中国东部全新世火山的镭-钍同位素年代学

活火山是指1万年来有过喷发历史的全新世火山。火山的高分辨年代学对火山灾害评估和火山分类具有重要意义。对于缺乏历史记载的全新世火山,直接对火山岩进行同位素定年很困难。本文利用具有高时间分辨率的镭-钍-铀非平衡确定中国东部年轻火山的年龄。根据镭-钍-铀同位素,海南岛的马鞍岭和雷虎岭是全新世火山(马鞍岭:4.3ka;雷虎岭:4.7ka);镜泊湖火山(4.9ka)也是全新世火山;龙岗火山存在晚更新世和全新世活动(7.0ka,15.0ka);大兴安岭阿尔山和诺敏河Ra/Th非平衡消失但~(230)Th/~(238)U非平衡显著,属于晚更新世喷发(阿尔山:63ka;诺敏河:71ka)。海南岛的马鞍岭火山、雷虎岭火山和东北地区的龙岗火山、镜泊湖火山,是4座活火山。至于东北地区的阿尔山和诺敏河火山是否是活火山,有待测试更多样品的Ra/Th同位素。五大连池老黑山和火烧山有历史喷发记录,这与它们都存在显著Ra/Th非平衡一致。五大连池老黑山和火烧山的岩浆滞留年龄分别小于4.2ka和3.2ka,岩浆上升速率 18～23m/y。     

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。     

腾冲、长白山年轻火山岩铀系不平衡热电离质谱法年代学研究

在国内首次建立了铀系不平衡热电离质谱法年轻火山岩年龄测定的试验流程,并研究了云南腾冲、吉林长白山天池火山岩的年龄。划分出腾冲晚更新世以来的5个喷发期次：220 ka、80 ka、20 ka、12.8~13 ka、0.75~0.79 ka和长白山天池全新世以来的3次喷发：5.3 ka、1.0 ka、0.75 ka。这些年龄值和其他的方法所得的结果基本一致,表明本方法的可靠性。此外,还介绍了铀系不平衡法火山岩年代学的基本原理,讨论了样品的封闭性、火山岩中钍同位素初始组成均一性等问题。     

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（5.5~0.19 Ma）和上新世—早更新世（4.77 ~2.12 Ma）。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（~2 Ma）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。     

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

在的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的主、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－幔相互作用导致的原始地幔与EMⅡ两个地幔端员不同程度混合而成。     

锆石SIMS原位微区U-Th不平衡定年:以云南腾冲火山岩为例

报道了利用中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室的CAMECA IMS1280-HR型二次离子质谱仪(SIMS)建立的锆石原位微区U-Th不平衡定年方法。一次离子为~(16)O~–,束斑大小约25μm,质量分辨率设定为约6000,使用单接收系统EM跳峰方式接收各相关质量峰。每个点经35次循环测量,共耗时约27 min。使用Plesovice为外标,对处于久期平衡状态的U-Pb定年标准锆石91500和Qinghu进行(~(230)Th)/(~(238)U)分析测试,得到两个标准锆石(~(230)Th)/(~(238)U)重现性分别为2.3%和1.3%,准确度分别为98.1%和98.6%,测试精密度和准确度都达到了国际上其他实验室的水平。对云南腾冲地区已知U-Th年龄的打鹰山、马鞍山第四纪火山岩的年轻锆石进行了U-Th定年,得到马鞍山锆石样品U-Th等时线年龄为(84.1±9.2)ka(2σ,MSWD=2.9);打鹰山锆石样品U-Th等时线年龄为(85.6±7.6)ka(2σ,MSWD=2.1),在误差范围内与前人报道一致,表明我们建立的SIMS原位微区U-Th定年方法准确可靠。     

中国活动火山监测进展回顾

自2006年国家火山监测台网中心建成到目前为止,我国已有6处活火山受到监测:吉林长白山天池火山、龙岗火山、云南腾冲火山、黑龙江五大连池火山、镜泊湖火山和海南琼北火山。设在中国地震局地质研究所的国家火山监测台网中心,负责全国火山监测台网及火山流动观测的数据汇集、数据分析处理、数据存储管理、数据服务,承担火山异常判断、火山灾情分析、组织会商和上报等任务,同时承担着全国火山岩测试、火山挥发分测试、火山灾害模拟等实验室工作,以及通过互联网提供数据服务和火山宣传工作。     

长白山天池火山双岩浆房岩浆作用与互动式喷发

广义的长白山火山在我国境内包括天池火山、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。长白山各个火山区的火山活动具有此起彼伏的穿时性特征,天池火山之下地壳和地幔两个岩浆房具有上下呼应、互动式喷发之特点。一方面来自地幔的钾质粗面玄武岩浆直接喷出地表,在天池火山锥体内外形成诸多小火山渣锥;另一方面钾质粗面玄武岩浆持续补给地壳岩浆房,发生岩浆分离结晶作用和混合作用,形成双峰式火山岩特征并触发千年大喷发。西太平洋板块俯冲-东北亚大陆弧后引张是长白山天池火山喷发的动力学机制。     

