长白山天池火山岩浆系统再认识:岩石热力学模拟

长白山天池火山是一座巨型活火山,在近代至少发生过数次喷发.虽然近年来没有再喷发,但是有关天池火山再次喷发的争论引起学界广泛关注.岩浆系统的研究是火山灾害和预测的基础,主要包括地球物理和岩石学两方面.综合近年来天池火山岩浆房地球物理探测发现,普遍认为在火山区中、上地壳存在分布范围较广的岩浆房,而在中地壳至下地壳也存在范围较为集中的岩浆存储区.鉴于地球物理方法具有多解性和不能给出岩浆成分信息等的局限性,本文用岩石热力学模拟来约束岩浆房的成分和深度.结果显示:(1)天池火山玄武岩在岩石圈地幔或更深处不能经历斜长石的分离结晶,可能只经历少量橄榄石的分离结晶;(2)造盾低MgO玄武岩是原始母岩浆在地壳(约18~27 km,0.5~0.9 GPa)中演化后喷出的,而不是先前认为的从地幔岩浆房中演化后直接喷出形成的;(3)粗面质岩浆是由碱性玄武岩在15~18 km(0.5~0.6GPa,中上地壳)结晶分异形成;(4)天池火山岩浆系统可能要比先前认为的壳幔双层岩浆房模式复杂,地壳岩浆系统应该主体为玄武质岩浆,酸性岩浆只占很小的比例.这些信息对火山岩浆系统和喷发预测的研究有重要意义.     

基于嫦娥四号光谱探测数据发现月球背面幔源物质初步证据

<正>月球是地球之外我们研究得最深刻的星球.与地球一样,月球也可分为月壳、月幔以及月核.与地球不同的是,月球并没有板块运动,其早期演化历史的痕迹依然存在.月球就像化石,我们可以通过对月球的研究一窥地球或其他行星的早期演化历史.与月球早期演化有关的岩浆洋理论推断,随着岩浆的演化,如橄榄石、低钙辉石等较重的镁铁质矿物(富镁和     

上地幔中的岩浆混合作用: 东太平洋海隆13°N附近玄武岩高Mg# 橄榄石内熔体包裹体证据

洋中脊玄武质岩浆中早期结晶产物: 高Mg#橄榄石常捕获有早期熔体, 从而形成熔体包裹体. 这些熔体包裹体记录了岩浆早期演化的重要信息. 本研究获得的东太平洋海隆(EPR) 13°N附近5个站位玄武岩具有很小的K/Ti (0.07~0.12), Tb/Lu (1.72~1.84), Sm/Nd (0.310~0.332)变化范围和相似的稀土元素配分型式, 说明亏损上地幔源区具有相似的矿物组成. 结合前人的Sr和Nd同位素分析结果表明这些玄武岩未经受明显的洋壳混染作用. 通过对校正橄榄石分异和“铁丢失”作用后获得的65个初始熔体包裹体组成分析, 表明这些熔体包裹体具有较寄主玄武岩高的MgO含量, 因此, 可能是寄主岩浆早期不同演化阶段的产物, 从而能够指示岩浆较早期阶段的演化过程. 寄主玄武岩尚处于橄榄石+斜长石共结结晶阶段, 但熔体包裹体具有较寄主玄武岩更高的CaO/Al₂O₃比值, 且该比值与MgO正相关和Na₂O负相关的事实表明寄主玄武岩经历了较高压下的单斜辉石结晶分异. 同时, 根据单斜辉石结晶和熔体包裹体液相线组成计算其平均结晶压力为(0.83±0.25) GPa, 说明这些熔体包裹体平均捕获于洋底以下~24 km左右的上地幔中. 熔体包裹体的Ca₈/Al₈, Na₈与Fe₈ 之间良好的负相关性, 及其明显高于寄主玄武岩的Ca₈/Al₈, Na₈, Fe₈和K/Ti变化范围, 显示这些熔体包裹体形成于不同熔融程度和深度的岩浆混合作用. 另外, 根据寄主玄武岩和熔体包裹体Ca₈/Al₈, Na₈, Fe₈和K/Ti的变化范围和平均值, 这些玄武质岩浆仍需要在洋壳中经历其他组成端元的岩浆混合作用. 由此可见, 洋中脊玄武岩斑晶内熔体包裹体组成的多样性并不都反映岩浆在洋壳内的混合和结晶作用, 形成于上地幔压力下的橄榄石中熔体包裹体不能直接与其他矿物斑晶中熔体包裹体共同用于指示洋壳内的岩浆过程. 本次高Mg#橄榄石中熔体包裹体研究证明东太平洋海隆下部地幔中的确存在不同来源深度和熔融程度的岩浆混合作用.     

