长白山天池火山造伊格尼姆岩喷发及气候效应

长白山天池火山属新生代多成因中央式火山。火山喷发活动经历了早更新世造盾喷发、中－晚更新世造锥喷发和近代造伊格尼姆岩喷发三个阶段。造伊格尼姆岩喷发时布里尼喷发柱高度曾达２５ｋｍ，伞状云顶部高度达３５ｋｍ。初始喷发温度为７８０℃，喷发速度３００ｍｓ－１。岩浆质量喷发率为１０８．３６ｋｇｓ－１，释放能量１．３４３６×１０１９Ｊ。喷发持续时间为四天半到十四天之间。高速流动的伊格尼姆岩最大流速１７０ｍｓ－１，流体前锋定位时仍保持了５０ｍｓ－１的运动速度。天池火山１２１５±１５Ａ．Ｄ．喷发物释放出了５×１０１０ｋｇ卤素元素和２×１０１０ｋｇ的Ｓ。喷发后导致了强烈的持续７年左右的“火山冬天效应”。在欧亚大陆中部地区最大降温幅度超过２．２５℃。     

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。     

长白山天池火山造锥喷发岩浆演化系列与地层划分

根据天池火山岩的岩性特征、化学成分和产状,把火山造锥喷发划分为4介阶段,同时描述了各个阶段喷发特点和演化规律。将岩浆演化划分为早晚两个旋回,描述了每一旋回的特点及岩性。最后把天池火山地层进行了划分并同邻区地层进行了对比。     

长白山天池火山双岩浆房的互动式喷发

天池火山的发展经历了钾质粗面玄武岩造盾、粗面岩-碱流岩造锥和全新世碱流质岩浆的爆破喷发.钾质粗面玄武岩在天池火山锥体外围呈"裙状"分布,不整合覆盖在中生代花岗岩风化壳或砾石层之上,其时代介于2.0～1.2 Ma的早更新世.造盾结束之后,约1 Ma后钾质粗面玄武岩在地壳岩浆房经历了岩浆结晶分异作用.     

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。     

长白山天池火山千年大喷发火山碎屑流堆积相特征

发生于公元946年的长白山天池火山千年大喷发（Millennium Eruption，ME）形成的火山碎屑堆积物体积高达100~172km³，并可分为大规模的ME-Ⅰ和小规模的ME-Ⅱ两个喷发阶段。通过对围绕长白山天池火山53个典型露头剖面进行火山地质测量（单元构成、垂向堆积序列和堆积特征），结合筛析法粒度分析、偏光显微镜成分分析，刻画了长白山千年大喷发火山碎屑流堆积物特征，探讨了相和亚相划分，并建立了火山碎屑流搬运和堆积模式。根据火山碎屑的堆积特征，将长白山千年大喷发火山碎屑流堆积分为峡谷充填火山碎屑流相（包括块状峡谷充填亚相和层状峡谷充填亚相）和火山碎屑流冲击扇相（包括扇头亚相和扇体亚相）等两相四亚相。峡谷充填火山碎屑流相主要发育在天池火山锥体周缘距离喷发中心8~23km左右范围内（坡度在15°~60°之间）的火山U型谷中；火山碎屑流冲积扇相主要发育在距离喷发中心23~45km左右范围内，地形相对平缓的熔岩台地处（坡度在5°~15°之间），火山碎屑流的搬运不受地形限制，一般形成较大纵横比扇状堆积。块状峡谷充填亚相和扇体亚相以块状混杂堆积为主要特征，而层状峡谷充填亚相和扇头亚相则以多火山碎屑流单元垂向叠加为主要特征。多单元叠加现象是由搬运过程中火山碎屑流单元发生分离增生作用形成。根据火山碎屑流的最大分布范围和厚度，如果再次发生与长白山千年大喷发类似规模的普林尼式喷发，至少距长白山天池火山喷发中心45km范围内具有巨大的火山碎屑流灾害风险。该研究有利于进一步深入认识长白山千年大喷发火山碎屑流堆积物的空间分布特征和相变规律，对火山碎屑喷发灾害的预防具有指导作用。     

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。     

陕西陈家坝变质火山体系

陈家坝变质火山体系位于太古代扬子陆壳西北边部康略勉初始裂谷，是在裂谷纪大陆拉张后期所生成的一个浅海海底中－酸性火山体系，它包括同源成串的裂隙式火山机构、火山塌陷构造和塌陷被动侵位的岩塞。火山机构的五次喷发堵塞阶段与刘家沟组凝灰岩系的五个喷发沉积阶段，岩段之间有着明显的成因对应关系，原岩属于陆壳来源型的富镁安山岩－英安岩－流纹岩组合。在较厚的近火山灰锥锥坡海底洼地相的角斑质火山尘凝灰岩层中，夹有含金     

