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。     

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。     

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。     

天池火山漫江期双峰式火山活动特征及成因探讨

正长白山天池火山位于吉林省东部的中朝边境地区,为地球上最大的活火山之一。前人将其形成演化划分为玄武质火山岩造盾、粗面质火山岩造锥和碱流质火山大爆发3个演化阶段。本文所讨论的漫江期属天池火山造盾晚期(2~1Ma)。本期火山活动的产物为漫江玄武岩,相当于白山玄武岩层位,时代为早更新世早期。2013年,沈阳地质矿产研究所首次在天池火山地区开展了以科学研究为目的钻探工程,其中CZK07钻位于北坡"U"形谷中,距天池北泄口约     

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300～500 km,窄者30～50 km,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25 MPa,层状岩浆房半径35 km,喷出岩浆层厚700 m,喷出岩浆体积30 km3;粗面质喷发的岩浆房超压极大值Δpmax=15 MPa以上。天池火山千年大喷发时临界喷发熔体黏度μcritm>27×1010 Pa·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μcritm=12×1011 Pa·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6 Ma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。     

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。     

长白山天池火山CZK07钻所揭示的火山地层层序和火山作用特征

长白山天池火山是地球上最大的活火山之一,其形成演化过程复杂。本文在对天池周边工程钻岩芯资料系统整理的基础上,以本次在北坡"U"形谷中开展的CZK07钻岩芯为研究对象,揭示天池火山白头山期火山锥体之下的火山喷发物物质组成和火山地层层序变化特征,分析火山活动过程中伴生火山作用的表现形式及断裂构造的活动特征。CZK07钻岩芯较全面地记录了天池火山早期活动、早期造盾、晚期造盾和造盾之后前造锥阶段火山活动的火山地层层序。其中天池火山早期活动记录由蚀变较强的流纹岩组成;早期造盾由军舰山组橄榄玄武岩夹辉石玄武岩组成,形成于上新世;晚期造盾由漫江组粗面质(橄榄)玄武岩夹粗面岩组成,形成于早更新世早期,且至少存在3期火山活动;造盾之后前造锥阶段的火山喷发物由小白山组粗面质熔岩及碎屑岩组成,形成于早更新世晚期。伴生的火山作用记录表现为造盾晚期的玄武质次火山活动,造锥阶段的粗面质次火山活动及伴随发生的蚀变和隐爆现象,及全新世大爆发阶段的隐爆角砾、热液蚀变和次火山活动等现象。天池火山地区晚新生代以来高角度张剪性断层的活动强烈,推测与"U"形谷的形成密切相关。     

长白山天池火山粗面岩成因与岩浆房系统演化

长白山天池火山是典型的大陆板内碱性火山,岩石组合以玄武岩盾和粗面岩、碱流岩等碱性岩为主。为厘清天池火山粗面岩的形成过程,本文在综合前人研究的基础上,结合本文新发表数据,检验了粗面岩的成因。研究结果显示天池火山粗面岩不可能由古老的华北克拉通下地壳部分熔融形成,也不符合造盾玄武岩部分熔融的模式。通过主量元素、微量元素定性和定量计算后认为粗面岩是由进化玄武质岩浆(玄武粗安岩)经历了分离结晶作用所形成,粗面岩形成过程中岩浆遭受了地壳混染,并且具有高n(~(87)Sr)/n(~(86)Sr)和低n(~(87)Sr)/n(~(86)Sr)两种截然不同的混染趋势。结合岩相和层序信息,作者认为两种演化趋势是上地壳岩浆房系统变化的反映。早期玄武质岩(头道白山期)上侵至上地壳演化,因与上地壳直接接触,沿高n(~(87)Sr)/n(~(86)Sr)趋势演化。随着岩浆房接受补给,岩浆房逐渐增大,新侵入的岩浆与地壳被早期岩浆房结晶形成的岩浆房壁所隔挡,使得年轻粗面岩和碱流岩只与早期粗面质岩浆的残留体等进行物质交换,最终沿着低Sr同位素比值趋势演化。     

