长白山天池火山千年大喷发期后火山泥石流沉积特征及其源-汇响应关系

源于长白山天池地区的火山泥石流沉积可分为粗碎屑岩块(岩屑)泥石流和细碎屑浮岩泥石流,它们沿二道白河和松花江水系搬运的路径为从距天池火山口40km的三合水电站经过丰满大坝(360km)和吉林市(380km)到小白旗屯(450km),形成广泛的沉积区域。这两类火山泥石流的沉积成因有两种解释:一是形成于千年大喷发同期,是由一次性洪水事件搬运和沉积形成的;二是形成于千年大喷发期后经过多次搬运和沉积的产物。两个模式的共同问题是都没有考虑天池当时是否有水及其蓄水过程。后一模式在某种程度上,还回避了导致岩屑与浮岩两类泥石流频繁互层的沉积物源和水动力条件以及二者的转换机制,而这恰恰是关于泥石流沉积成因的基本要素。通过重新研究火山泥石流经典剖面(位于天池西北57.73km的水田村),作者发现本区火山泥石流沉积存在明显的物源剥蚀区与沉积堆积区的反剖面关系。即无论是粒径32～500mm的粗碎屑还是0.0625～16mm的细碎屑,成分自下而上(或沉积早期到晚期)呈现规律性变化:剖面下部的碎屑成分以浮岩为主(浮岩在物源区位于顶部),向上粗面岩和玄武岩明显增多(在源区它们位于浮岩之下),而沉积序列上部的碎屑成分是在物源区处于较深层位的岩脉辉绿岩和基底流纹岩。整个序列碎屑成分的沉积分异特征明显。沉积构造和岩相组合特征显示,该火山泥石流剖面的下部和上部碎屑粒度细、分选较好、成层性好、水平状层理发育,主要表现为环境较为稳定的以地面径流为主的河流相和末端扇相背景沉积;中部粒度粗、成层性差、主要表现为突发性洪水作用导致的洪积相事件沉积。沉积序列中频繁出现的冲刷面构造指示水流强度曾出现周期性的快速增加。自下而上冲刷面规模由小变大再变小,指示水流强度由弱变强再变弱。为了探讨天池的积水条件和蓄水过程,作者基于达西定律和质量守恒原理,模拟计算降水量、蒸发量、地表径流量、火山机构整体的平均渗透率和天池积水速率之间的关系。结果显示,当天池火山机构平均渗透率高于6m D(毫达西)时,天池地区降水量减蒸发量即使高达2000mm/y,水亦会全部渗流而出,因此天池不存在积水环境。当降水量减蒸发量小于1500mm/y时,则天池火山体平均渗透率需要小于4m D,天池才可能在200年之内集满现今的水量。当天池降水量减蒸发量小于1000mm/y时,天池火山体平均渗透率需要小于2.5m D,天池才可能在200年之内集满现今的水量。将水田村火山泥石流沉积序列与天池蓄水过程计算结果加以对比,我们提出本区火山泥石流沉积序列的另一种成因解释:(1)这是形成于千年大喷发之后的以地面径流或河流为主的背景沉积与洪水导致的突发性事件沉积互层的序列;上部和下部的细碎屑层主要表现为背景沉积,中部的粗碎屑岩块泥石流主要表现为洪流事件沉积。(2)下部的背景沉积可能对应于天池千年大喷发之后的持续积水过程,时间可能不少于200年;而上部的背景沉积则对应于本区的水系和地貌逐渐稳定并接近于现今条件的稳定型河流沉积。结合天池北坡和西坡古老树木年轮指示的沙松冷杉生长年代(公元1749-1768)同时考虑松柏类植物对水系和地貌稳定性较为敏感等因素,推测上部沉积环境趋于稳定的时间应该不晚于公元十八世纪初。     

长白山天池火山千年大喷发岩浆含水量研究——熔融包裹体含水量的红外光谱测试

长白山天池火山在公元一千年左右曾发生过大规模喷发,其产物为大面积分布的灰白色碱流质浮岩和碎屑流,在其斑晶矿物橄榄石、钙铁辉石和碱性长石中均可见到熔融包裹体。在最主要的斑晶矿物——碱性长石中含有数量众多且个体也较大的熔融包裹体,多数含有一个以上的气泡,其中部分含有子晶,根据形貌特征的不同可分为截然不同的两组包裹体。这些熔融包裹体带有大量喷发前地下岩浆的信息,成为研究地下深部的岩浆在复杂的溢流-爆炸喷发中所发生变化的最好媒介。也是本文的研究对象,通过其中挥发份尤其是水的含量,可以推知天池火山发生大喷发的原因。经Nicolet Magna-IR 550红外光谱仪测定,这些熔融包裹体的含水量较高,达1．6％-3．6％,为当时天池火山发生了巨大规模爆炸喷发的原因提供了强有力的证据。但目前红外光谱仪的应用范围还比较有限,有待今后拓宽其应用领域。     

长白山天池火山气象站期晚期碱流质熔岩的岩石学研究

通过野外火山堆积物的相分析、岩石显微鉴定和造岩矿物化学分析,可以确认气象站期晚期碱流质熔岩是典型的溢流熔浆冷却固结形成的,不是碎成熔岩。熔岩流的顶部和底部是黑曜质碱流岩的表壳相,中部是致密厚层与薄层相间产出的、具有塑性变形的碱流岩的内部相。组成熔岩流的岩石具有斑状和聚斑结构,从表壳相向内部相基质依次发育玻璃质结构、（微）球粒结构和霏细结构。斑晶矿物钠透长石、钙铁辉石、铁橄榄石和少量石英出现在熔岩流的所有岩相中,而钠铁闪石、铁钠透闪石和钛铁矿则作为内部相基质中的显微斑晶出现。气象站期晚期碱流质熔岩是过铝质、过碱性的钠闪碱流质熔岩,属于碱性系列,与意大利潘泰莱里亚岛碱流岩相比,富Si、Al、K、Mg、Ca和P而贫Fe、Na、Mn和Ti。     

