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。     

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。     

澜沧老厂多金属矿床叠加成矿系统稳定同位素对比研究

云南澜沧老厂多金属矿床是"三江"成矿带南段重要的多金属矿床之一,属于多种构造环境演变过程中形成的火山喷流沉积+隐伏斑岩热液成因为主的矿床,多因复成矿特征典型。本文在对不同成矿系统典型矿物/岩石开展S、Pb、H、O、Sm-Nd、Rb-Sr同位素分析研究的基础上,对比了不同成矿系统在矿床地球化学特征上的异同。研究表明,两个成矿系统的成矿物质来源既有继承性,又有新生性,多源特征明显。其中,火山喷流沉积成矿系统的S主要来源于火山热液,Pb主要来源于古陆壳基底和火山岩,成矿流体主要为海水与岩浆水的混合。斑岩型矿石矿物的S、Pb同位素组成也具壳幔混合源的特征,金属成矿物质来源主要与岩浆有关,成矿流体主要来源于岩浆水及大气降水,晚期成矿流体向大气降水漂移的特征相对明显。斑岩热液成矿系统中花岗斑岩的~(87)Sr/~(86)Sr比值介于地壳与地幔岩石平均值之间,Sm-Nd同位素数据接近EMⅡ地幔端员,指示岩浆源区处于壳-幔组分过渡区。     

青藏高原及邻区新生代火山岩Sr-Nd-Pb同位素特征

笔者在综合分析最近十多年来的Sr、Nd、Pb同位素资料基础上,重点研究了青藏高原及邻区新生代火山岩岩浆源区在时空上的变化规律。结果表明：①冈底斯中段火山岩的岩浆源区逐渐从普通地幔向EMⅡ方向演化;西段晚期火山岩源区的演化方向为俯冲带壳幔混合源→造山带上地壳源→下地壳源。②西羌塘岩浆源区主要为不具富集或亏损的幔源物质;囊谦盆地、大理海东火山岩源区较深,为大洋型软流圈地幔 消减组分混合源;藏北羊湖、雄鹰台—鲸鱼湖、西昆仑以及北羌塘巴毛穷宗火山岩的岩浆源区为EMⅡ;鱼鳞山超钾质火山岩为经历了大陆地壳物质强烈交代作用的EMⅡ型岩浆源区;西秦岭火山岩源于亏损地幔,腾冲新生代火山岩源区为受到地壳物质交代的EMⅡ。③西羌塘、可可西里、西昆仑和腾冲新生代火山岩具两种演化趋势——鱼鳞山、普鲁、雄鹰台—鲸鱼湖岩区和腾冲火山群向EMⅡ方向演化,而泉水沟、黑石北湖、阿什库勒则分别沿0Ma的地幔—上地壳混合线方向演化。④青藏高原及邻区新生代火山岩至少存在4种不同的岩浆源区。     

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。     

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。     

中国年轻火山岩铀钍(U-Th)非平衡研究进展

本文简述近些年中国年轻火山岩的铀钍非平衡研究进展.中国东部(五大连池,天池,镜泊湖,龙岗,大兴安岭,海南岛)的年轻火山岩都显示显著的230Th过剩,表明岩浆来源于含石榴子石的深部地幔,并且部分熔融速率低.其中五大连池主要来自深部(≥75km)的岩石圈地幔,天池、镜泊湖、龙岗和大兴安岭岩浆主要来自软流圈地幔,而海南岛火山岩则显示下地慢特征.中国东部年轻火山岩中U-Th非平衡并没有显示俯冲的太平洋板块对年轻火山岩的物质贡献.我们近来发现年轻火山岩中含有锆石.长白山天池火山岩千年喷发的碱流岩中的锆石U-Th等时线年龄为7～10ka.腾冲马鞍山的锆石表面U-Th等时线年龄为55ka,而锆石内部年龄是90ka.锆石年龄可能表明,相对于腾冲马鞍山的小喷发,大喷发的长白山天池火山岩浆滞留年龄短.长白山天池火山的很短的滞留时间表明其存在危险性.     