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。     

长白山天池火山造锥阶段玄武质火山活动期次划分及成因探讨

在天池火山造锥阶段,长白山火山区玄武质火山活动频繁。文章在野外调查的基础上,通过年代学及地球化学研究,对其活动期次进行划分,并探讨其岩浆来源与演化。天池火山造锥阶段的玄武质火山岩主要呈火山渣锥或小型河谷玄武岩形式分布,其形成可划分为两期:一期为老房子小山期,形成时限为0.87~0.54 Ma,属碱性岩石系列;另一期为老虎洞期,形成时限为0.34~0.1 Ma,属碱性岩石系列和拉斑岩石系列。地球化学特征显示,碱性系列玄武岩具高Al、Ti、K、P和低Mg特征,拉斑系列玄武岩具高Mg、富Fe、Ca和低Na特征;二者稀土和微量特征较为一致,稀土元素配分曲线呈右倾型,略显正铕异常,并富集Ba、K、Pb、P、Ti,亏损Th、U、Sr,但拉斑系列玄武岩的稀土元素和微量元素含量及轻重稀土分馏强度均低于碱性系列。天池火山造锥阶段形成的玄武质火山岩均来源于进化岩浆,具有同源特征,经历了一致或相似的演化过程,岩浆房赋存位置相当于上地幔—下地壳的过渡部位,结晶分异岩浆作用显著、地壳混染作用微弱,其成分变化受控于多期次结晶分异作用和早期结晶再循环的岩浆作用过程。     

长白山天池火山千年大喷发的岩浆过程

千年大喷发是长白山天池火山最近的一次大规模爆炸式喷发活动。本文在天池火口及周边的地质调查中发现,千年大喷发存在碱流质和粗面质两套堆积物,且具有岩浆混合现象。进一步岩相学与地球化学研究,证实千年大喷发应存在先后两个喷发阶段,即碱流质喷发阶段(SiO_2,~75%)和粗面质喷发阶段(SiO_2,~65%)。同时,通过微量元素和斑晶特征等分析认为两阶段的岩浆来自于两个独立的岩浆房,岩浆房平衡温度分别为743℃和862℃,相应深度约为5km和7~9km。另外,根据条带状岩浆的混合特征,认为喷发过程中碱流质与粗面质岩浆混合发生在上升通道中,排除岩浆房内混合的可能性。最后根据喷发过程和岩浆特征,综合提出了千年大喷发的岩浆过程模型。本文对千年大喷发的喷发过程和岩浆过程取得的新认识,增进了对天池火山活动习性的理解。     

长白山区二道白河流域早更新世玄武质熔岩的成因

采用岩石化学和同位素分析方法,研究了二道白河流域早更新世玄武质熔岩的成因。玄武质熔岩由钠质拉斑玄武岩和钾质粗面玄武岩、玄武质粗面安山岩组成。它们的REE分配形式比较相近,表明它们来自共同的源区。Sr、Nd、Pb同位素示踪表明,二道白河流域早更新世玄武质熔岩岩浆源区接近于似原始地幔。它们的Mg#=100Mg O/(Mg O+Fe O)低于中国东部新生代玄武岩原始岩浆的Mg#(60~68),Ni(27.76×10-6~200.6×10-6)低于原始地幔,Rb/Sr(0.05~0.09)、Ba/Rb(15.64~264)高于原始地幔,说明这些岩石不是源自原始地幔。玄武质熔岩的DI变化于42~67,具有高Ca、高Sr、Eu正异常,微量元素图解显示玄武岩保留部分熔融趋势,粗面玄武岩、玄武质粗安岩具有结晶分异趋势,岩浆上升过程中发生了不同程度的地壳混染作用。玄武质熔岩的Nb/Ta之比为14.8~15.8,与勘察加半岛深俯冲带火山类似。Nb/Ta-(Na2O-K2O)关系图解显示研究区玄武质岩浆的形成与俯冲板片的部分熔融有关。     

