基于地下电性结构探讨中国东北活动火山形成机制

东北地区是我国现代火山活动最强烈的地区之一，也是许多学者十分关注的地区。本文回顾了前人提出的关于该地区火山成因的研究成果；通过分析在东北活动火山区大地电磁观测研究的地壳上地幔结构和采用大地电磁网观测研究的地幔1000km以上的电性结构成果，发现长白山天池火山区存在地壳岩浆囊，其它活动火山没有发现地壳岩浆囊，但都存在通往地幔的岩浆通道；东北地区在80～120km左右和200～250km可能存在与地幔岩浆囊相关的地幔高温流体。基于电性结构的研究成果，作者提出了一种东北地区可能的活动火山成因假说。认为东北火山的成因可能与西太平洋板块俯冲到中国东北地区的地幔过渡带后产生脱水有密切关系。这种水以矿物组分或流体方式向上运移，在地幔200-250km和80～120km左右聚集，80～120km的聚集区可能是火山喷发的物质来源。     

利用ANSYS WORKBENCH模拟火山岩浆活动热扩散过程

火山喷发必然伴随着高温岩浆侵入体把热量从岩石圈深部携带到地壳浅层的过程,因而火山区往往也是地热资源富集区。火山岩浆侵入体热扩散过程的数值模拟不仅是火山区构造热演化研究的重要手段,而且也是火山区地热资源评估的重要方法。本文利用在工程热物理领域应用甚广、但在地热地球物理领域鲜有报道的有限元软件ANSYS WORKBENCH对火山活动岩浆冷却过程及其对围岩的热扰动过程进行了数值模拟。首先本文建立一系列简单的柱状模型,模拟了不同规模、不同顶板埋深的侵入体的热扩散过程,引入冷却指数α=(T_(侵入)-T)/(T_(侵入)-T_(稳态))×100%及干扰温差ΔT=T-T稳态分别来定量分析岩浆侵入体冷却过程及围岩受侵入体热扩散扰动程度。结果表明,半径为0.5km的柱状侵入体的冷却时间约为50ka左右,对围岩热扰动持续时间不到0.5Ma,最大横向热扰动范围约为3km。而半径1km的柱状侵入体的冷却时间约为200ka左右,对围岩温度场影响可持续1.4Ma,热扰动范围可至7km。顶板埋深越大,侵入体对围岩热扰动的持续时间越短。在上述模拟实验的基础上,本文结合最新的相关研究成果,模拟计算了上地壳岩浆房和上中地壳岩浆房两种情景下长白山天池火山千年大喷发对于温度场的可能影响。结果表明,无论其岩浆房位于上地壳或中地壳上部,千年大喷发对于围岩的热扰动目前还局限于500m左右的范围内,这可能是区内尚无大规模地热显示的原因。     

云南宁洱-通关火山区最上地壳地热场:构造和岩浆活动意义

思茅中生代红层盆地中央的宁洱和通关两地在第四纪均发生过小规模的玄武岩浆喷发,喷发渣锥至今清晰可见,而同属于该盆地中央的思茅-普洱地震区百年来6级地震密集发生。思茅盆地中央断裂发育,新构造隆升显著,壳幔速度和电性结构意味着该地区现今仍有可能存在着岩浆活动。然而,对宁洱-通关火山区目前到底有无壳内岩浆房和岩浆活动,以及岩浆活动与思普地震带地震活动的关系仍知之甚少。利用该地区的温泉资料和水化学分析数据,我们对宁洱-通关火山区及邻区范围内的36个温泉的热储温度进行了估算,得到了36个点的热储温度数据,通过克里金插值方法获得了宁洱-通关火山区的热储温度空间分布。结果发现:在宁洱火山和通关火山附近存在2个热储温度在220℃以上的温度场高值异常区。综合考虑我们的地热场结果、前人的速度和电性结构等深部探测资料,我们认为:宁洱-通关火山区现今仍存在2个岩浆房,第1个岩浆房位于宁洱县城一带,第2个岩浆房位于墨江通关火山区附近;但宁洱火山和通关火山已不在现今岩浆房的正上方,各反向错开约18km,由此推断把边江断裂(F2)为右旋错动,其中更新世以来的右旋错动速率为18mm/y;宁洱地区频繁而密集的中强地震活动与深部岩浆活动及其产生的深源流体活动密切相关。岩浆的存在使上部地壳与下伏地壳充分解耦并产生应力集中,深源流体活动则有利于断层发生错动。     

