中国火山学和地球内部化学研究进展与展望（2011～2020年）
发布时间：2022-01-24 11:29
本文回顾并综述了2011～2020年十年间我国在火山学和地球内部化学领域的主要研究进展,包括:（1）进一步查明了我国新生代火山活动的时空分布特征,确定了火山喷发物的成因类型,建立了中国活动火山地质基础数据库;（2）深入研究了中国新生代火山岩成因,认为在地幔过渡带中滞留板片的脱碳和脱水作用及相关的熔融和交代作用是板内岩浆成因的主要驱动力,提出了东亚大地幔楔导致板内玄武岩成因的深部熔/流体助熔机制;通过深源包体研究为中国东部深部岩石圈的改造和演化提供了新的约束;（3）对峨眉山和塔里木两个二叠纪大火成岩省进行了进一步研究,揭示两者的异同;（4）将我国活动火山监测与灾害防御研究推向了新的高度;（5）开展了火山喷发模拟实验与物理火山学的研究、建立了我国火山灰年代学的研究方法与测试手段,开展了火山学与地热学的交叉学科研究,进一步拓展了我国火山学研究的广度。本文还明确了学术组织在火山学学科发展中发挥的作用,并对我国火山和地球内部化学领域的未来发展进行了展望。
【文章来源】：矿物岩石地球化学通报. 2020,39(04)北大核心CSCD
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
中国活火山分布示意图
Li等(2016b, 2019)和徐义刚等(2018)发现,同中国东部玄武岩由低硅和高硅两个熔体端元混合而成,其中低硅玄武岩有高全碱、高CaO、TFeO和TiO2,高硅玄武岩具有低全碱、低CaO、TFeO和TiO2。除东北高钾岩外,无论华北和东北,还是华南均共享一个相同的低硅组分,而高硅组分在三个区域的表现形式有差异。如前所述,低硅组分源区为含碳酸盐的榴辉岩+橄榄岩地幔,其206Pb/204Pb值较典型HIMU玄武岩的偏低,Nd-Hf同位素具有(年轻的)太平洋洋壳特征,是较深(>300 km)熔融产物(徐义刚等,2018)。而高硅玄武岩的同位素组成表现出地区差异,其中华北具有EM1型富集组分特征,华南具有EM2型富集组分特点,而东北则兼有EM1和EM2两种富集组分。目前,对高硅组分的成因认识还有分歧,但多数人认为是低硅熔体与岩石圈地幔相互作用的结果。Liu等(2016)研究发现,东北新生代钾质玄武岩的地球化学特征与玄武岩的时空分布存在明显的耦合关系。岩石圈越厚的地区产出的钾质玄武岩的MgO越高,K2O/Na2O值和Rb/Nb值越低,Sr-Nd同位素组成越亏损。晚期阶段比早期阶段喷发的玄武岩具有更高的Rb/Nb、Ba/Nb、K/Nb和Ba/La值。这些相关性表明,初始的富钾、富硅熔体由软流圈地幔中富集物质的部分熔融产生,熔体在上升过程中与亏损的岩石圈地幔发生了不同程度的反应,从而转变为钾质玄武岩。此外,Wang等(2018)对山东新生代碱性玄武岩的研究发现,在δ66Zn与其他元素和微量元素比值相关图上弱碱性玄武岩呈现出从强碱性玄武岩组成向类似岩石圈地幔组成过渡的趋势,据此他们指出这些玄武岩的地球化学组成的转变是由贫硅熔体与岩石圈地幔相互作用的结果。玄武质熔体的演化过程通常发生在浅部的岩浆房内。然而,由于起源自不同富集组分(如辉石岩和碳酸盐化橄榄岩)的岩浆具有不同的组成和性质,若它们在上升过程中相遇,两者则可能发生反应,结晶出辉石和石榴子石,并产生新的岩浆组成。例如,富硅拉斑质岩浆+贫硅碱性岩浆→富硅碱性岩浆+石榴子石+单斜辉石(Zeng et al., 2017)。这种拉斑质岩浆与碱性岩浆之间的相互作用及其伴随的岩浆深部演化过程可能是造成板内玄武岩化学组成多样性的一个重要机制。由此可见,在今后的研究中还应重视大陆岩石圈地幔对中国东部新生代玄武岩地球化学组成的改造作用。
