区新生代火山岩是在拉张的构造环境下、以复活的深大断裂为通道产生的板内OIB型玄武岩,岩浆在上升过程中没有或很少发生壳源物质混染,也没有发生斜长石结晶分异,但有橄榄石、单斜辉石的分离结晶作用。

具中国特色的石油地质理论——火山活动在中国油气田形成中的重要作用

随着我国对油气能源的需求日益增大,现行的石油地质理论已不能满足中国石油地质勘探的需求。在这种情况下,提出一种建立在中国地质特点基础上的找油理论尤为重要。中国陆壳是全球火山活动最活跃的陆壳,火山活动在石油地质学三大核心命题的"成盆"、"成烃"与"成藏"中,都有显著的促成作用。概论了火山活动的石油地质学的几个基本问题,以期能够丰富和发展中国油气地质理论。

松潘-甘孜造山带义敦岛弧中段三叠纪火山-沉积盆地的演化

通过对三叠纪义敦岛弧中段83条剖面和沉积等厚线的综合分析研究,将其划分为义敦弧后前陆盆地、义敦火山弧、昌台-禾尼弧间盆地群、沙鲁里火山岩浆弧、雄龙西-金厂沟弧前盆地群5个次级的构造古地理单元。其中弧后盆地主要有上麻绒和义敦2个沉积中心,义敦火山弧可进一步细分出果德、根隆、郎格、哈逮4个次级火山穹隆,弧间盆地群有拿它盆地、曲登盆地、夏塞盆地、哈日盆地,沙鲁里火山岩浆弧可进一步细分为木合沟和口娘公玛2个次级火山穹隆,弧前盆地有雄龙西盆地、莫坝盆地、金厂沟盆地等8个次级火山-沉积盆地。认为义敦岛弧的演化主要受理塘缝合带演化的控制,也受金沙江缝合带演化的影响,总体上在三叠纪经历了夭折裂陷槽→不成熟岛弧→成熟岛弧→残余盆地的演化历程。

与陆相火山岩有关的铁、铜、金矿床成矿地质特征及矿床成因

文章对与陆相火山岩有关的浅成低温金矿、斑岩铜矿和玢岩铁矿产出的大地构造背景、火成岩性质和矿化蚀变特征、成矿流体以及成矿物质来源等方面进行了综述.三类矿床在成矿地质条件上各具特色,表现在:成矿构造背景上,斑岩铜矿和浅成低温金矿均以岛弧和活动大陆边缘为主,其次是陆内环境;而长江中下游玢岩铁矿的形成环境可能为陆内似裂谷环境.浅成低温金矿、斑岩铜矿及玢岩铁矿的主要围岩分别为中、酸性火山岩系、中酸性次火山岩及中基性次火山岩;围岩蚀变分别以硅化、钾化、钠化为特征.浅成低温金矿床成矿流体以低盐度、低温(200～300℃)为主;而斑岩铜矿中则主要是高温(400～800℃)高盐度的流体;玢岩铁矿成矿温度介于两者之间.从低硫亚类浅成热液矿床、高硫亚类浅成热液矿床到斑岩型矿床,流体中大气水含量逐渐减少,岩浆水含量逐渐增多.成矿物质来源上,Fe主要来源于赋矿的火山-次火山岩或原始岩浆,Cu,Au,S和Na等成矿物质的来源更为复杂,还可能来源于与岩浆无关的围岩,其他的可能还包括Cu,S的岩浆混合来源以及Na的高盐卤水来源.一些特殊的岩石类型,如埃达克岩、橄榄玄粗岩及碱性岩与陆相火山岩矿床有密切联系.

塔里木东河塘二叠纪破火山口的三维地震解释与形成机制研究

破火山口在地球和类地行星的裂谷火山系统中广泛分布,然而其成因一直存在争议。有学者认为破火山口及其裂堑系统是板块构造运动的产物;而一些火山学家根据对地球上活动火山的观察,提出破火山口裂堑系统是火山动力学过程的产物。塔里木盆地东河塘工区发育近圆形和拉长状两类破火山口。拉长状破火山口沿二叠纪火山通道顶部的裂堑分布。通过对三维地震剖面的详细解释,确定破火山口裂堑的形成与超过100 km^(3)的热火山碎屑流的喷发具有同时性。根据火山通道的不规则外形、发育碳酸盐围岩捕掳体和缺乏强制褶皱的特征,确定破火山口裂堑塌陷是由于富CO_(2)岩浆通道在喷发释气过程中体积收缩形成。本研究为行星破火山口裂堑系统的成因提出一个新的模型,即岩浆-富挥发分围岩(如本实例中的碳酸盐岩)相互作用与火山通道释气回缩的共同作用。本研究成果对研究火山活动对行星大气圈演化的影响具有重要意义。

北大巴山平利—镇坪地区碱性火山作用及锌-萤石成矿作用研究

北大巴山南北两侧分别以城口—房县断裂和安康断裂为界,是南秦岭构造带的重要组成部分。区内碱性火山作用十分发育,除局部出露少量碳酸岩之外,粗面岩、碱性玄武岩及相关火山碎屑岩岩石组合最为发育,是铜、锌、萤石等矿床（点）的重要赋矿围岩。不同学者对这些碱性火山岩的演化过程、形成时代和形成构造环境仍存在争议,已有研究缺乏对这些碱性火山岩空间分布变化对比综合研究,严重影响了对区域演化的认识。

