火山气体的成分和总量研究

近年来 ,随着全球变化研究的不断深入 ,火山气体研究作为全球气候变化的一个分支迅速发展。文章介绍了目前火山气体的测试方法 :(1)尽管目前利用“差异法”获得火山喷出的H2 O含量的研究还较普遍 ,但是 ,利用离子探针技术直接测定玻璃基质和岩浆包裹体中水含量代替“差异法”已成为必然。 (2 )目前主要采用电子探针对玻璃基质和岩浆包裹体中Cl、S和F百分含量进行定量测试 ,通常选定工作电压为 15～ 2 0kV ,电流 6～ 15nA ,束斑直径分别为 1～ 10 μm(包裹体 )和 15～ 2 0 μm(基质玻璃 )。 (3)岩浆包裹体和玻璃基质中CO2 和CH4 的含量主要利用红外光谱和激光拉曼探针测定 ,另外基质玻璃中CO2 和CH4 的含量可通过XRF方法分析。文中系统分析了估算火山气体成分和总量过程中选择待测斑晶、岩浆包裹体和基质玻璃的标准 ,阐述了利用“岩石学方法”估算火山喷出气体总量的质量守恒原理 ,指出应用这一方法的前提条件是 :(1)火山气体主要来源于上升岩浆的减压出溶 ;(2 )岩浆上升过程中没有经过大规模的同化混染作用。因此 ,利用“岩石学方法”估算的火山气体总量是实际喷发量的最小值。     

非火山地热区玛旁雍热田土壤CO_2脱气研究

地热活动是地球脱气的重要形式之一,其过程常伴随大量温室气体排放。选取非火山地热区西藏玛旁雍热田作为研究对象,基于菲克扩散定律对地热田区土壤CO_2脱气量进行评估。结果表明:该区一般土壤CO_2脱气通量为0.167~0.771 kg/(m2·a),含喷气孔区域土壤CO_2脱气通量为2.054~7.877 kg/(m2·a),含喷气孔地区的土壤CO_2脱气通量是一般土壤脱气量的18.9倍;与全球火山区土壤脱气量(0.001~2.25 Mt/(m2·a))相比,其值显著偏低;但比青藏高原高寒草原生态系统土壤的CO_2排放量(187.46 g/(m2·a))大。结合区域地质背景推测地热系统中的CO_2含量主要来源于岩浆脱气和热液同长石等围岩矿物的蚀变反应。区内土壤CO_2的低脱气通量受透水性较差的碎屑岩沉积盖层约束。     

火山温室气体释放通量与观测的研究进展

火山活动是地球深部碳循环的重要环节,火山区不仅在火山喷发期能够释放温室气体,而且在休眠期也能向大气圈中释放大量的温室气体。在当前全球温室气体减排的背景下,定量化地研究火山区对大气圈温室气体含量增加的贡献,对于识别自然因素和人类因素碳排放的相对规模、为国际碳排放谈判积累基础数据等均具有至关重要的科学价值和现实意义。本文对火山区温室气体的排放方式与特征、温室气体释放通量与成因的研究方法进行了简要概括,并综述了中国新生代典型火山区温室气体释放通量与成因的研究成果。结合国外温室气体排放研究现状,指出深入研究活火山(包括休眠火山)区的温室气体释放通量与成因对于估算火山来源温室气体的释放规模、建立火山未来喷发预测-预警体系、深入理解岩浆脱气过程与机制等问题均具有至关重要的现实意义和科学价值。     

张家口中生代火山盆地火山喷发对古气候的影响

本文在详细地研究了张家口中生代火山盆地火山喷发物的基础上,利用岩石学及大气环境化学的基本原理,提出了一套系统估算火山喷出气体及气溶胶总量的程序与方法,并对张家口中生代火山喷出气体的种类、总量及气溶胶总量进行了估算;分析了火山硫化物气体转化为火山硫酸盐气溶胶的光化学过程及可能途径。在分别研究了本区火山喷发导致的“阳伞效应”与“温室效应”的基础上,探讨了该区火山喷发对地表温度的综合影响。初步结果表明：张家口中生代火山盆地火山喷发向当时大气圈中输送了约９．９６×１０１０ｋｇ的硫酸盐气溶胶,它们能导致当时北半球范围内太阳总幅射率降低０．８１％～３．６０％,最终造成地表温度下降约０．８１℃～３．６℃。     