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。     

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。     

Unusual eruption of the Main Pugachevo gas-water-lithoclastic (Mud) volcano in Sakhalin during the Winter of 2005

The examination of the Main Pugachevo gas-water-lithoclastic volcano during the summer of 2005 and GPS-controlled large-scale (1: 1000) mapping revealed its regular but rather peculiar eruption. It was the largest among the eruptions investigated since 1911 and produced a very unusual lithoclastic field with an area of about 100 000 m² and a volume of about 100 000 m³. The eruption occurred from three distinct active centers and began with a vigorous explosion-like gas burst from one center followed by the noncontemporaneous discharge of a gas-and water-saturated liquid lithoclastic mass from the three centers, which produced a number of flows of different directions and sizes. The flows almost completely covered the smoothed flat open area of the volcano and even invaded the larch forest surrounding the volcano, where they bent, overturned, broke, and occasionally uprooted and dragged over some distance some large trees. The analysis and comparison with all the previously documented eruptions of the Main Pugachevo gas-water-lithoclastic volcano revealed their fairly diverse, sometimes strongly variable character with respect to many parameters: the amount of ejected lithoclastic material; the number of eruption centers; and the proportions of the erupted gaseous, liquid, and solid components. In general, the eruptions show a distinctly multirank periodic character: relatively minor or small low-rank eruptions take place once every 1–2 yr, and large eruptions of a higher rank are much less frequent (supposedly, once in 70 years).     

古地理环境对火山喷发样式的影响:以准噶尔盆地玛湖凹陷东部下二叠统风城组为例*

自然界中,火山的喷发样式常因岩浆或周围环境的变化而发生转换。为了探索沉积盆地古地理环境对古代火山喷发样式的可能影响,文中利用地震、钻测井及岩心资料,厘定准噶尔盆地玛湖凹陷东部下二叠统风城组古地理环境及火山岩的分布;利用岩心和薄片观察、扫描电镜、元素地球化学、电子探针等技术,对取心段火山岩岩石类型、岩石组合和地球化学特征开展了研究。结果表明:(1)取心段火山岩发育4种岩石类型和3种岩石组合,射气岩浆喷发和岩浆喷发2种火山喷发样式类型;(2)射气岩浆喷发以发育熔积岩,具面包皮结构、熔结结构、熔结珍珠结构的熔结凝灰岩和增生火山砾为特征,而岩浆喷发以胶结增生火山砾而形成含增生火山砾熔岩为特征;(3)火山口古地理环境的演化控制着火山喷发样式的类型及其转换,进而影响喷发产物的特征:古地理环境为水下环境时,足量的水和上升的高温岩浆相互作用发生射气岩浆喷发;古地理环境变为陆上时,岩浆发生溢流式岩浆喷发。取心段古地理环境变化的主要原因可能是喷发产物在火山口附近的堆积或季节性气候变化引起的湖平面变化;(4)古地理环境对古代火山喷发的样式类型、喷发过程、喷发产物特征具有重要影响,这可以为盆地中火山岩成因分析和喷发过程重建提供新的视角,为火山岩油气藏的精细勘探开发提供新的思路。     

徐家围子断陷营城组火山岩分布特征及火山喷发机制的新认识

基于深层钻井和连片处理三维地震资料,结合同位素测年,本文对松辽盆地北部徐家围子断陷白垩系营城组火山岩的分布特征及其喷发机制进行了研究。本区火山岩分布广、厚度大、沿深大断裂串珠状分布;纵向上分为下部营一段和上部营三段两套;营一段分布于断陷中部及其以南地区,岩性以酸性为主;营三段分布于断陷中部及其以北地区,酸性和中、基性火山岩均有发育。本区断裂类型及其组合复杂,正、逆、走滑和花状断裂都有发育;两组断裂交汇部位是火山喷发的主要通道。深大断裂与火山岩时空展布关系显示,营一段火山岩主要受徐中断裂控制,由北向南依次喷发,岩性以酸性为主;营三段火山岩主要沿着徐东花状断裂带由南向北依次喷发,表现为基性与酸性交替的双峰式。营城组火山岩喷发类型有三种:裂隙式、中心式与复合式。徐家围子断陷营城组火山岩储集性能优良且毗邻烃源岩,与断裂、源岩及盖层有利匹配,可构成有利的生储盖组合,具有良好的天然气勘探前景。     

黄河中游鄂尔多斯高原内流区与闭流区的形成机理—基于水循环的分析

在分析鄂尔多斯高原地表水、地下水与黄河流域水资源转化关系的基础上,依据地下水流系统的理论与方法,对内流区与闭流区的形成机理进行了研究,对内流区与闭流区的分布范围进行了重新界定。结果表明,在鄂尔多斯高原可划分为2个内流区和4个闭流区：内流区内虽然地表水与黄河及其支流无直接的水力联系,但地下水与黄河及其支流存在着密切的水力联系,应将其划入黄河流域;闭流区内无论地表水还是地下水,与黄河及其支流均无水力联系,不属于黄河流域;闭流区总面积为32451.4km2,与1977年《黄河流域特征值资料》中划分的闭流区面积(42296km2)相比减少了9844.6 km2,即黄河流域集水面积在原来的基础上应增加9844.6 km2。