峨眉山玄武岩喷发在四川盆地的地热学响应

利用石油钻井的系统Ro资料, 采取古热流恢复方法, 得出了四川盆地的热流史. 加里东期之前的热状态较为稳定, 热流值较低. 海西期, 热流开始逐渐增大, 距今259 Ma左右, 盆地热流值达到最高, 多数钻井的最高古热流在60~80 mW/m2之间, 少数钻井经历的最高古热流超过了100 mW/m², 此后热流持续降低直到现今. 其中晚二叠世-晚三叠世为快速降低阶段, 晚三叠世-现今为缓慢降低或相对平稳阶段. 中晚二叠世, 盆地西南及东北存在高热流区域, 这些区域现今被认为是玄武岩喷发区或者隐伏玄武岩的存在区. 高热流值的时间、空间分布与峨眉山玄武岩的喷发及岩浆活动相关性较好. 推断这种高热流异常是由当时的岩浆活动造成的, 热流特征反映了东吴运动期间峨眉山玄武岩喷发时岩浆活动的热效应. 研究结果为峨眉山超级地幔柱的存在和活动提供了地热学方面的证据.     

云南哀牢山带蛇绿岩中的变质橄榄岩及其岩石系列

哀牢山蛇绿岩带中的变质橄榄岩主要由二辉橄榄岩和方辉橄榄岩组成 ,前者具有原始地幔岩特征 ,后者具有亏损 (残留 )地幔岩特征 .二辉橄榄岩经部分熔融后形成二种原生岩浆 :拉斑玄武岩浆和苦橄玄武岩浆 ;前者演化成辉长岩_辉绿岩_辉石玄武岩系列 ,具有洋脊型玄武岩特征 ;后者演化成辉石岩_辉长闪长岩_钠长玄武岩_苦橄玄武岩系列 ,具有准洋者玄武岩特征 .     

云南哀牢山带蛇绿岩中的变质橄榄岩及其岩石系列

哀牢山蛇绿岩带中的变质橄榄岩主要由二辉橄榄岩和方辉橄榄岩组成 ,前者具有原始地幔岩特征 ,后者具有亏损 (残留 )地幔岩特征 .二辉橄榄岩经部分熔融后形成二种原生岩浆 :拉斑玄武岩浆和苦橄玄武岩浆 ;前者演化成辉长岩-辉绿岩-辉石玄武岩系列 ,具有洋脊型玄武岩特征 ;后者演化成辉石岩-辉长闪长岩-钠长玄武岩-苦橄玄武岩系列 ,具有准洋者玄武岩特征 .     

前沿

正1"玉兔"发现新类型月球岩石中国"玉兔"月球车在月球表面勘测到一种从未发现过的玄武岩样本,这是一种富含独特的二氧化钛和橄榄石混合物的岩石,它完全不同于美国宇航局阿波罗号探测器采集的任何月球样本。虽然月球表面多数区域被认为形成于30亿年前的火山喷发过程,然而"玉兔"月球车发现的独特玄武岩样本形成于29.6亿年前。通过分析这种岩石有助于掌握月球表面火山的更多信息。     