过去,火山灰年代学家的研究对象主要是毫米至厘米级肉眼可见的火山灰层,它们主要记录了规模较大或者距离火山口较近的火山喷发,而对一些规模小或距火山口较远的喷发,肉眼可见的火山灰方法往往难以发挥作用。自Dugmore(1989)在苏格兰泥炭中第一次提取到肉眼不可见的冰岛火山灰层之后,显微火山灰的重要性才逐渐得到关注(McLean et al., 2018)。显微火山灰层覆盖面积大,可以飘散至距离火山口数千公里以外的地区(Sun et al., 2014),因此是开展地质学和考古学时间精确对比的重要对比。经过近十年的努力,我国学者已经掌握了显微火山灰的提取技术,并在中国科学院广州地球化学研究所建立了我国首个显微火山灰年代学实验室,可开展相关的年代学研究,并逐步开始应用到地质学和古环境等领域。显微火山灰年代学的关键是显微火山灰的提取。过去学者尝试了诸如酸化法、碱处理、烧失等各种方法,以从各类沉积物中获得纯净的火山灰(图3)。多年的实践表明,重液浮选法(Blockley et al., 2005)能较好地提取沉积物中的含量极低的显微火山灰,但缺点是较为耗时。此外还有一些学者尝试利用间接手段如CT扫描和XRF来识别沉积物中的火山灰层。虽然这些方法可能识别出沉积物中的火山灰层,但在进一步分离提取火山灰方面仍显不足。利用掌握的显微火山灰提取技术,我国学者已经在东亚火山灰年代学的研究领域取得了若干重要进展。Chen 等(2016)、Sun等(2014,2015)分别报道了日本北部、我国四海龙湾、格陵兰冰芯中发现的长白山千年喷发显微火山灰(B-Tm),证明该火山灰层在东北亚地区均有广泛分布,是重要的等时标志层。同时,格陵兰冰芯年代学为限定这次火山喷发的年龄提供了重要证据,其喷发发生在公元946～947年(Sun et al., 2014)。Chen等(2019)报道了日本北部首个高分辨率显微火山灰地层记录,显著扩展了区域内数层关键火山灰标志层的分布范围,并首次在日本沉积记录中识别到来自俄罗斯勘察加半岛、甚至是印度尼西亚的显微火山灰。Sun 等(2018)结合长白山近源火山灰、长白山地区湖泊沉积物火山灰、日本水月湖的火山灰记录,限定了长白山气象站期的喷发年龄距今约8 100年,证明了这次喷发的火山灰可以从中国东北地区扩展至日本列岛中部。
【参考文献】：
期刊论文
[1]腾冲火山及周边地区双差层析成像[J]. 华雨淋,吕彦. 地球物理学报. 2019(08)
[2]西太平洋板块俯冲与华北克拉通破坏[J]. 朱日祥,徐义刚. 中国科学:地球科学. 2019(09)
[3]中国东部岩石圈地幔的富化和置换过程[J]. 郑建平,戴宏坤,张卉. 矿物岩石地球化学通报. 2019(02)
[4]Water in the upper mantle and deep crust of eastern China: concentration, distribution and implications[J]. Qun-Ke Xia,Jia Liu,István Kovács,Yan-Tao Hao,Pei Li,Xiao-Zhi Yang,Huan Chen,Ying-Ming Sheng. National Science Review. 2019(01)
[5]东亚大地幔楔与中国东部新生代板内玄武岩成因[J]. 徐义刚,李洪颜,洪路兵,马亮,马强,孙明道. 中国科学:地球科学. 2018(07)
[6]西太平洋板片俯冲与后撤引起华北东部地幔置换并导致陆内盆-山耦合[J]. 郑建平,戴宏坤. 中国科学:地球科学. 2018(04)
[7]全球火山灰年代学研究概述[J]. 刘嘉麒,孙春青,游海涛. 中国科学:地球科学. 2018(01)
[8]火山学研究的问题与进展[J]. 徐义刚,郭正府. 岩石学报. 2018(01)
[9]长白山火山下方地幔转换带中滞留的俯冲太平洋板块存在空缺吗?[J]. 雷建设,赵大鹏,徐义刚,樊祺诚,米琦,杜沫霏,鲁明文. 岩石学报. 2018(01)
