劉芳娜

摘要：從時(shí)空布局和巖漿物理過(guò)程兩個(gè)方面綜合分析了當(dāng)今關(guān)于長(zhǎng)白山天池火山物理過(guò)程的最新研究成果和存在的問(wèn)題，著重研究了非平衡理論對(duì)研究火山噴發(fā)過(guò)程的重要性。

關(guān)鍵詞：天池火山;粗面巖;非平衡

中圖分類(lèi)號(hào)：P317

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（2018）4-0058-02

1 引言

長(zhǎng)白山天池火山是中國(guó)境內(nèi)最大規(guī)模的火山，其噴發(fā)具有多期次、大規(guī)模和長(zhǎng)歷史的特點(diǎn)[7]。前人已對(duì)長(zhǎng)白山天池的火山活動(dòng)開(kāi)展了多方面的研究工作，取得了一定的研究進(jìn)展，盡管對(duì)千年大噴發(fā)的具體噴發(fā)年代存在爭(zhēng)議，但長(zhǎng)白山地區(qū)天池火山是中國(guó)最具有噴發(fā)潛在危險(xiǎn)的現(xiàn)代活火山已達(dá)成一致。目前，長(zhǎng)白山火山下方殘留著高溫巖漿房，且近幾年在長(zhǎng)白山天池地區(qū)存在水熱活動(dòng)及土壤微滲漏等噴發(fā)前期現(xiàn)象。一旦長(zhǎng)白山天池火山噴發(fā)，將會(huì)給其周邊地區(qū)的人民帶來(lái)生命危險(xiǎn)，帶來(lái)不可預(yù)估的災(zāi)難，因此對(duì)長(zhǎng)白山天池火山噴發(fā)機(jī)制和巖漿運(yùn)移和演化過(guò)程的研究具有非常重大的意義。

2 長(zhǎng)白山天池火山的時(shí)空分布

目前，國(guó)內(nèi)外的學(xué)界對(duì)巖漿混合的研究大多集中在野外地質(zhì)和巖石地球化學(xué)上，對(duì)巖石地球物理的研究相對(duì)較少。天池火山的噴發(fā)活動(dòng)主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：早期造盾階段、中期造錐階段和晚期造伊格尼姆巖等3個(gè)階段[5]。天池火山粗面巖錐形成于早更新世至晚更新世，錐體主要由多階段厚層狀粗面巖和堿流巖及其火山碎屑巖組成，晚期出現(xiàn)比較多的是堿流質(zhì)巖漿噴發(fā)，爆發(fā)相比例也有所增長(zhǎng)[7]。金伯祿等則詳細(xì)地描述了整個(gè)火山錐的巖石，他們根據(jù)噴發(fā)時(shí)代和噴發(fā)間歇形成的粘土質(zhì)風(fēng)化層。魏海泉把天池火山造錐噴發(fā)過(guò)程劃分為4個(gè)階段，將巖漿演化劃分為早晚兩個(gè)旋回，分別進(jìn)行了演化特點(diǎn)和規(guī)律的闡述，并明確了天池火山地層結(jié)構(gòu)。并且認(rèn)為噴發(fā)物巖的漿成分逐漸富集酸性端元，爆破性噴發(fā)強(qiáng)度也逐漸增大。在天池火山第一和第三造錐階段，至少有過(guò)三次的巖漿混合事件，第一造錐階段以粗面質(zhì)巖漿與粗面質(zhì)巖漿的混合為主，而第三造錐階段除了有粗面質(zhì)巖漿與粗面質(zhì)巖漿的混合作用之外，還有玄武質(zhì)巖漿與粗面質(zhì)巖漿的混合作用。

3 長(zhǎng)白山天池火山的巖漿系統(tǒng)

巖漿系統(tǒng)的研究是火山噴發(fā)機(jī)制的一個(gè)關(guān)鍵方面，火山巖漿系統(tǒng)的研究可以理解巖漿上侵、存儲(chǔ)和噴發(fā)的過(guò)程，是降低火山災(zāi)害和預(yù)測(cè)未來(lái)噴發(fā)研究的基礎(chǔ)。因?yàn)橹挥信宓叵聨r漿就位深度，存儲(chǔ)區(qū)物性成分等參數(shù)后才能建立和預(yù)測(cè)火山噴發(fā)模型。而目前學(xué)界對(duì)天池火山巖漿系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)主要依賴(lài)于地球化學(xué)的測(cè)量結(jié)果，地球物理方法大多還停留在平衡理論，不能明確分析出巖漿體的成分以及巖漿的演化過(guò)程[12]。