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。     

长白山区图们江流域新生代火山岩的岩石化学研究

图们江流域新生代火山岩以溢流式喷发为特征，其主要岩石类型以拉斑玄武岩为主，含少量玄武质粗安岩、碱性玄武岩、玄武质安山岩和粗面玄武岩。根据图们江流域火山岩的Mg#（Mg#=100Mg^2＋／（Mg^2＋＋Fe^2＋））值多数≤60，Ni含量〈100μg／g和主、微量元素地球化学特征综合表明，形成火山岩的岩浆不是原始岩浆，它们是原始岩浆在上地幔经历了橄榄石、辉石分离结晶作用后形成的以拉斑玄武岩为主，包括碱性玄武岩和粗面玄武岩等演化岩浆，结晶分异作用是岩浆演化过程的主要控制因素。拉斑玄武质岩浆在上升过程中发生了不同程度的壳源物质同化混染作用，发生在上地壳遭受较大程度混染的岩浆K2O含量明显偏高（〉2．6％），形成玄武质粗安岩。     

我国五大连池、集宁碱性玄武岩矿物中的岩浆包裹体

本文研究了五大连池火山近代富钾玄武岩及集宁新生代碱性玄武岩矿物中的岩浆包裹体。所研究的岩浆包裹体属演化型岩浆包裹体。其主矿物经受了缓慢地冷却和结晶。我们可利用电子探针分析均一后的包裹体以获得初始化学成分。岩浆包裹体的测温测压结果表明,集宁碱性玄武岩中的橄榄石斑晶是在1295—1310℃和3.1—3.5kbar下结晶;五大连池火山富钾玄武岩的矿物斑晶是在岩浆缓慢上升和冷却过程中结晶。这表现为自橄榄石向单斜辉石,岩浆包裹体的均一温度(1308→1178℃)和CO_2压力(0.9→0.4kbar)逐渐下降。     

腾冲马鞍山、打鹰山、黑空山火山岩浆来源与演化

本文对马鞍山、打鹰山、黑空山火山岩主微量和Sr、Nd、Pd同位素地球化学研究认为,腾冲火山岩浆源区具有MORB与富集地幔混合之特征,推测为新特提斯俯冲洋壳重新熔融,导致腾冲地区的高钾钙碱性岩浆的火山活动,解释了腾冲在新生代大陆板内构造环境背景下出现岛弧或活动大陆边缘火山岩地球化学特征的现象。马鞍山、打鹰山和黑空山火山高钾钙碱性岩浆经历了岩浆房阶段辉石、钛铁矿的结晶分离作用和岩浆上升过程中斜长石的结晶分离作用,导致岩浆成分从中基性向中酸性演化,火山岩从玄武质粗安岩→粗安岩→粗面质英安岩演化。     

浙江拔茅破火山岩浆作用：开放体系多机制复合演化

拔茅火山杂岩的成分变化范围广泛，包括玄武质，玄武粗安质，粗面安山质，粗面英安质，流纹英安质到流纹质和高硅流纹质岩石都有，它们不是由单一母岩浆演化而来，也不是由单一岩浆房喷发形成的，而是来自多种类型的岩浆房，并经历过复杂的演化过程，为开放体系多机制复合演化，其中早期双峰式基性端元是由上地幔部分熔融形成的，而酸性端无则是地壳物质边熔融边喷发（分离熔融）的结果，作为火山杂岩主体的粗面英安质岩石，其岩浆是在高位主岩浆房内由玄武质岩浆与流纹英安质岩浆混合形成的，发生混合的流纹英安质与玄武质岩浆的比例为57：43，而粗面安山质岩浆则是溶部岩浆房内由玄武质岩浆分离结晶形成的，晚期侵出－侵入的流纹英安质岩穹和高硅流纹斑岩株则分别代表高位次级岩浆房的成分及其硅质帽。     