吉林长白山天池第四纪火山旋回性喷发与冰川作用的耦合关系

长白山天池火山喷发活动贯穿整个第四纪,旋回性明显,发育良好的冰川遗迹,为火山喷发与冰川作用的耦合性研究提供了有利条件。文章通过对长白山天池第四纪火山喷发旋回及火山岩分布特征研究,收集火山喷发年代学与冰期-间冰期旋回年代学数据,并利用卫片解译了火山喷发与冰蚀U谷的关系。在年代学数据的约束下,根据天池火山锥体周边广泛发育的U谷遗迹,将研究区冰川作用分为3个冰期:锦江冰期、漫江冰期和二道白河冰期,分别对应中国东部鄱阳冰期、大姑冰期和庐山冰期。长白山天池火山造锥阶段喷发形成的白头山组3个阶段(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ),与上述3个冰期具有良好的耦合关系。天池内部冰斗为白头山冰期(即中国东部东山冰期,MIS4)产物,经黑风口冰期与气象站冰期(即中国东部蒙山冰期,MIS2)、全新世冰川作用及火山作用的双重改造,其基本特征保存至今。长白山天池冰盖消融导致的释压反弹,可能诱发了天池火山呈旋回性喷发。     

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。     

五大连池新期火山锥体结构及喷发过程

五大连池新期火山（1719～1921年喷发）包括老黑山和火烧山两座火山。火山由富钾玄武质熔岩盾和锥体组成,造盾喷溢与造锥喷发交替进行。老黑山形成相对较早,喷发规模大,锥体结构复杂,为两期形成的复式套叠锥,晚期锥体中心为漏斗状火山口,火山喷发过程可分为5个阶段。火烧山为一单锥,锥体中心发育破火口,火山活动经历了3个阶段。     

老黑山火山碎屑降落堆积物研究

由中心式喷发形成的老黑山火山碎屑降落堆积物，主要是玄武质火山渣、火山弹、火山饼和少量岩屑。在火山爆发自身能量和北北西风的影响下，形成高耸的火山渣锥和向南南东展布的低缓的火山碎屑席地貌景观。区域上系统测量了火山碎屑席中火山碎屑的厚度、最大平均粒径、分选系数和中值粒径，均呈现规律性变化；剖面层序则反映老黑山火山经过两个大喷发阶段，多次脉动式喷发。经估算，老黑山火山碎屑席中火山碎屑量比火山渣锥中要少得多，老黑山火山碎屑属“建造火山锥”火山碎屑沉积。据投点，老黑山火山喷发属斯通博里型。老黑山、火烧山火山仍有再次爆发的可能。未来火山喷发的潜在危险主要来自火山喷发空落堆积物。老黑山、火烧山火山的南东、东和南，包括五大连池市在内有必要对未来火山爆发加以防范。     

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。     

长白山天池火山地质学研究的若干进展与灾害分析

通过以减轻火山灾害为目的的天池火山锥体顶部地区地质填图工作，发现了天池火山锥体附近不同期次火山泥石流，部分火山泥石流显示的高温定位特征指示了其与千年大喷发的成因联系。这些火山泥石流构成了严重的火山泥石流灾害，天池火山锥体近顶部大型滑坡体的发现则指示了天池火山另一种重要的灾害类型。滑坡体堆积物结构上可分为3种类型。天池火山千年大喷发时不同成分与物性的岩浆混合作用十分发育，指示了天池火山喷发前不同岩浆批的混合与共喷发机理。本文还论述了天池火山近代历史记录喷发物的分布与鉴别特征。     

大椅子山火山碎屑降落堆积物研究

由中心式喷发形成的大椅子山火山碎屑降落堆积物,主要为玄武质火山渣和浮石,其次为火山弹、超镁铁质岩包体和岩屑。在强劲西风的影响下,该火山经过110多次脉动式喷发,形成了耸立的火山渣锥和低缓的火山碎屑席。在平面和剖面上,降落火山碎屑的组成、厚度、最大粒径、分选系数和中值粒径都呈有规律变化。构成碎屑席的火山渣分下、中、上三层,主要发育平面平行层理和递变层理。降落火山碎屑的各种特征表明,大椅子山火山的喷发过程非常复杂。     

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。     

火山玻璃风化层的透射电镜研究

利用透射电镜(TEM)和X射线能谱(EDX)研究了长白山天池火山1000年和4000年前两次大喷发产生的火山玻璃风化层特征.TEM分析显示,4000年前大喷发浮岩中的火山玻璃风化层平均厚度3.7 mm,1000年前大喷发浮岩中的火山玻璃风化层平均厚度为1.0 mm.EDX分析显示,两次大喷发浮岩中的火山玻璃风化层化学组成与火山玻璃相比富Al、Fe,而si减少.火山玻璃风化层富Al发生在Al的浓度较高的中到弱酸溶液中(pH=5～6),火山玻璃表面形成含有少量的非晶质的Al、Si、Fe物质,这些非品质的次生物质是火山玻璃风化早期阶段形成的.天池火山喷发物中火山玻璃的微观特征的差异可能与火山喷发年代和喷发后的环境有关,研究天池火山不同期次喷发物中火山玻璃的微观特征具有一定的理论和实际应用价值.     

长白山天池火山潜在的火山灾害评价

长白山天池火山是世界上著名的具有潜在灾害性喷发危险的火山 。该火山于公元1215年发生一次大规模的爆炸式喷发,其爆发指数为7,是世界上较罕见的一次大喷发。以这次大规模喷发为参照系,采用“以古论今”的原则,将未来潜在的火山灾害分为降落灾害、火山碎屑流灾害、火山泥石流灾害3种主要类型,对这3种灾害分别确定了分布范围,并划分了灾害程度带。