國(guó)際上，Caroline Martel對(duì)法國(guó)中央高原的粗面巖相和巖漿儲(chǔ)存條件的關(guān)系做了深入研究，通過(guò)野外獲取的巖石學(xué)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（溫度和氧逸度、壓力、揮發(fā)分）進(jìn)行對(duì)比，得出了存儲(chǔ)在CDP火山下的粗面質(zhì)巖漿房的預(yù)爆發(fā)條件以及不同的堿性巖漿的相關(guān)系大約在200～400 MPa。魏海泉等深入分析火山深部巖漿柱構(gòu)造、造盾玄武巖源區(qū)的熔融與停止過(guò)程等，探討了酸性地殼巖漿房尺度、形狀與巖漿超壓控制的噴發(fā)規(guī)模、巖漿房頂部巖墻傳導(dǎo)與噴發(fā)周期及巖漿柱內(nèi)天池火山作用等問(wèn)題。樊祺誠(chéng)等討論了天池火山粗面玄武巖的噴發(fā)歷史和巖漿演化過(guò)程，在巖漿演化過(guò)程中巖漿的結(jié)晶分異作用是形成天池火山具有雙峰式火山巖分布特征的原因，而演化過(guò)程中的巖漿混合作用（地幔中的玄武質(zhì)巖漿注入了地殼巖漿房，導(dǎo)致地殼巖漿分層結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng)）則觸發(fā)了千年大噴發(fā)。王璞珺等針對(duì)目前對(duì)于火山地層學(xué)和火山架構(gòu)的研究較少的現(xiàn)象，系統(tǒng)而詳細(xì)地分析了長(zhǎng)白山火山噴出物特點(diǎn)，構(gòu)建了長(zhǎng)白山火山地層單元體系和火山架構(gòu)類(lèi)型，并討論了長(zhǎng)白山火山地層和架構(gòu)與火山災(zāi)害的關(guān)系，為長(zhǎng)白山火山研究拓寬了新的研究方向。李霓等針對(duì)火山噴發(fā)物中的礦物成分、結(jié)構(gòu)和包裹體等深入研究，討論了長(zhǎng)白山天池巖漿演化。郭文峰等討論了長(zhǎng)白山天池火山粗面巖的成因以及巖漿房的系統(tǒng)演化，認(rèn)為天池火山粗面巖不可能由古老的華北克拉通下地殼部分熔融形成，也不符合造盾玄武巖部分熔融的模式。粗面巖是由進(jìn)化玄武質(zhì)巖漿（玄武粗安巖）經(jīng)歷了分離結(jié)晶作用所形成，粗面巖形成過(guò)程中巖漿遭受了地殼混染，并且具有高n（87Sr）/n（86Sr）和低n（87Sr）/n（86Sr）兩種截然不同的混染趨勢(shì)。孫春強(qiáng)等討論了天池火山造錐粗面巖新的K- Ar年齡，認(rèn)為天池火山東北坡造錐粗面巖層序明顯新于北坡造錐層序。巖漿的結(jié)晶分異作用和混合作用是天池火山巖漿演化的兩個(gè)最重要的過(guò)程。巖漿中礦物的結(jié)晶過(guò)程實(shí)際上是硅酸鹽系統(tǒng)相反應(yīng)的過(guò)程。因此，實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)的研究對(duì)理解巖漿礦物的結(jié)晶作用有重要意義。

經(jīng)典的相圖研究曾一度成為巖石學(xué)領(lǐng)域研究的主要工具，但當(dāng)體系中相成分超過(guò)三相，或者體系的熱動(dòng)力變量（溫度、壓力、水含量等）較多時(shí)，用相圖研究非常不便。而用相律反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程便可用來(lái)描述巖漿中的硅酸鹽系統(tǒng)相反應(yīng)過(guò)程。而知道了某地區(qū)火山巖結(jié)晶演化趨勢(shì)，也可以反推其巖漿演化過(guò)程的熱動(dòng)力條件[12]。距今約lMa，伴隨著天池火山粗面巖的造錐過(guò)程，粗面玄武巖漿持續(xù)不斷地從地幔巖漿房直接噴發(fā)出來(lái)，主要以小規(guī)模、中心式噴發(fā)為主。在松花江上游的頭道白河和二道白河河谷粗面玄武巖漫延10km余，且噴發(fā)越晚的粗面巖巖石成分硅、堿含量更高，不斷向堿流巖演化。而郭文峰等通過(guò)熱力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)得出天池火山玄武巖不能在巖石圈地幔或更深處分離結(jié)晶斜長(zhǎng)石。造盾低Mg0玄武巖的主體演化是在地殼中進(jìn)行，而在地幔中只經(jīng)歷少量橄欖石的分離結(jié)晶，而粗面質(zhì)巖漿是由堿性玄武巖在15～18 km結(jié)晶分異形成。天池火山巖漿系統(tǒng)可能要比先前認(rèn)為的殼幔雙層巖漿房模式復(fù)雜。玄武巖可以在地殼中甚至是中上地殼駐留演化，且天池地殼巖漿系統(tǒng)主體應(yīng)該為玄武質(zhì)巖漿，酸性巖漿只占很小的比例[12-15]。

