长白山天池水循环条件分析与水量平衡计算

长白山天池区是松花江、鸭绿江、图们江的发源地,也是全国著名的旅游胜地。研究结合天池区地形地貌条件以及特殊的地质岩性和环状-放射状断裂构造特征,分析了天池水循环条件和水动力特征,明确了环状断裂构造的水力“消峰”作用和放射状断裂的导水作用,论证了天池补给区的地下水分水岭外扩的可能性。在天池区水循环与水动力条件分析的基础上,基于天池区2003—2020年气象水文监测数据,利用水均衡法对天池水量平衡进行了计算分析,结果显示,天池区的降水条件可以维持天池的水量平衡,距离环天池地表分水岭外侧高程850~2200 m范围内的大气降水可以维持天池年排泄量3600万m^(3)的水量平衡,水量平衡区对应的地表高程平均高于天池水面(2189.7 m)约125 m。

长白山天池火山区黑石沟玄武岩墙成因及其构造意义

为了进一步了解天池火山黑石沟地区与中晚更新世火山活动有关的玄武岩墙的成因及构造背景,在遥感解译和野外地质调查基础上,开展了岩体的元素地球化学、全岩Sr-Nd同位素和年代学分析。结果表明:1)玄武岩墙主量元素具有偏高的MgO、CaO质量分数和低的Na_(2)O质量分数,属于钾质、准铝质、亚碱性玄武岩系列。其显著富集Li、Cs、Be、Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素(LILE),弱富集Nb、Ta、Zr、Hf、U、Th等高场强元素(HFSE),对应高场强元素Zr/Hf、Nb/Ta和Th/U值分别为40.92~45.10、15.77~16.34和3.49~3.76。2)全岩中的(^(87)Sr/^(86)Sr)_(i)与(^(143)Nd/^(144)Nd)_(i)值范围分别为0.704 570~0.704 690和0.512 552~0.512 571,对应的εNd(t)值范围在0.87~1.45之间。岩墙中K-Ar成岩年龄(0.35~0.34 Ma)及火山区岩浆-构造演化现有认识综合表明,该期次玄武质岩浆作用在晚更新世千叶阶段,成岩母岩浆具有富集Ⅰ型地幔源特征,岩浆上升过程中有少量下地壳组分加入,整体显示出洋岛玄武岩(OIB)特点。鉴于火山区玄武岩墙的形成及同期次火山活动发生在0.35~0.34 Ma的挤压构造环境中,推测其可能与太平洋板块俯冲到欧亚东北部陆块之后的回撤或下沉有关。

长白山天池火山中更新世粗面质岩浆喷发地球动力学机制

1研究背景。长白山天池火山坐落于延边朝鲜族自治州安图县境内,位于华北克拉通北部东缘,紧邻敦化—密山走滑深大断裂带东侧,属于欧亚板块与太平洋板块相互作用的活动大陆边缘构造环境,其火山喷发演化过程经历了造高原阶段、造盾阶段、造锥阶段和千年大喷发阶段(Xu et al,2023)。前人对长白山地区中酸性岩研究大多集中于千年大喷发产物的年代学和岩石地球化学研究,而对造锥期中更新世粗面岩的研究较少,且缺乏系统性,如岩相学、矿物学、成岩时代、岩石成因类型和成岩地球动力学等方面,一定程度上制约了人们对长白山天池火山造锥期中酸性岩浆喷溢作用的认识。

长白山天池火山全新世喷发与岩石地球化学特征

全新世以来长白山天池火山以爆炸式喷发为特点,其喷发物包括空降堆积浮岩、熔结凝灰岩和碎成熔岩,除了极少量粗面质成分(SiO_2<65%),均属于碱流质火山碎屑岩(SiO_2=70%～73%,K_2O+Na_2O=10%～11%)。火山岩的矿物学(造岩矿物和残余矿物)和主微量元素、Sr-Nd同位素地球化学研究表明,天池火山全新世火山岩与造锥阶段、造盾阶段火山岩是同源(幔源)岩浆演化的产物,全新世火山岩都具有强烈而相似的Eu、Ba、Sr、Ti负异常,指示了岩浆演化主要受斜长石的强烈分离结晶作用控制。

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。

长白山天池火山近代喷发中气象站组熔岩—碎屑岩流研究

中晚全新世以来,长白山天池火山的活动多为爆炸性喷发和形成火山碎屑流,熔岩流出较少,气象站组熔岩—碎屑岩流则是为数不多的熔岩溢流活动之一,它是天池火山一个寄生火山的喷发产物。气象站组熔岩—碎屑岩流的岩性为碱流岩质,岩浆粘度大,流动缓慢。据研究其喷发时间大约4ka BP,应属天池火山的近代喷发产物。