吉林省龙岗火山群南龙湾第四纪火山碎屑颗粒特征研究

爆炸性火山喷发形成的碎屑颗粒的粒度、分选性、表面结构和内部结构等特征与火山喷发的机制、岩浆与水作用的程度、搬运过程等有着重要的联系。本文以此为线索,研究了龙岗火山群南龙湾火山的一个剖面,以探讨其喷发类型和特征。在该剖面上采集了不同层位火山碎屑颗粒样品,然后进行显微形貌观测、粒度分析和扫描电镜形貌观测。显微镜下观测表明,射汽爆发、射汽岩浆爆发和岩浆爆发的碎屑颗粒具有不同的成分和形貌特征。粒度分析结果显示,粒度与喷发类型之间存在很好的对应关系,不同的爆发类型具有不同的分维值D范围。SEM分析可以提供有关火山喷发特征对火山碎屑颗粒的影响。本文的研究结果表明,南龙湾火山喷发为爆炸式喷发,包括早期的射汽岩浆爆发,到岩浆爆发至晚期以射汽爆发为主的射汽岩浆爆发的不同阶段,该区火山喷发的不同时期,水参与喷发的程度不同。     

火山气体喷发量的一种计算方法——以汉诺坝浮岩为例

火山气体喷发量的一种计算方法———以汉诺坝浮岩为例夏成朱永峰王海华鲍景新（北京大学地质系,北京１００８７１）关键词浮岩二相分流气体喷发量以火山方式将地幔气体排出是地球内部向地表输出的一条重要途径。火山喷发过程中流体（岩浆及地幔气体）带出大量动能,喷出...     

内蒙古达里诺尔晚新生代火山群喷发特征研究

达里诺尔火山群有近百座晚新生代单成因火山,其地质地貌形态各异,喷发形式多样。这些火山既有爆破式喷发,如:夏威夷式喷发,斯通博利式喷发,强斯通博利式喷发和射汽岩浆喷发;也有溢流式喷发,如盾状火山;还有岩浆缓慢侵出,如大黑山。火山群内典型火山机构表明,不同的喷发方式穿插于火山喷发过程:早期火山活动多以侵出和溢流为主,逐渐转变为岩浆爆破式喷发(强斯通博利式,斯通博利式),晚期又过渡为溢流式喷发,喷发过程大体经历一个爆破强度弱-强-弱的转变。射汽岩浆型的火山则是以剧烈的射汽岩浆爆炸开始,后期逐渐转弱为岩浆爆破喷发和溢流喷发。火山喷发过程中火山产物出现牛顿流体,宾汉流体,层流,颗粒流,涌流,空降等不同类型的运动形式,自火口向远源运动,形成差异化的火山产物。岩浆的输送速率、上升速度,以及围岩的类型,可能是造成达里诺尔火山群多样化喷发的主要因素。     

火山区温室气体排放研究进展

火山活动是地球深部脱气的重要途径之一,它在大气圈温室气体浓度变化及全球碳排放研究中具有重要的作用。以国外火山气体研究成果为基础,概述火山气体的研究内容、研究方法（包括样品采集、实验室测试）,并重点探讨国外间歇期火山区土壤脱气、温泉脱气及喷气孔脱气的温室气体排放通量估算方法及其相应规模。结果表明,全球范围内火山间歇期土壤...     

火山活动与深部碳循环的关系

火山活动是导致地球深部碳向地表输送的重要途径之一,它促进了地球层圈物质交换与深部循环作用.目前,火山活动与深部碳循环关系的研究主要集中在: 1)火山喷发向大气圈中输送CO2气体的通量与总量; 2)火山气体的来源及其演变历史; 3)不同类型的火山喷发(例如,大火山岩省、洋中脊和俯冲带火山活动)对地球深部碳循环贡献的差异.文章通过对青藏高原北部阿什库勒火山群1951年阿什火山喷发物斑晶中原生岩浆包裹体和基质玻璃的实验室测定表明,阿什火山喷出的气体成分主要由H2O,CO2,S,Cl和F组成,利用"岩石学方法"计算的阿什火山喷发向大气圈输送的CO2气体总量为1.01×109kg.     