基于重力剖面的长白山天池火山地壳岩浆囊建模

长白山天池火山是中国最具潜在喷发危险的多成因复式火山,在近2000年来,曾经发生过世界上最大规模的喷发。为了进一步研究长白山天池火山的潜在危险,有必要研究火山的岩浆囊位置和分布。为此,在长白山天池火山开展了一条南北方向的重力剖面测量。结合前人工作,如地震勘探P波速度反演和大地电磁测深（MT）电阻率反演,以及地质信息,采用人机交互的形式,建立了一条长约150km的密度模型。从建模结果图中可以发现：（1）长白山天池下方存在地壳岩浆囊;（2）长白山天池北坡地壳存在一个高阻、低密度体,深度在7~15km,距离天池2~10km,可能是富含气体的岩浆囊;（3）在南坡和北坡大约3km深度处普遍存在一个岩浆岩层;（4）在天池下存在一个已经塌陷堵塞的火山颈。     

黑龙江五大连池火山群大地电磁探测和研究初步结果

对黑龙江五大连池火山群新近观测的7条大地电磁测深剖面资料进行了处理、解释和分析。研究表明,在地下约几百米深度至15～20 km左右,存在一个上宽下窄似铆钉状的高阻异常体,推测为固结过程中的火山岩浆体。该高阻体一直穿过地壳与上地幔连接,有向深处延伸的通道,并随着深度的加大,其电阻率逐渐减小。该火山群属于岩浆直接来自上地幔的火山类型,在地壳内没有明显的低阻岩浆囊存在。火山区的构造走向为近南北方向。     

腾冲火山区的现代幔源氦释放:构造和岩浆活动意义

深地震测深(DSS)和大地电磁测深(MT)都表明腾冲火山区现今仍存在壳内岩浆囊,但对其数量和空间分布还存在分歧并缺乏全貌性认识。MT探测认为腾冲火山区是一个软流圈上涌和岩石圈减薄区,但对这一减薄区的空间范围还缺乏充分的约束。通过对腾冲火山区及外围大范围温泉逸出气体的分析测试,我们共获得了75个温泉逸出气体的氦同位素³He/⁴He比值数据(部分为前人资料)。利用氦同位素示踪原理,我们研究了腾冲火山区幔源氦释放强度空间分布和时间变化特征,结果发现:腾冲火山区的幔源挥发份释放呈1带3区分布。以³He/⁴He≥1 Ra,幔源氦比例≥15%为界,腾冲火山区的幔源挥发份释放异常区呈整片分布,为一南北走向的条带,南北长100km,东西宽50km。在整片异常区的内部,腾冲火山区的幔源挥发份释放又有强度不同的3个区域:① 中部腾冲县城-热海一带,³He/⁴He比值达到5.5 Ra以上,幔源氦比例达到70%以上,释放强度最强。② 北部曲石一带,³He/⁴He比值达4.5 Ra以上,幔源氦比例达到50%以上,释放强度次之。③ 南部五合-蒲川-新华一带,³He/⁴He比值达2Ra以上,幔源氦比例达到25%以上,释放强度最弱;腾冲火山区幔源挥发份释放强度在不断升高,其中第3个释放区的³He/⁴He比值(Ra)升高速率比前两者明显要大。我们认为:腾冲火山区现今幔源挥发份释放强度的空间分布图象就是该地区软流圈上涌和岩石圈减薄区空间尺度和上涌强度的最直接反映,上涌区(减薄区)的大小大致为南北长100km,东西宽50km;腾冲火山区现今存在3个壳内岩浆囊。第1个岩浆囊位于腾冲县城-热海一带,第2个岩浆囊位于马站-曲石一带,第3个岩浆囊位于五合-龙江-团田-蒲川-新华一带;腾冲火山区3个岩浆囊都在不断受到幔源岩浆的持续补充;第1个岩浆囊集幔源挥发份释放、相对地热梯度、地壳形变和地震活动等异常于一身,活动性最强,是未来腾冲火山最可能喷发的地点,需重点监视。第2个岩浆囊的幔源挥发份释放强度也引人注目,需加强监测。第3个岩浆囊规模大,埋深较浅,幔源挥发份释放增加较快,需引起注意。     