华北中生代玄武岩的地球化学特征与岩石成因:以辽宁阜新为例

辽宁阜新白垩纪玄武岩的出现为了解中生代时期华北北缘地幔过程提供了可能. 阜新碱锅玄武岩为火山通道相, 柱状节理发育, 并含少量的尖晶石二辉橄榄岩和辉石岩捕虏体. 其化学组成贫硅、富碱、高钛和铝, 属碱性玄武岩. 在微量元素组成上, 碱锅玄武岩中等程度地富集轻稀土元素和大离子亲石元素, 但不亏损高场强元素. 其Sr同位素比值低, Nd和Pb同位素比值高. 这表明碱锅玄武岩起源于亏损的软流圈地幔, 代表未分异无混染的原始岩浆. 该玄武岩的出现暗示华北北缘此时的岩石圈厚度小于65 km, 岩石圈地幔主要由“富集”的含韭闪石尖晶石二辉橄榄岩和斜长石辉石岩组成. 早侏罗~晚白垩大量且持续的中基-中酸性岩浆活动表明华北北缘岩石圈减薄作用的开始和结束时间较华北南缘的早, 因为鲁西南地区大量的中基性火山活动仅出现于白垩纪, 而且具软流圈同位素特征的玄武岩出现在第三纪, 显示华北岩石圈演化的时空不均一性.     

山东临朐玄武岩的Nd、Sr、Pb同位素体系

山东西部临朐地区有广泛的新生代玄武岩出露,它产出在紧靠郯庐断裂带的西侧,岩性以碱性橄榄玄武岩和碧玄岩为主,主要矿物是钛辉石、橄榄石和斜长石。喷发时代为第三纪中新世,同位素年龄集中在10—19百万年。为了评述这些玄武岩的成因,我们测定了四个玄武     

西天山石炭纪火山岩SHRIMP年代学及其微量元素地球化学研究

西天山广泛分布的石炭纪火山岩(大哈拉军山组, 主要由粗面安山岩、粗面岩、流纹岩、中酸性凝灰岩和少量玄武岩组成)的岩浆成因一直存在争议. 该火山岩曾经被认为是裂谷作用的产物, 最近有人认为是“古地幔柱”的组成部分. 本文对此火山岩开展了详细的岩石学和地球化学研究, 结果表明, 该火山岩具有典型大陆弧岩浆的地球化学特征. 火山岩以粗面安山质岩石为主, 岩浆源区富集LILE, Th和Pb而亏损HFSE和Ce. 微量元素地球化学模拟计算表明, 玄武岩样品可以由石榴二辉橄榄岩发生7%~11%的部分熔融来模拟. 大哈拉军山组火山岩代表古南天山洋的火山岛弧, 既不是裂谷演化的产 物, 也不是“古地幔柱”的组成部分. 在比较漫长的岛弧演化过程中, 地幔楔被俯冲带熔体交代并发生部分熔融形成岩浆, 地壳物质(主要是洋底沉积物)通过俯冲带熔体加入到岛弧火山岩中. 不同地区的火山岩可能代表不同时期岛弧火山喷发的产物. 锆石SHRIMP定年结果表明, 西部最早喷发玄武岩中锆石的表观年龄在334~394.9 Ma之间变化, 其中13个测点的平均年龄为(353.7 ± 4.5) Ma(MSWD = 1.7); 东部最早喷发粗面安山岩中锆石样品的表观年龄在293.0~465.4 Ma之间变化, 所有年龄测定值落在U-Pb谐和线上, 并分成明显的两个年龄组; 其中8个测点计算得到的一个平均年龄值为(312.8 ± 4.2) Ma (MSWD = 1.7), 代表粗面安山岩中锆石边部的结晶年龄. 所获得的两个年龄(即354和313Ma)分别属于早石炭世早期和晚石炭世早期, 显然不是同一期岩浆活动的产物. 文中认为, 随着高精度定年结果和地球化学研究成果的积累, 大哈拉军山组火山-沉积岩将来可能会被解体成若干组.     