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%。     

吉林大椅子山火山年代学、地球化学特征及其排气量的估算

利用铀系组分法测得龙岗大椅子山火山喷发时间为距今71±9ka,属于晚更新世。各类喷发物的岩石化学、地球化学特征表明 ,它们形成于同一岩浆源。根据岩石学方法 ,结合Thordarson(1996)等人的排气模型 ,估算此次喷发向大气层输送的HCl、HF总量分别为7.36Mt和5.21Mt。     

Trace element degassing and enrichment in the eruptive plume of the 2000 eruption of Hekla volcano, Iceland

During its last eruption in February 2000, Hekla volcano (Iceland) emitted a sub-Plinian plume that was condensed and scavenged down to the ground by heavy snowstorms, offering the unique opportunity to study the chemistry of the gaseous plume released during highly explosive eruptions. In this paper, we present results on trace element and minor volatile species (sulfates, chlorides, and fluorides) concentrations in snow samples collected shortly after the beginning of the eruption. The goal of this study is to better constrain the degassing and mobility of trace elements in gaseous emissions. Trace element volatility at Hekla is quantified by means of enrichment factors (EF) relative to Be. Well-known volatile trace elements (e.g., transition metals, heavy metals, and metalloids) are considerably enriched in the volcanic plume of Hekla. Their abundances are governed by the primary magmatic degassing of sulfate and/or halide compounds, which are gaseous at magmatic temperature. Their volatility is, however, slightly lower than in basaltic systems, most likely because of the lower magma temperature and higher magma viscosity at Hekla. More surprisingly, refractory elements (e.g., REE, Th, Ba, and Y) are also significantly enriched in the eruptive plume of Hekla where their apparent volatility is two orders of magnitude higher than in mafic systems. In addition, REE patterns normalized to the Hekla 2000 lava composition show a significant enrichment of HREE over LREE, suggesting the presence of REE fluorides in the volcanic plume. Such enrichments in the most refractory elements and REE fractionation are difficult to reconcile with primary degassing processes, since REE fluorides are not gaseous at magma temperature. REE enrichments at Hekla could be attributed to incongruent dissolution of tephra grains at low temperature by F-rich volcanic gases and aerosols within the eruptive plume. This view is supported by both leaching experiments performed on Hekla tephra and thermodynamic considerations on REE mobility in hydrothermal fluids and modeling of glass dissolution in F-rich aqueous solutions. Tephra dissolution may also explain the observed enrichments in other refractory elements (e.g., Th, Y, and Ba) and could contribute to the degassing mass balance of some volatile trace elements, provided they are mobile in F-rich fluids. It thus appears that both primary magmatic degassing and secondary tephra dissolution processes govern the chemistry of eruptive plumes released during explosive eruptions.     

地幔流体与地球的放气作用

地幔流体的形成、聚集和渗透是引起地幔交代作用的主要营力。地幔交代作用发育的强弱决定着所生成岩浆的碱性程度。地幔流体和部分熔融体高度富集不相容元素,它们与亏损地幔的相互作用可以使后者发生ＬＲＥＥ和不相容元素的局部富集。通过板块俯冲作用使地球表层的ＣＯ２进入地幔,参加地球的碳循环。热点岩浆来源的ＣＯ２中含有部分循环的ＣＯ２,而大洋中脊玄武岩中的ＣＯ２主要是原始地球的ＣＯ２。携带ＣＨ４和Ｈ２Ｏ的流体渗透至被俯冲带带入地幔的物质,使碳酸盐化的榴辉岩还原而形成含金刚石的榴辉岩和富水流体,并诱发局部熔融,所形成的熔体以火山喷发的形式上升到地表。地幔岩石中含有大量的流体,它们主要以流体包裹体的形式存在于地幔矿物中。几乎在所有的上地幔环境下形成的矿物中均找到了流体包裹体。包裹体内流体的成分主要是ＣＯ２,ＣＨ４,Ｈ２Ｏ及少量Ｈ２,Ｎ２等。     

松辽盆地北部火山岩CO2脱气参数及其对CO2资源量估算的意义

为了定量评价火山岩脱CO2气量的潜力，选择松辽盆地北部火山岩进行了低温脱气实验。将火山岩加热到250℃时，脱出挥发份总量为0.0299～0.0790ml/g；其中CO2脱出量为0.0218～0.0706 ml/g（0.429～1.387wt％）。脱挥发份总量与其中CO2量具有良好的正线性相关；挥发份以CO2气为主，其次是Ｎ2气，还伴有H2、CO、CH4等还原性气体，以及更少量的低碳烷烃；基性火山岩比中、酸性火山岩脱出CO2数量较多。火山岩吸附大量CO2气，成为充足气源，火山岩脱出的吸附气主要是辗转而来的深源气，火山岩成为探索幔源气成藏的主要源岩，尤其是基性火山岩。估算CO2资源量，可将250℃时火山岩挥发份含量作为岩石挥发份及残余CO2量的下限值，而全岩分析的总碳含量可作为CO2脱出量的上限值。     