华北地区大地电磁测深及岩石圈厚度讨论

近些年来，随着地球科学的进展，大陆岩石圈导电性结构的研究越来越引起人们的重视。这是因为固体地球物理学研究的结果告诉我们，有关大陆岩石圈导电性的研究有可能为当前地球科学各领域的进展提供重要的物理依据。大地电磁测深是从导电性的角度研究地壳和上地幔结构不可缺少的方法。长期以来，国内对此开展了大量工作：而当前，随着科学技术发展，无论是仪器、数据采集或数据处理和反演技术都有了长足的进步。中国的大地电磁测深已实现超宽频带、高精度测量技术；在数据处理和反演等方面也基本与国际先进技术接轨。因此，在2001年，沿着山西应县到山东商河，布置一条大地电磁测深剖面进行研究。采用现代先进的大地电磁数据处理技术和快速松弛二维反演方法获得该剖面二维电性结构模型，从而充分展示了华北地区岩石圈电性结构的特点。从电性特征上讲，华北岩石圈以太行山前断裂为界划分为东、西两区。东区为低阻区，上地壳电性结构基本与华北裂谷系的隆、坳构造格局相对应，岩石圈的电导最高达30000S，远远大于强烈活动的安第斯山岩浆弧区和西藏高原岩石圈的电导。西区为高阻区，太行山和恒山的岩石圈为高阻块体，表现出稳定大陆区岩石圈导电性结构的特点。但恒山高阻块体之下发现一组向西缓倾的高导层，其电导率为0，04~o，25S／m，顶面在20krn深处。底面深约40km。研究结果表明，华北裂谷盆地范围内地壳的电阻率很低，属于良导电性的地壳，这可能是由华北裂谷盆地的壳、幔热结构、热状态所决定的。根据对大陆电阻率模型的讨论。推测鄂尔多斯地块的上地幔也许不存在前人所界定的“软流圈”的性状：而华北裂谷盆地虽然是中新生代构造活动区，活动性较强，但与年轻的火山岛弧区或剧烈的构造活动区相比仍有一定差别，因而，上地幔“软流圈”的痕迹并不明显。这也许正是根据现今应县-商河剖面上大地电磁的探测结果看不出来存在通常所说的反映“软流圈”电性特征的“上地幔高导层”的原因。不过，根据这结果还是可以得出；在华北地区西部的地壳和岩石圈厚度大于东部。但更准确的结果还有待于更深入、更精细的地球物理探测。     

基于MapGIS组件二次开发MT成果数据的查询及应用

为了方便快捷地利用大地电磁测深来研究深部地壳和上地幔岩石圈层的信息,这里以首次建立的大地电磁测深成果MicrosoftSQLSever数据库为基础,结合VisualBasic语言与MapGIS组件二次开发技术,实现了大地电磁测深成果的空间数据和属性数据信息的查询等功能,其可为不同研究区的岩石圈壳幔电性结构特征的研究提供便捷的技术支持。同时以长江中下游重要成矿区带为例,利用大地电磁测深成果数据的查询功能,开展了岩石圈电性结构的初步研究,并取得了一定的应用效果。     

长江中下游南京（宁）-芜湖（芜）段深部壳幔电性结构——宽频大地电磁测深研究

为了较全面、客观地认识南京(宁)-芜胡(芜)地区岩石圈深部结构,探讨岩石圈热结构和壳、幔物质状态等重要科学问题,为矿集区成矿作用和成矿规律的研究提供依据,我们完成了6条宽频大地电磁测深剖面。通过分析各剖面电性成像结果,讨论了研究区地壳-上地幔导电性的"拟三维"结构,发现测区普遍存在连续的下地壳-上地幔低阻层,仅在巢湖冲褶体断开。结合区域热流结果,我们认为下地壳-上地幔有较好的导电性,可能存在局部"熔融体"或"含水剪切断裂",其物质状态很可能是热的、软弱的。此外,我们通过物质状态和电性界面推断了上地幔隆起的位置和长江深断裂带的分布范围,认为长江断裂带不但存在,而且由多条北深南浅的断裂组成,较为复杂。     