西藏羌塘地区戈木错渐新世钾质火山岩的地球化学特征及其构造意义

羌塘戈木错出露一套30Ma的钾质火山岩,岩石类型包括橄榄碱玄岩、橄榄粗面玄武岩、霓辉粗面岩和舍白榴石响岩.火山岩的SiO2含量变化于46%～60%之间,Al2O3含量在13%～21%之间,Mg#介于0.14和0.63之间,K2O/Na2O＞1.岩石强烈富集轻稀土元素(LREE),亏损相容元素(Cr、Ni)和高场强元素(Nb、Ta、Ti),全岩εHf(t)值变化于-1.28～-6.20之间.研究表明,戈木错火山岩母岩浆起源于软流圈流体交代的古俯冲地幔楔的低程度熔融.同源岩浆经历了AFC作用.戈木错火山岩和区域上的鱼鳞山、火车头山钾质一超钾质火山岩共同组成了羌塘渐新世钾质一超钾质火山岩带.综合南羌塘新生代火山岩岩浆性质的演化,认为岩浆的产生可能与35Ma左右羌塘陆内俯冲板片断离导致的软流圈上涌一岩石圈减薄作用有关.     

塔里木盆地南北缘新生代火山岩成因及其地质意义

塔里木盆地南北缘几个地方的新生代火山岩类具有贫硅富碱、特别是富钾的特点 ,均属于碱性火成岩系列。大部分样品SiO2 质量分数低于 5 3% ,全碱质量分数大于 3%。按照全碱 SiO2 的关系 ,它们可以划分为 3种类型 :钾质碧玄岩钾质粗面玄武岩钾质碱性橄榄玄武岩类、钾质橄榄安粗岩粗面岩类和钾质粗面玄武岩橄榄玄武粗安岩安粗岩类。岩石普遍含有橄榄石、单斜辉石、斜长石与黑云母等矿物斑晶 ,部分火山岩中见有辉石、金云母、角闪石高压巨晶 ,岩石地球化学特征与幔源捕虏体和高压巨晶的产出表明它们具有原生岩浆的性质。岩石地球化学参数的变异趋势暗示岩浆起源于深部流体强烈活动的地幔环境 ,而不是受控于分离结晶作用。岩浆活动受控于印度 -亚洲大陆碰撞构造体制派生的大型走滑体制 ,与大陆裂谷、地幔柱和陆内俯冲作用无关。     

新疆阿尔泰康布铁堡组钾质和钠质流纹岩的成因及同位素年代学研究

阿尔泰南缘康布铁堡组酸性火山岩分布在麦兹、克朗、冲呼尔以及阿舍勒等火山-沉积盆地.本文对其中的钾质流纹岩(TM1,铁木尔特地区)和钠质流纹岩(KK7,可可塔勒地区)进行了SHRIMP锆石U-Pb定年以及地球化学的研究.钾质流纹岩的年龄为400.8±8.4Ma(加权平均年龄为394.8±7.9Ma),钠质流纹岩的年龄为402.2±6Ma(加权平均年龄为396.8±5.1Ma).主元素分析结果证明研究区在时间和空间上紧密共生的高钾流纹岩和高钠流纹岩同属于高碱、高硅、低钙、过铝质的钙碱性岩系.相似的稀土元素分配模式和同样亏损高场强元素(Ti、Nb、Ta)的地球化学特征暗示二者的原始岩浆源于上地壳部分熔融.钾质流纹岩富集Rb,Ba、Pb,钠质流纹岩则富集Sr,这种元素分相富集的特征符合在岩浆液态不混溶条件下微量元素在共轭钠质熔体和钾质硅酸盐熔体中的分配原则.由此推论,本区产出的钾质流纹岩和钠质流纹岩可能是上地壳部分熔融形成的高挥发分酸性岩浆液态不混溶的产物.