4 結(jié)語(yǔ)

縱觀宇宙中各種各樣的系統(tǒng)，都存在著平衡和非平衡狀態(tài)以及差異協(xié)同過(guò)程，大都經(jīng)歷著從平衡到不平衡，再到新的平衡的周期運(yùn)動(dòng)和發(fā)展過(guò)程。在地質(zhì)上非平衡的現(xiàn)象很多，但關(guān)于非平衡方面的研究相對(duì)較少，特別是從地球物理的角度研究。因此，本研究從非平衡熱力學(xué)理論和流體動(dòng)力學(xué)理論來(lái)揭示巖漿混合作用，從非平衡巖相結(jié)構(gòu)來(lái)反演巖漿混合作用，并將巖漿混合作用與研究區(qū)域空間展布相結(jié)合，揭示巖漿混合對(duì)巖漿成分的改變以及火山噴發(fā)機(jī)制有非常重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]樊祺誠(chéng)，隋建立，王團(tuán)華，等.長(zhǎng)白山天池火山粗面玄武巖的噴發(fā)歷史與演化[J].巖石學(xué)報(bào)，2006（6）：1449～1457.

[2]樊祺誠(chéng)，隋建立，王團(tuán)華，等.長(zhǎng)白山火山活動(dòng)歷史、巖漿演化與噴發(fā)機(jī)制探討[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，2007（2）：175～190.

[3]魏海泉.長(zhǎng)白山火山巖漿柱巖漿上升作用過(guò)程[J].地學(xué)前緣，2010（1）：11～23.

[4]劉若新，樊祺誠(chéng)，鄭祥身，等，長(zhǎng)白山天池火山的巖漿演化[J].中國(guó)科學(xué)D輯：地球科學(xué)，1998（3）：226～231.

[5]劉永順，李家振，孫善平，等.黑龍江省五大連池新期火山噴發(fā)的火山彈動(dòng)力學(xué)初探[J].地質(zhì)論評(píng)，1999（Sl）：384～392，1192.

[6]魏海泉，劉若新，樊祺誠(chéng)，等.長(zhǎng)白山天池火山——多成因中央式火山[J].地質(zhì)論評(píng)，19 99（S1）：257～262.

[7]樊祺誠(chéng)，劉若新，魏海泉，等.長(zhǎng)白山天池火山全新世噴發(fā)與巖石地球化學(xué)特征[J].地質(zhì)論評(píng)，1999（S1）：263～271.

[8]劉永順，聶保鋒，彭年.中國(guó)物理火山學(xué)研究進(jìn)展評(píng)述[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2011（4）：375～381.

[9]聶保鋒，劉永順，彭年，長(zhǎng)白山天池火山泥石流分布特征及其形成模式研究[J].首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009 （1）：70～75.

[10]郭文峰，劉嘉麒，徐文剛，等.長(zhǎng)白山天池火山巖漿系統(tǒng)再認(rèn)識(shí)：巖石熱力學(xué)模擬[J].科學(xué)通報(bào)，2015（35）：3489～3500.

[ll]Baxter S，F(xiàn)eely M.Magma mixing and mingling textures in granitoids; examples from the Galway Granite， Connemara， Ireland[J]. Mineralogy and Petrology ，2002 ，76 （1-2）：63～74.

[12]Cherniak D J.Ba diffusion in feldspar[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta， 2002， 66（9）：1641～1650.

[13]許林書(shū).長(zhǎng)白山全域旅游開(kāi)發(fā)的地學(xué)科普文化研究：長(zhǎng)白山旅游文化系列研究[J].綠色科技，2017 （13）：219～223.

[14]牛杰明.利用GPS（GNSS）和地震儀觀測(cè)資料研究地震和火山動(dòng)態(tài)形變特征[D].武漢：武漢大學(xué)，2016.

[15]姜枚，譚捍東，彭淼，等.騰沖火山構(gòu)造區(qū)馬站巖漿囊地球物理特征的再探討[J].中國(guó)地質(zhì)，2016，43（5）：1688～1696.