长白山天池火山区地下热流体化学特征研究

在长白山天池火山区及外围地区采集温泉和冷泉水样19个。计算了温泉水的热储温度和热储深度,分析了火山区地下热流体的化学组成特征及其变化规律。通过与外围地区的对比研究,发现Cl、F、B、Fe和Mn等组分是天池火山区深部热流体的特征组分,认为这些组分可能成为火山监测的灵敏组分。最后初步探讨了火山区水—岩平衡及浅层地下水的混合作用等问题。

长白山天池火山喷发物地形地貌特征初步研究

借助数字高程模型(简称DEM)的地形分析技术,得出了能够突出沟谷信息的长白山天池火山锥形立体地形图。利用坡度分析、高程剖面分析、三维透视等DEM技术方法,对更新世以来的长白山天池火山喷发物空间分布范围进行了地形地貌分析,并与前人已有的野外地质调查结果进行对比,总结出了研究区内喷发物的地形地貌特征,据此推测了前人未涉及地区的喷发物的空间分布范围。这为开展长白山天池火山的大比例尺火山地质填图,特别是对于某些全新世火山喷发物范围和界限的厘定提供了遥感学依据。

长白山天池火山的岩石矿物学特征——对结晶分异过程和岩浆混合作用的启示

本文对天池火山玄武岩盾,粗面质-碱流质层状锥体以及顶部的粗面质-碱流质碎屑岩类及熔岩的岩石矿物成分做了系统分析,发现在玄武岩类中的主要矿物组合为斜长石、富钙辉石以及富镁橄榄石,而粗面岩-碱流岩类的主要矿物组合为碱性长石、富铁的辉石及橄榄石,并开始出现石英、独居石以及大量的铁钛氧化物,符合结晶分异的演化趋势。同时在玄武岩类及粗面-碱流岩类中均存在不平衡矿物,再结合矿物环带的成分变化、矿物的熔蚀现象及不同特征的岩石条带等,认为天池火山在黑石沟玄武岩、第一、三造锥阶段粗面岩以及千年大喷发的浮岩中均存在岩浆混合作用。根据岩石学及年代学等特征,认为不同时期的玄武质岩浆来自同一地幔源区,经不同程度的结晶分异作用形成,前造锥阶段及造锥阶段的岩石由不同阶段的玄武岩演化而来,全新世的碱流岩类则由造锥阶段粗面岩类演化而来。

深循环地下水补给长白山天池的水量平衡分析

采用水量平衡方法研究天池集水区以外海拔高于天池水位地区是否能形成地下水补给到天池,通过对8个流域的水量平衡分析,发现天池周边流域的水量出现了较大的不平衡,多年平均的总排泄量大于降水量,外源水对研究区的年补给量达到23.25亿m3。研究表明补给天池的地下水不可能来自于天池集水区以外长白山降水的入渗补给。由于天池周边1 300 km范围内没有海拔高于天池水位的高原地区,据此推断,天池接受远源地下水补给,考虑到补给区存在强渗漏与同位素特征,推测补给天池的地下水来自于西藏高原河流的渗漏,地下水以一种特殊深循环方式完成了补给、径流与排泄过程。

长白山聚龙泉温泉地温梯度和热流的估算

本项研究在野外完成了长白山聚龙泉温泉的测温测流工作;采集了相应的温泉水样,对水样进行了常规分析,获得了K^+、Na^+、Ca^(2+)、Mg^(2+)、SO_4^(2-)、HCO_3^-、SiO_2等组分结果。选取了4个温泉水样作为计算长白山聚龙泉温泉的热储的基本数据;使用玉髓温标公式初步计算了温泉热储的温度;根据Donaldson的管状模型,热流体的对流传输模型和无量刚的温度参数(由热储温度,地表泉口温度和地表平均气温计算)—涌水流量曲线的方法,参考了Rybach(1987)的一组曲线,估算了热水的循环深度(即热储深度);使用地表温度、热储温度和热储深度,由热传导方程得到了长白山聚龙泉温泉地区的地温梯度,估算了该地区的热流。

长白山天池火山区长白聚龙泉热水氢氧稳定同位素组成与氚分布规律

本文研究长白山天池火山区长白聚龙泉温泉水的氢氧同位素组成和氚含量分布规律。氢氧同位素组成特征表明,温泉水来源于大气降水。温泉水氚含量由南向北逐渐降低,表明地下水由南向北运移,其补给区在温泉区的南部山区。温泉水的年龄为40年左右,地下水迁移速率约为7.5m/a。