火山喷发形式与挥发分含量

火山喷发是由地球深部物质发生部分熔融产生的岩浆上涌至地表所形成的一种地质现象,是地球内部能量释放的主要途径之一。有些火山喷发极为猛烈,产生的大量火山灰能够在长达几个月的时间内影响当地气候环境,甚至可以在一瞬间掩埋整座城市;而有些火山喷发时只有大量的熔岩从火山口中静静地溢出,人们甚至可以在不远处进行观赏。火山喷发具有何种程度的破坏力取决于其喷发形式,而挥发分含量是影响喷发形式的重要因素之一。本文简述了几种常见的喷发形式及其相互之间可能存在的转化关系,着重论述了挥发分含量在其中所起到的作用,同时介绍了几种可能的去气模型及常见的测量岩浆挥发分含量的方法。其中使用单斜辉石斑晶来反演大陆玄武岩原始岩浆水含量的方法预计会在未来的研究中得到普及。     

Guest Editorial to the Special Issue: Lessons Learned from post-2008 Wenchuan Earthquake Community Recovery

Identifying the spatial extent of volcanic ash clouds in the atmosphere and forecasting their direction and speed of movement has important implications for the safety of the aviation industry, community preparedness and disaster response at ground level. Nine regional Volcanic Ash Advisory Centres were established worldwide to detect, track and forecast the movement of volcanic ash clouds and provide advice to en route aircraft and other aviation assets potentially exposed to the hazards of volcanic ash. In the absence of timely ground observations, an ability to promptly detect the presence and distribution of volcanic ash generated by an eruption and predict the spatial and temporal dispersion of the resulting volcanic cloud is critical. This process relies greatly on the heavily manual task of monitoring remotely sensed satellite imagery and estimating the eruption source parameters (e.g. mass loading and plume height) needed to run dispersion models. An approach for automating the quick and efficient processing of next generation satellite imagery (big data) as it is generated, for the presence of volcanic clouds, without any constraint on the meteorological conditions, (i.e. obscuration by meteorological cloud) would be an asset to efforts in this space. An automated statistics and physics-based algorithm, the Automated Probabilistic Eruption Surveillance algorithm is presented here for auto-detecting volcanic clouds in satellite imagery and distinguishing them from meteorological cloud in near real time. Coupled with a gravity current model of early cloud growth, which uses the area of the volcanic cloud as the basis for mass measurements, the mass flux of particles into the volcanic cloud is estimated as a function of time, thus quantitatively characterising the evolution of the eruption, and allowing for rapid estimation of source parameters used in volcanic ash transport and dispersion models.

     

幔源CO_2释出机理、脱气模式及成藏机制研究进展

针对幔源CO2如何从地幔岩浆中脱出并进入沉积地层中形成CO2气藏聚集这一关键问题,总结了国内外研究进展和前缘方向。研究表明,地幔深部的碱性玄武岩浆和碱性岩浆才是深部流体和CO2等挥发份大量赋存、渗滤和释出的场所。浅成侵入岩、次火山岩和火山通道等是CO2释放和聚集的有利位置,岩浆期后和岩浆衰弱期的热液活动阶段是CO2大量释放和聚集的有利时期。幔源CO2进入沉积盆地中具有3种脱气模式,即沿岩石圈断裂直接脱气模式、热流底辟体脱气模式和壳内岩浆房-基底断裂组合脱气模式。CO2的固有物化性质决定其运移相态多样,具有运移和聚集过程同步的特征。只有在满足大量的化学消耗及地层水或原油的溶解和耗散之后才能形成CO2有效聚集。幔源CO2成藏和分布主要受岩浆气源体和气源断裂体系的控制。今后,在超临界CO2及其对油气运移聚集的作用、CO2与深大断裂及火山岩的关系、CO2脱气运移机制、CO与常规烃类油气的耦合差异成藏机制等方面仍需要进一步的研究和探索。     

陆相火山岩区填图方法的实践——以浙江嵊州新生代玄武岩为例

从20世纪90年代以来,中国陆相火山岩区调查工作普遍采用"火山构造-火山岩相-火山岩性"三位一体的思路与工作方法。以浙江嵊州地区1∶5万区域地质调查工作为例,探讨了该方法在大面积新生代玄武岩区中的应用。系统的野外调查及研究显示,在新生代玄武岩区,遥感技术及新的影像图是火山岩区填图的关键,图像解译-野外验证的反复实践,是提高填图效果和质量的有效方法。在野外,特殊的地貌、爆发相的集块角砾岩及火山颈相的玄武玢岩往往指示了火山机构的中心;火山岩相、喷发间断是划分火山旋回的关键。火山机构、火山岩相、火山岩性的时间-空间变化是恢复古火山喷发历史的关键手段。