[10]实验模拟侧向遮挡对低密度火山碎屑流的影响——对日本云仙岳火山1991年火山碎屑流的启示[J]. 陈正全,许建东,魏海泉. 岩石学报. 2018(01)
博士论文
[1]地形对颗粒驱动重力流影响的模拟实验研究[D]. 陈正全.中国地震局地质研究所 2017
[2]长白山火口湖溃决引发的火山泥石流灾害危险性预测研究[D]. 王雪冬.吉林大学 2013
本文编号：3606492
【文章来源】：矿物岩石地球化学通报. 2020,39(04)北大核心CSCD
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
中国活火山分布示意图
Li等(2016b, 2019)和徐义刚等(2018)发现,同中国东部玄武岩由低硅和高硅两个熔体端元混合而成,其中低硅玄武岩有高全碱、高CaO、TFeO和TiO2,高硅玄武岩具有低全碱、低CaO、TFeO和TiO2。除东北高钾岩外,无论华北和东北,还是华南均共享一个相同的低硅组分,而高硅组分在三个区域的表现形式有差异。如前所述,低硅组分源区为含碳酸盐的榴辉岩+橄榄岩地幔,其206Pb/204Pb值较典型HIMU玄武岩的偏低,Nd-Hf同位素具有(年轻的)太平洋洋壳特征,是较深(>300 km)熔融产物(徐义刚等,2018)。而高硅玄武岩的同位素组成表现出地区差异,其中华北具有EM1型富集组分特征,华南具有EM2型富集组分特点,而东北则兼有EM1和EM2两种富集组分。目前,对高硅组分的成因认识还有分歧,但多数人认为是低硅熔体与岩石圈地幔相互作用的结果。Liu等(2016)研究发现,东北新生代钾质玄武岩的地球化学特征与玄武岩的时空分布存在明显的耦合关系。岩石圈越厚的地区产出的钾质玄武岩的MgO越高,K2O/Na2O值和Rb/Nb值越低,Sr-Nd同位素组成越亏损。晚期阶段比早期阶段喷发的玄武岩具有更高的Rb/Nb、Ba/Nb、K/Nb和Ba/La值。这些相关性表明,初始的富钾、富硅熔体由软流圈地幔中富集物质的部分熔融产生,熔体在上升过程中与亏损的岩石圈地幔发生了不同程度的反应,从而转变为钾质玄武岩。此外,Wang等(2018)对山东新生代碱性玄武岩的研究发现,在δ66Zn与其他元素和微量元素比值相关图上弱碱性玄武岩呈现出从强碱性玄武岩组成向类似岩石圈地幔组成过渡的趋势,据此他们指出这些玄武岩的地球化学组成的转变是由贫硅熔体与岩石圈地幔相互作用的结果。玄武质熔体的演化过程通常发生在浅部的岩浆房内。然而,由于起源自不同富集组分(如辉石岩和碳酸盐化橄榄岩)的岩浆具有不同的组成和性质,若它们在上升过程中相遇,两者则可能发生反应,结晶出辉石和石榴子石,并产生新的岩浆组成。例如,富硅拉斑质岩浆+贫硅碱性岩浆→富硅碱性岩浆+石榴子石+单斜辉石(Zeng et al., 2017)。这种拉斑质岩浆与碱性岩浆之间的相互作用及其伴随的岩浆深部演化过程可能是造成板内玄武岩化学组成多样性的一个重要机制。由此可见,在今后的研究中还应重视大陆岩石圈地幔对中国东部新生代玄武岩地球化学组成的改造作用。
过去,火山灰年代学家的研究对象主要是毫米至厘米级肉眼可见的火山灰层,它们主要记录了规模较大或者距离火山口较近的火山喷发,而对一些规模小或距火山口较远的喷发,肉眼可见的火山灰方法往往难以发挥作用。自Dugmore(1989)在苏格兰泥炭中第一次提取到肉眼不可见的冰岛火山灰层之后,显微火山灰的重要性才逐渐得到关注(McLean et al., 2018)。显微火山灰层覆盖面积大,可以飘散至距离火山口数千公里以外的地区(Sun et al., 2014),因此是开展地质学和考古学时间精确对比的重要对比。经过近十年的努力,我国学者已经掌握了显微火山灰的提取技术,并在中国科学院广州地球化学研究所建立了我国首个显微火山灰年代学实验室,可开展相关的年代学研究,并逐步开始应用到地质学和古环境等领域。