陇川县勐约乡地热资源特征及成因模式分析

云南西部陇川县勐约乡研究区小范围内出露地热泉,该区地热成因及地热田范围并不明确,地热成因争议较大。本文以勐约地热田为研究对象,结合前人研究成果和区内地热钻井资料并在此基础上开展了对地热成因分析,在盖层、热源、热储和热通道等要素方面对该区地热条件、地温场特征、地热形成机理进行研究,构建地热地质成因模型。综合分析认为:(1)水化学类型为HCO_3~-～Na~+型水;(2)该区地热田热源主要来源于上地幔的岩浆,高热岩浆囊构成本区主要热源。     

伊通盆地横头山火山机构综合地球物理探测

火山隐伏机构的研究对火山演化、火山地热勘探与开发具有重要的意义。本文选取伊通盆地内的横头山火山开展研究,采用航磁、大地电磁测深、可控源音频大地电磁测深等多种地球物理方法探测火山隐伏机构,揭示了横头山火山的形成时间和深部动力学过程,以及隐伏岩体的空间形态和构造环境,确立了一套针对隐伏火山机构的地球物理探测体系。研究表明：横头山火山形成于第四纪早更新世晚期,在压扭应力作用下,玄武岩岩浆由深部沿马鞍山断裂挤出地表,现阶段岩浆通道已经闭合,一部分岩浆停留在通道中;横头山火山隐伏部分与围岩存在较大磁性差异,地表磁异常面积为2.6 km²,沿马鞍山断裂北东向不均匀分布,埋藏深度小于1 000 m。     

华北中部岩石圈电性结构——应县—商河剖面大地电磁测深研究

20 0 1年, 沿着山西应县到山东商河, 重新布置大地电磁测深剖面进行研究.采用现代先进的大地电磁数据处理技术和快速松弛二维反演方法获得该剖面二维电性结构模型, 从而充分展示了华北地区岩石圈电性结构的特点.从电性特征上讲, 华北岩石圈以太行山前断裂为界划分为东、西两区, 东区为低阻区, 西区为高阻区.在东区, 上地壳电性结构基本与华北裂谷系的隆、坳构造格局相对应, 岩石圈的电导最高达3× 104 S, 远远大于强烈活动的安第斯山岩浆弧区和西藏高原岩石圈的电导.这里, 在构造连接部位的地壳中有不连续的高导体存在, 电导率大约0.1~ 0.8S/m.在西区, 太行山和恒山的岩石圈为高阻块体, 表现出稳定大陆区岩石圈导电性结构的特点.但恒山高阻块体之下发现一组向西缓倾的高导层, 其电导率为0.0 4~0.2 5S/m, 顶面在2 0km深处, 底面深度大约40km.      

MT法在河北献县地区地热勘查中的应用

河北献县地热资源埋藏浅、温度高、储量大、开发潜力大,合理选择物探方法可以很好地确定靶区,圈定储热构造,减少因钻探位置不当带来的额外开发成本.本次勘查工作利用EH4连续电导率成像系统,采取单点进行大地电磁测深（MT）的数据采集方式,能够极大地降低地形因素的影响,由此保证了测量的精度.由于MT法探测深度的优势,其反演电阻率电性特征图能够很清晰地反映出地热田导水导热断裂构造的分布、产状.MT法在本次地下热源勘查工作中取得了很好的测量结果,成功圈定了地下热源的范围,为下一步的钻探工作提供了有力的技术支持.     

MT在天津地热勘查中的应用及主要成果

利用大地电磁测深法(MT)反映地质体的电性差异,可以确定具有不同电性特征的地质体的空间展布。近十年来,天津在多个地热资源勘查项目中,利用MT方法确定断裂、地层并尝试圈定地热远景区,取得了一定效果。本文通过不同构造单元的MT成果,分析了这一方法在地热勘查中的适用性,从而得出:对于深大断裂、尤其是坳陷与隆起区的分界断裂在MT上有较明晰的显示;对上、下层电阻率相差较大、且分布较为稳定的地层,MT确定的地层界面较为准确;以剩余电阻率等值线圈定的地热异常区与盖层平均地热梯度等值线圈定的地热异常区相吻合的区域,通常具有比周边地区更好的地热资源条件。     

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.     