横断南极山脉地区新生儿火山岩同位素地球化学

本文利用Ｓｒ，Ｎｄ，Ｐｂ同位素资料，得出横断南极山脉地区新生代火山岩的地幔源区以高μ值的地幔端员ＨＩＭＵ组分为主，并参杂有亏损地幔端员ＤＭＭ组分，原生岩浆由具高μ值特征的ＨＩＭＵ深部地幔柱与浅部欠流圈亏损地幔ＤＭＭ组成混合而成。     

南极罗斯岛及泰勒谷地区火山岩的地球化学特征及成因讨论

利用微量元素和Ｓｒ，Ｎｄ，Ｐｂ同位素资料，得出了南极罗斯岛及泰勒谷地区火山岩来自于上地幔，五个地区火山岩具有相同的源区。岩石具有大洋岛屿玄武岩（ＯＩＢ）的特征。来自地幔的火山喷发的岩浆未遭受地壳物质的混染作用。地幔源区是具有高μ（＝２０６Ｐｂ／２０４Ｐｂ）比值的地幔组分ＨＩＭＵ与亏损地幔组分ＤＭＭ混合作用的结果，其中以ＨＩＭＵ组分为主，原生岩浆由具ＨＩＭＵ组分特征的深部地幔柱与浅部的ＤＭＭ混合而成。     

横断南极山脉地区新生代火山岩同位素地球化学

本文利用Ｓｒ，Ｎｄ，Ｐｂ同位素资料，得出横断南极山脉地区新生代火山岩的地幔源区以高μ（μ＝２０６Ｐｂ／２０４Ｐｂ）值的地幔端员ＨＩＭＵ组分为主，并参杂有亏损地幔端员ＤＭＭ组分，原生岩浆由具高μ值特征的ＨＩＭＵ深部地幔柱与浅部软流圈亏损地幔ＤＭＭ组分混合而成。     

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。     

基于钻井温的长白山天池火山北坡浅部岩浆房赋存深度研究

长白山火山区地壳热结构尚未建立,目前基于地球物理探测手段获得的天池火山浅部岩浆房赋存深度存在差异.通过对天池火山北坡CZK07钻孔测温情况的研究,在资料评价与地温梯度计算的基础上,结合全新世岩浆房温度资料,估算了北坡浅部岩浆房的赋存深度.CZK07钻孔位于地球物理探测所推测的浅部岩浆房正上方,靠近历史时期火山喷发火口,在孔深约610 m处地温较高且稳定(102.5~106.8℃).连续测温资料显示,钻孔地温随深度呈一次正相关变化,地温梯度主要变化于134~178℃/km之间(平均为153℃/km),可大致代表浅部岩浆房上覆地壳的地温梯度.基于前人浅部岩浆房的温度研究,本次定量估算的天池火山北坡浅部岩浆房的赋存深度,为天池水面下5.25~7.21 km,与地球物理探测的反演结果相近.     

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。     

天池火山三期浮岩气孔结构局域化特征与喷发动力学初探

本文在长白山天池火山野外地质工作基础上,对天池火山黄色浮岩(50000年前大喷发)、灰白色浮岩(千年大喷发)和黑色浮岩(八卦庙期喷发)等三期空降浮岩开展了扫描电子显微镜高精度结构分析以及浮岩气孔结构的局域化定量研究。三期浮岩洛伦茨分析表明:黄色浮岩和黑色浮岩气孔均一化程度基本一致,而灰白色浮岩均一化程度更高,反映了千年大喷发在岩浆演化程度和喷发动力学行为上的特殊性,推测可能与幔源岩浆注入地壳岩浆房的动力过程有关。气孔大小幂律分布以及气孔形态分形特征的复杂性分析表明,50000年前大喷发的浮岩幂指数和分形维数最高,揭示了其自组织临界态程度最高,对外界环境触发最为敏感,而另外两期浮岩幂指数和分形维数呈现出标准的幂律衰减,据此我们推测三期喷发可能均处在天池火山系统逐渐稳态恢复的大周期中。     

Geology and geochemical evaluation of Taftan Volcano, Sistan and Baluchestan Province, southeast of Iran

At a glance of its stratighraphy, the Taftan Volcano can be classified as three groups： pre-, syn- and post-volcanic deposits. The pre-volcanic deposits consist mostly of flysch facies and colored mélange complex. The syn-volcanic deposits are mainly the product of the Taftan Volcano which is mostly composed of pyroclastic and lava flows from the main body of this volcano. The post-volcanic deposits are mostly epiclastic and reworked materials from the Taftan Volcano due to its erosion and weathering. Major and trace elements, and Sr/Rb isotopic compositions determined on whole-rock samples from the Taftan Volcano showed that the volcano was formed at the continental margin. The whole-rock isotopic composition of the Taftan Volcano showed a feature of strong enrichment with ^87Sr/^86Sr=0.705326-0.705921. Geochronological samples of the Tartan Volcano determined by the ^40K/^40Ar method gave an age range of 6.95±0.72 to 0.71±0.03 Ma. The rare-earth element patterns are characterized by high LREE and nearly strongly linear patterns for MREE to HREE, suggesting that distinctive minerals such as olivine and pyroxene crystallized in the early magmatic stage and then were involved in reaction between the lower crust and residual magma. The integrated isotope and trace element systematics and tectonic structure beneath the Taftan Volcano suggested the lower-crust assimilation by the primary magma. The primary magma had generated from a heterogeneous mantle source and a secondary petrogenetical process. This magma could have been affected by the subduction of the Oman Sea undemeath the continental Eurasia plate.     