地下水深循环研究进展

对自然界中地下水深循环的研究进展进行了综述。西藏内流区的湖泊与河流存在渗漏,水量呈现出巨大的不平衡,估算每年通过渗漏流出西藏高原的地下水超过了1 000亿m3;与此同时,中国北方的地下水也呈现出极大的不平衡,降水量较少的火山与裂谷地区有大量的泉水涌出形成了河流与湖泊,内蒙古高原与东北地区的河流与湖泊在北东方向上呈现出串珠状的分布。通过对长白山天池地下水补给源区的各项分析确定,补给天池的地下水来自于外源水,能够同时满足补给源区高程、降水同位素、渗漏等特征条件的地区只有西藏内流区。北方地下水中的锶、氦同位素特征关系揭示了深循环地下水与地幔玄武岩等发生了水岩反应。贝加尔与山西裂谷地区中地壳高导低速层可能是深循环地下水的导水通道,玄武岩孔洞构成了导水构造。深循环水在火山及裂谷附近向地表排泄形成河流与湖泊,河流源头附近的地温梯度偏低。西藏内流区的渗漏水通过深循环方式补给内蒙古高原、鄂尔多斯、阿拉善、华北平原、东北平原、贝加尔湖、东海、南海等地区,地下水的年龄自西向东呈增加趋势,一般在20-40 a之间。

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。

长白山天池湖泊旅游地的特色与发展分析

以长白山天池为例,比较了它与国内其他湖泊旅游地在环境、经济、社会3方面的优劣势,结果表明:长白山天池在美学价值、景观独特性、自然景观丰富程度、环境保护等方面均有优势,而在旅游的季节性、区域旅游组合和旅游收入、客源市场和区位条件方面则存在劣势,旅游门票制定和宣传促销方面也有待改进。因此在其旅游开发中,必须注重整合旅游资源,发掘旅游产品,加强旅游联合,实行旅游产业升级,加大旅游促销,以提高社会和环境效益。

长白山地区最近一次火山喷发的热释光年龄

长白山天池在近代和历史时期有过多次喷发 ,目前仍具潜在喷发危险。因此 ,确定最后一次喷发的时代具有重要意义。在长白山白云峰至天池的坡上采集了粗面岩样品 ,通过热释光测年法中的前剂量技术测定 ,获得了各样品的 TL年龄 ,由于原先的粗面岩受到了后期火山活动时岩浆的高温烘烤 ,其热释光年龄代表了天池最后一次喷发的时代 ,距今约 5 33± 2 6

长白山天池火山泥石流展布特征及其灾害研究

长白山天池火山是我国最具灾害性喷发危险的活动火山,火山泥石流是最致命的火山灾害之一.本文根据距离火山口远近不同堆积物所展现的不同特征,基于野外实地调查的剖面,系统阐述了长白山天池火山千年大喷发形成的泥石流的物源、堆积方式及分布特征,探讨了火山泥石流的成因和灾害规模.通过对千年前火山爆发的分析,初步预测并划分了火山泥石流灾害的高、低危险区,并利用ERDAS软件对火山爆发造成的天池水下泻灾害(包括下泻的出水口及下泻流量)进行了预测,为本地区的防灾减灾提供科学依据.

基于3D影像模型的长白山天池地质灾害现状与潜在危害分析

通过遥感解译及野外调查工作,查清了长白山天池地区主要地质灾害分布现状及规模,分析了灾害发生的机理,编制了地质灾害危害区划图,能够为相关防灾减灾部门提供决策依据.

长白山小天池极北鲵种群再引入的初步观察与分析

通过调查，已知极北鲵在长白山高山带的主要栖息地小天池已处于绝迹状态．为促进小天池极北鲵种群的恢复重建，于2008年6月中旬首次实施了极北鲵种群的再引入，共引入卵袋6个，蝌蚪约2000尾．观察结果表明，投放的卵能够正常完成孵化，蝌蚪能够正常生长、存活直至完成变态，说明再引入种群对所引入的水环境具有一定的适应能力．至2008年9月中旬完成变态的近3个月时间里，其体长共增长了约30～35mm，完成变态时体长达到41～46mm．至变态末期有死亡个体出现，占当次观察总个体数的16．7％以下．我们对种群潜在的致危因素进行了分析，认为深入了解并去除这些致危因素，是种群成功恢复的重要前提条件之一．

长白山天池水系常量离子和氢氧同位素地球化学示踪

采集天池火山区的温泉水、地下水和地表水,进行了常量离子和氢氧同位素指标测试,进行了水体来源分析。结果发现：1水体的氢氧同位素数据表明各类水体均来源于大气降水;2温泉水的氚含量指示其年龄为50~60年;3各类水体中离子含量和氚含量的变化特征表明天池火山区的温泉水主要汇入天池水和北坡水系之中,仅有少量进入西坡和南坡水系,天池火山区地下水呈现出由南向北运移的特点。