大陆岩石圈导电性的研究方法

随着地球科学的进展 ,大陆岩石圈导电性结构的研究越来越引起人们的重视 ,而超宽频带大地电磁测深则是目前用于探测岩石圈导电性最有效的地球物理先进技术。它把现代性能优良的宽频带大地电磁系统 (MT 2 4NS或V5 2 0 0 0 )与长周期智能化大地电磁系统 (LIMS)配套使用 ,采集地面上频率范围为n× 10 -4～n× 10 2 Hz的天然电磁场信号 ,并通过一系列数据处理和反演计算 ,获得深达下地壳和上地幔的地下导电性结构模型。此模型不仅可以提供有关岩石圈地质构造轮廓的信息 ,更重要的是可以间接反映现今地下深部的热结构特征和物质状态分布特点。多年来 ,应用超宽频带大地电磁测深对青藏高原岩石圈导电性结构的研究表明 ,高原的中、下地壳确实是良导电性的 ;它可能说明西藏地壳中普遍存在岩石的局部熔融 ,或地热流体。沿着应县—商河剖面的大地电磁测深研究结果从电性的角度证明了太行山山前断裂为一组向东倾斜的深断裂 ,华北地区岩石圈以其为界划分为东、西两区 ;东区为低阻区 ,与构造活动区的岩石圈导电性特征相符 ;西区为高阻区 ,表现出稳定大陆区岩石圈导电性结构的特点。     

Petrogenesis of Silicic Rocks from the Krksfjrdur Central Volcano, NW Iceland

Calc-alkaline dacites are found in the Tertiary Kroksfjordurcentral volcano besides the more typical tholeiitic dacitesand rhyolites characteristic of Icelandic rift zones. It isclear that these calc-alkaline dacites are not subduction related,but their chemistry and petrography are definitely calc-alkaline.They are much lower in Fe and higher in Ca and Al than otherrocks from Iceland with comparable silica percentages. Theyare significantly depleted in the high field strength elements(HFSE, e.g., Nb, Zr, Y, and heavy rare earth elements), andsome of them contain hydrous phases or their relics. The anhydrousphase assemblage and relatively high Fe content of the tholeiiticsilicic rocks indicate generation at shallow depths (P_H2o <1kb). The high Ca and Al contents and the depletion of HFSE inthe calc-alkaline dacites indicate generation by partial meltingof amphibolite facies rocks at 5–6 km depth. The generationof the tholeiitic silicic rocks requires a shallow magma chamber,where they could be formed by fractionation of basaltic magma,or by partial melting of country rock heated by basaltic magma.The calc-alkaline dacites require a different volcanotectonicenvironment for their generation. The geothermal gradient requiredis comparable with that of regional geothermal gradients closeto the active rift zones. They were probably formed when thecentral volcano was drifting away from the rift axis and itsactivity was waning. Intrusion of basaltic magma, probably relatedto another volcanic center, mobilized the dacite magma.     

综合电法在湖南祁阳太平圩地热资源勘查中的应用

湖南祁阳县太平圩位于阳明山岩体北侧,区内断裂褶皱发育,岩浆活动强烈。白果市断裂为区内主要深大断裂,与深部热源有密切联系,为主要控热断裂构造。本文在对太平圩地质构造与控热背景等分析研究的基础上,进行了可控源音频大地电磁测深和联合剖面等综合电法勘探工作,基本查明了区内地层岩性分布及地下电性结构特征、隐伏断裂以及控热构造的位置及产状,为地热勘探和后期开发提供了物探依据。     

二连盆地北部油气勘探前景——从中新生代火山岩地球化学特征入手

对二连盆地北部地区中、新生代典型火山岩地球化学研究表明,该区中、新生代强烈的岩浆活动以酸性、中性火山岩为主。火山岩富集稀土元素,形成于大陆板块环境。侏罗纪为钾质碱性系列,古近纪为钙碱性系列,而且前者岩浆源较浅,岩浆分异作用差。自侏罗纪以来,该区地幔软流圈上涌,地壳拉张,控制中、新生代断陷盆地的形成与火山活动。持续的火山活动使该区地温梯度异常高,为次级断陷盆地内良好的烃源岩生烃过程创造了有利条件。