中国活动火山区甲烷的碳同位素研究

中国长白山天池、腾冲、五大连池等主要活动火山区逸出气体中甲烷的碳同位素组成测试结果显示，腾冲、长白山（不包括天池火山口内湖滨）火山区岩浆来源气体中甲烷的δ^13C值的变化范围与国际上地热区甲烷大致相同，平均值分别为-19．0‰，-32．6‰；五大连池火山区与天池火山口内湖滨强气体释放带逸出甲烷的δ^13C值较低，平均值分别为-45．8‰和-47．9‰，类似于东非裂谷带基伍（Kivu）湖的甲烷。研究认为，这些低δ^13C值甲烷可能直接来自上地幔；岩浆来源甲烷在火山喷发过程中的动力学分馏导致了其δ^13C值的降低，岩浆源区越深，其δ^13C值越低；岩浆源区深度（d）与甲烷δ^13C值有如下关系：d（km）=0．0107（δ^13C1）^2＋1.14。岩浆来源CO2和CH4之间的碳同位素分馏温度可指示气体最后源区的深度。     

活火山的监测与喷发预报

我国存在活火山,而且还存在像长白山天池火山这样具有潜在灾害性大喷发危险的活火山［１～３］,并已引起有关方面的高度重视。目前,正在组织对长白山天池火山、云南腾冲火山和黑龙江五大连池新期火山的监测与研究。这是我国第一次开展对活火山的监测,为了使监测更为有...     

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一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。     

长白山天池老虎洞期火山活动地质特征及成因意义

长白山天池火山老虎洞期火山活动发生在更新世晚期白头山组碱性粗面岩喷发之后,火山活动的产物主要为玄武岩质火山碎屑岩和少量玄武岩质或粗面岩质熔岩;老虎洞组火山岩的稀土元素地球化学特征介于早期玄武岩和气象站组碱流岩两者之间,将二者有机地联系在一起,使整个天池火山岩的演化趋势更加清晰。老虎洞组火山岩的存在充分证明了天池火山的粗面岩类与该区早期的大量玄武岩具有成因联系。长白山天池火山活动的成因并非简单地用西太平洋板块的俯冲作用所能解释的。     

Rapid development of the great Millennium eruption of Changbaishan (Tianchi) Volcano,China/North Korea: Evidence from U–Th zircon dating

The Changbaishan (Tianchi) volcano extending across the border of northeast China and North Korea erupted ~ 100 km³ peralkaline rhyolites around 1000 AD. This Millennium eruption of the Changbaishan volcano is one of the two largest explosive eruptions in the past 2000 years. Here we report the results of uranium–thorium dating of zircons from the Changbaishan volcanic rocks. Our data indicate that the rhyolitic magmas were stored in the crust for only 8.2 ± 1.2 ka prior to eruption. Based on titanium-in-zircon geothermometer and alkali feldspar-glass geothermometer, the rhyolitic magmas were formed at a relatively low temperature (~ 740 ± 40 °C). This storage time is very short compared with other large volume catastrophic silicic eruptions. This work demonstrates that peralkaline rhyolitic magmas from the Changbaishan volcano can develop into a catastrophic eruptive phase quite quickly.     

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、准确的措施。长白山天池火山喷发的满语资料是除了汉语、朝语之处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460km以过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1951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、地表汽爆炸与喷发的火山喷发事件。     

长白山天池地区全新世以来火山活动及其特征

新生代以来,强烈而频繁的火山活动铸成了长白山火山的主体——白头山火山锥。近几年来,从火山学和火山灾害学角度在该区进行研究和调查所获得的资料发现,长白山天池地区在全新世至少有六期火山活动在地表留下了记录。除白云峰期和八卦庙期喷发出大量碱流岩质浮岩形成的火山碎屑流造成了严重的火山灾害之外,其他四次喷发的规模均较小、影响面不大。老虎洞期活动发生在浮岩喷发之前,主要产物为玄武质火山渣和熔岩;气象站期喷发可能是该火山近期活动的表现,以碱流岩喷溢为主。这些喷发活动证实,该区近代火山活动不仅从未停止过,相反,活动的频度却逐渐加大。     

Acigöl rhyolite field,Central Anatolia (part 1): high-resolution dating of eruption episodes and zircon growth rates

Protracted pre-eruptive zircon residence is frequently detected in continental rhyolites and can conflict with thermal models, indicating briefer magma cooling durations if scaled to erupted volumes. Here, we present combined U-Th and (U-Th)/He zircon ages from the Acigöl rhyolite field (Central Anatolia, Turkey), which is part of a Quaternary bimodal volcanic complex. Unlike other geochronometers, this approach dates crystallization and eruption on the same crystals, allowing for internal consistency testing. Despite the overall longevity of Acigöl rhyolite volcanism and systematic trends of progressive depletion in compatible trace elements and decreasing zircon saturation temperatures, we find that zircon crystallized in two brief pulses corresponding to eruptions in the eastern and western part of the field during Middle and Late Pleistocene times, respectively. For Late Pleistocene zircon, resolvable differences exist between interior (average: 30.7 ± 0.9 ka; 1σ error) and rim (21.9 ± 1.3 ka) crystallization ages. These translate into radial crystal growth rates of ~10^?13 to 10^?14 cm/s, broadly consistent with those constrained by diffusion experiments. Rim crystallization and (U-Th)/He eruption ages (24.2 ± 0.4 ka) overlap within uncertainty. Evidence for brief zircon residence at Acigöl contrasts with many other rhyolite fields, suggesting that protracted zircon crystallization in, or recycling from, long-lived crystal mushes is not ubiquitous in continental silicic magma systems. Instead, the span of pre-eruptive zircon ages is consistent with autochthonous crystallization in individual small-volume magma batches that originated from basaltic precursors.     

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。