广元市地震波能量分布特征及地质灾害响应

根据汶川地震中广元市曾家站记录的强震数据及地震诱发崩滑的野外资料,对地震波能量分布特征进行了研究,得出广元市地震波能量最集中的时间段为60～80s,主要频率约为2.7Hz。在此基础上,分别从地形地貌、地层岩性、地质构造及地震波特性几个方面,初步分析了研究区地震诱发地质灾害在空间上的响应特征。研究区地质灾害的空间分布集中在800～1 800m的低、中山区;30°～50°的坡度地段;易破碎、发育裂隙的变质岩、软硬岩互层的地层;断裂构造延伸方向、断裂构造交汇处以及山体斜坡地脉动卓越频率大于地震动主频率的地区。研究区内东河口滑坡发生在地震波能量最强烈最集中的时段,经研究表明,该区地质灾害的时空响应特征与地震波能量在时间及空间上的分布有较好的一致性。

东亚全新世火山灰地层框架的初步构建及其对古气候研究的意义

火山灰具有等时特性且分布广泛,因而越来越多地被用作第四纪研究的定年和关联工具。利用火山灰等时线同步古气候记录,可以帮助评估气候突变的相对时间和相位关系,从而理解气候变化的动力学。实现利用火山灰年代学协助古气候研究的必要条件之一是建立区域火山灰地层框架。东亚地区爆炸式火山活动频繁且具有较好的研究基础,但尚未建立整合的全新世火山灰地层框架。通过文献梳理,本文识别出东亚区内分布较广的22层全新世火山灰。利用这些火山灰的空间分布、玻屑地球化学特征和喷发年龄估算,初步构建了整合的东亚全新世火山灰地层框架。此外,本文还指出区内分布较广但仍需进一步研究的潜在火山灰标志地层。东亚全新世季风演化包含百年甚至是年代际尺度的气候突变,但目前大多数古气候记录的定年精度不足以制约这类突变事件的时空差异。在高分辨率古气候记录中识别出火山灰标志层,并利用其协助古气候记录的精确定年和时间关联,有望实现精细刻画气候快速变化事件的区域差异,帮助理解气候突变的成因和传播。

火山活动影响的局限水体生烃潜力分析:以准噶尔盆地东部石炭系巴塔玛依内山组为例

以准噶尔盆地东部白碱沟地区石炭系巴塔玛依内山组为例,通过详细野外地质调查及烃源岩生烃潜力分析,探讨火山岩体所围限的局限水体的生烃能力。在大规模的中基性火山活动后的间歇期内,巴塔玛依内山组形成了一套沉积岩与火山岩互层的序列,通过对层系内的暗色泥岩、凝灰质泥岩及劣质煤等潜在烃源岩的总有机碳含量(TOC)、镜质体反射率(Ro)和岩石热解分析(S_1,S_2,T_(max))的测试,发现该套烃源岩有机质丰度平均为8.24 mg/g,处于高成熟-过成熟阶段,属于Ⅲ型烃源岩。尽管该套烃源岩分布有限,但其单层厚度可达13 m,且间歇期内小规模,多期次的火山活动有助于有机质的生成保存。白碱沟地区火山喷发间歇期所形成的局限水体具有烃源岩发育条件,可成为邻近火山岩储层的有效烃源岩。

浙江定海摘箬山岛火山地质与地学旅游资源

晚中生代,太平洋板块对欧亚板块的俯冲,使得中国东南沿海岩浆活动十分强烈,引发大规模火山喷发,形成遍布浙闽赣粤的火山-侵入岩带,并发育了大量火山岩山岳景观。位于浙江定海南部的摘箬山岛就是其中的一个代表。作者通过野外实地考察,结合有关地质资料,对摘箬山岛的地形地貌、地质构造、火山岩相特征进行了分析,研究摘箬山岛的火山形成及其演化历史,并对摘箬山岛地质旅游资源进行初步研究,赋予海岛旅游新的地学意义。

火山活动对彝良向斜煤矿区成煤环境的影响

依据彝良向斜煤矿区钻孔资料,峨眉山玄武岩之上的宣威组底部广泛分布着数层厚薄不一的凝灰质泥岩,煤层夹矸中有火山蚀变成因矿物组成的粘土岩,这些火山活动所形成的玄武岩、凝灰质泥岩、煤层粘土岩夹矸在时空分布特征上反映了火山活动的规律,火山活动控制着区域沉积环境及成煤环境的演变。研究区自西向东受火山活动的影响逐渐减弱而使东部的含煤性优于西部,煤层的分布与火山活动痕迹呈此消彼长的关系,反映了火山活动的逐渐减弱使得宣威晚期逐渐形成了稳定的成煤环境。因此,研究区东部宣威组上段地层是煤炭资源进一步勘查的重点。

熔体包裹体在火山释放CO_(2)规模研究中的应用

熔体包裹体保存了原始岩浆的信息,被认为是回溯岩浆化学成分和挥发分含量的理想研究对象。本文概述了熔体包裹体的分类、测试方法和主要的挥发分组成,探讨了熔体包裹体在火山释放CO_(2)规模研究中的应用。重点阐述了岩石学方法和利用元素比值开展火山释放CO_(2)规模研究的原理和适用范围,并结合近期国外的研究案例,进一步讨论了熔体包裹体在火山释放CO_(2)规模研究中的应用前景。