Geochemical Constraints on Possible Subduction Components in Lavas of Mayon and Taal Volcanoes, Southern Luzon, Philippines

Mayon is the most active volcano along the east margin of southernLuzon, Philippines. Petrographic and major element data indicatethat Mayon has produced a basaltic to andesitic lava seriesby fractional crystallization and magma mixing. Trace elementdata indicate that the parental basalts came from a heterogeneousmantle source. The unmodified composition of the mantle wedgeis similar to that beneath the Indian Ocean. To this mantlewas added a subduction component consisting of melt from subductedpelagic sediment and aqueous fluid dehydrated from the subductedbasaltic crust. Lavas from the highly active Taal Volcano onthe west margin of southern Luzon are compositionally more variablethan Mayon lavas. Taal lavas also originated from a mantle wedgemetasomatized by aqueous fluid dehydrated from the subductedbasaltic crust and melt plus fluid derived from the subductedterrigenous sediment. More sediment is involved in the generationof Taal lavas. Lead isotopes argue against crustal contamination.Some heterogeneity of the unmodified mantle wedge and differencesin whether the sediment signature is transferred into the lavasource through an aqueous fluid or melt phase are needed toexplain the regional compositional variation of Philippine arclavas. KEY WORDS: Mayon Volcano; Philippines; sediment melt; subduction component; Taal Volcano     

Magma Origin and Evolution of Tengchong Cenozoic Volcanic Rocks from West Yunnan,China: Evidence from Whole Rock Geochemistry and Nd‐Sr‐Pb Isotopes

Tengchong Cenozoic volcanics that have record key information on the tectonic evolution and mantle features of the southeast margin of the Tibetan Plateau are of great importance because of its unique eruption history spanning the entire Quaternary period. Magma origin and evolution of Tengchong Cenozoic volcanic rocks were studied on the basis of Nd-Sr-Pb isotope and major and trace element data from different eruptions in the Ma’anshan area. Different samples within one eruption show relative identical lithologies, chemical and isotopic compositions. However, the geochemical features for the five eruptions are distinct from each other. These volcanic rocks show low Mg# values (<45), moderate to high fractionation of LREEs and HREEs, and enrichment of Pb and Ba and depletion of Nb. Tengchong Cenozoic volcanic rocks were derived from an enriched mantle based on Nd-Sr-Pb isotopic studies. And lines of evidence show that crustal contamination should be involved before the eruption of different periods of Tengchong Cenozoic volcanic rocks. Older subducted components may be responsible for adakite recycling at various stages of evolution, which results in the origin of the enriched mantle source magma accounting for the isotopic features of Tengchong Cenozoic volcanic rocks. Segregated primitive magma pulsating injected into magma chamber, fractional crystallized and contaminated with crust component. Finally, magmas with distinct chemical and isotopic compositions for each eruption formed. The extension of the northeast segment of the Yingjiang tectonic belt triggered the pulsating eruption of the Cenozoic volcanics in the Tengchong area.     

大地电磁测深在火山区地热研究中的应用

大地电磁测深(MT)由于勘探深度范围较大,且对温度、流体、岩浆房和岩性等与热储相关的地质条件的敏感度较高,因而成为火山区地热勘探和岩石圈结构研究中常用的一种地球物理勘探手段。地壳和上地幔的电性结构与热结构之间存在着密切的联系,通过解读二者的关系,可以刻画更为精细的岩石圈结构模型,进而掌握火山区的构造特征和热演化过程,了解其岩石圈地球动力学机制。本文着重介绍了MT方法的原理以及从野外数据采集到后期数据处理的过程,综述了MT法的应用特点以及电导率与温度之间的关系,通过实例分析,介绍了国际上这一方法在火山区地热勘探和岩石圈热结构研究中的应用进展,展示了MT法在新西兰Taupo火山区Ngatamariki高温地热田0~3km地热资源勘探中的应用;以埃塞俄比亚Afar省的Tendaho地热田和Badi火山为例,分别讨论了0~20km和0~50km不同深度的电性结构特征及其与温度存在的内在联系,探讨了形成火山的驱动机制;以日本九州岛的Shinmoe-dake火山为例,介绍了大地电磁测深和温度监测在火山监测方面的应用。最后简述了国内MT法在火山区的应用进展以及存在的问题,并利用上地幔电导率与温度的关系以及岩石圈内硅酸盐熔体不同含水量引起的电导率随温度的变化关系,初步估算了长白山天池和阿尔山火山区的莫霍面以下的温度以及长白山天池火山区的高温岩浆房温度。