显微火山灰年代学的关键是显微火山灰的提取。过去学者尝试了诸如酸化法、碱处理、烧失等各种方法,以从各类沉积物中获得纯净的火山灰(图3)。多年的实践表明,重液浮选法(Blockley et al., 2005)能较好地提取沉积物中的含量极低的显微火山灰,但缺点是较为耗时。此外还有一些学者尝试利用间接手段如CT扫描和XRF来识别沉积物中的火山灰层。虽然这些方法可能识别出沉积物中的火山灰层,但在进一步分离提取火山灰方面仍显不足。利用掌握的显微火山灰提取技术,我国学者已经在东亚火山灰年代学的研究领域取得了若干重要进展。Chen 等(2016)、Sun等(2014,2015)分别报道了日本北部、我国四海龙湾、格陵兰冰芯中发现的长白山千年喷发显微火山灰(B-Tm),证明该火山灰层在东北亚地区均有广泛分布,是重要的等时标志层。同时,格陵兰冰芯年代学为限定这次火山喷发的年龄提供了重要证据,其喷发发生在公元946～947年(Sun et al., 2014)。Chen等(2019)报道了日本北部首个高分辨率显微火山灰地层记录,显著扩展了区域内数层关键火山灰标志层的分布范围,并首次在日本沉积记录中识别到来自俄罗斯勘察加半岛、甚至是印度尼西亚的显微火山灰。Sun 等(2018)结合长白山近源火山灰、长白山地区湖泊沉积物火山灰、日本水月湖的火山灰记录,限定了长白山气象站期的喷发年龄距今约8 100年,证明了这次喷发的火山灰可以从中国东北地区扩展至日本列岛中部。
【参考文献】：
期刊论文
[1]腾冲火山及周边地区双差层析成像[J]. 华雨淋,吕彦. 地球物理学报. 2019(08)
[2]西太平洋板块俯冲与华北克拉通破坏[J]. 朱日祥,徐义刚. 中国科学:地球科学. 2019(09)
[3]中国东部岩石圈地幔的富化和置换过程[J]. 郑建平,戴宏坤,张卉. 矿物岩石地球化学通报. 2019(02)
[4]Water in the upper mantle and deep crust of eastern China: concentration, distribution and implications[J]. Qun-Ke Xia,Jia Liu,István Kovács,Yan-Tao Hao,Pei Li,Xiao-Zhi Yang,Huan Chen,Ying-Ming Sheng. National Science Review. 2019(01)
[5]东亚大地幔楔与中国东部新生代板内玄武岩成因[J]. 徐义刚,李洪颜,洪路兵,马亮,马强,孙明道. 中国科学:地球科学. 2018(07)
[6]西太平洋板片俯冲与后撤引起华北东部地幔置换并导致陆内盆-山耦合[J]. 郑建平,戴宏坤. 中国科学:地球科学. 2018(04)
[7]全球火山灰年代学研究概述[J]. 刘嘉麒,孙春青,游海涛. 中国科学:地球科学. 2018(01)
[8]火山学研究的问题与进展[J]. 徐义刚,郭正府. 岩石学报. 2018(01)
[9]长白山火山下方地幔转换带中滞留的俯冲太平洋板块存在空缺吗?[J]. 雷建设,赵大鹏,徐义刚,樊祺诚,米琦,杜沫霏,鲁明文. 岩石学报. 2018(01)
[10]实验模拟侧向遮挡对低密度火山碎屑流的影响——对日本云仙岳火山1991年火山碎屑流的启示[J]. 陈正全,许建东,魏海泉. 岩石学报. 2018(01)
博士论文
[1]地形对颗粒驱动重力流影响的模拟实验研究[D]. 陈正全.中国地震局地质研究所 2017
[2]长白山火口湖溃决引发的火山泥石流灾害危险性预测研究[D]. 王雪冬.吉林大学 2013
本文编号：3606492
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