中新世全球重要事件及其意义:数据挖掘的启示

GEOROC(Geochemistry of Rocks of the Ocean-sand Continents)是大陆和海洋岩石的地球化学数据库,利用该数据库着重研究了全球新生代汇聚边缘安山岩和玄武岩、裂谷安山岩和玄武岩、洋岛安山岩和玄武岩、埃达克岩等岩浆岩的时空分布特征.结果表明,全球岩浆活动或在中新世开始活跃,或在中新世达到巅峰状态.形成于不同构造环境的岩浆岩具有不同的地质意义:汇聚边缘岩浆岩发育,暗示板块俯冲作用强烈;裂谷岩浆岩大量喷发,表示发育与板块扩张有关的岩浆活动;洋岛岩浆岩迅速增加,指示下地幔异常活跃;埃达克岩广泛分布,表明许多地方受到构造挤压作用,导致地壳加厚.由此推测,全球在中新世可能发生了一次重大的、全球性的岩浆事件.除此之外,全球中新世还发生了一系列重要事件,如青藏高原的隆升及黄土高原的形成、安第斯的抬升、地中海的干涸、全球荒漠化以及西太平洋边缘海盆的发育等.岩浆活动与构造运动通常是相伴而生的,二者间的相互作用改变了古地理、古气候、古环境.中新世剧烈的岩浆活动与构造活动相互作用可能导致地壳加厚或隆起,形成的山脉、高原改变了原有的地形地貌,影响了大气环流,从而改变了地表环境.因此,研究中新世岩浆-构造-气候-环境之间的相互关系,可能是目前和未来一个需要地学工作者长期探索的课题.此外,随着大数据技术的不断发展,科学研究也逐渐步入大数据时代.从全体数据出发,探讨数据之间的关联关系,或许为今后的科研工作提供了一个新的思路.     

月球表面发现岩浆水

美国国家航空航天局今年8月27日宣布，该机构资助的一个研究团队借助一种探月仪器，在月球表面首次远程探测发现了可能源自月球深部的所谓岩浆水，     

嫦娥一号干涉成像光谱仪数据TiO2 反演初步结果

反演月表TiO₂含量的分布对于月球科学研究和未来月球资源开采与利用具有重要意义. 利用干涉成像光谱仪数据对月表TiO₂ 反演进行了初步尝试, 获得了基于月球着陆点数据和月面真值的TiO₂ 反演公式. 将该公式应用于嫦娥一号干涉成像光谱仪数据, 获得了TiO₂ 在Apollo 16 登陆点附近高地、月球澄海MS2 地区的低钛玄武岩和高钛玄武岩等地区的局域分布特征. 经与Clementine UVVIS 数据反演结果进行比较, 嫦娥一号干涉成像光谱仪数据的TiO₂ 含量初步模型对于所研究的高地地区预测偏高0.7 wt.%左右, 对于月海低钛地区的预测偏高1.5 wt.%左右, 对于月海高钛地区的含量预测偏低0.8 wt.%左右.     

北祁连东草河蛇绿岩: 一个早古生代的洋壳残片

位于北祁连山俯冲杂岩带南面的东草河蛇绿岩是一个构造移置岩块(大小为3 km×6 km). 其下部岩石组合为多期次侵入的岩床状堆晶纯橄岩-橄长岩-斜(钙)长岩-斜(钙)长质辉长岩-辉长岩系列, 其中可见不谐合的纯橄岩-橄长岩侵入体. 往上过渡到均质的辉长岩-苏长质辉长岩系列, 顶部则有辉绿岩质岩墙与玄武岩质熔岩. 矿物结晶顺序为橄榄石±铬尖晶石→斜长石→单斜辉石→斜方辉石→钛铁氧化物矿物. 堆晶岩中的铬尖晶石成分(Mg#: 42-66, Cr#: 41-57)类似于现今的洋壳特征. 堆晶岩石与均质岩石系列中的斜长石与单斜辉石成分变化, 反映了岩浆结晶分异的过程且与现今的洋壳成分特征相似. 辉绿-玄武质熔岩的全岩地球化学成分与N-MORB类似. 东草河蛇绿岩组成岩石群的REE与微量元素蛛网图分布特征显示它们是N-MORB岩浆分异的结果. 利用SHRIMP锆石U-Pb定年法, 获得苏长质辉长岩的锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(497±7) Ma, 代表东草河蛇绿岩的构造侵位年龄. 由岩石建造、矿物化学、全岩地球化学与定年学的研究结果, 可以确认东草河蛇绿岩是一个古祁连洋洋壳残片, 为古祁连洋向北俯冲的一个重要标志.     

观月指南

布满撞击坑的月球表面,仿佛是在向我们述说暴烈的月球历史。从地球上看去,月面上的明亮区域是古老的月壳,它们组成了月面上的高地。而较暗的区域年代相对较晚,它们是由流星撞击月球后产生的熔岩形成的,被称为“海”。     

坦博拉火山大喷发之谜——来自西藏榴辉岩的新启示

西藏松多榴辉岩系典型的古洋壳俯冲产物。通过岩相学观察与热力学计算,证实了西藏古洋壳俯冲时经历了还原反应,俯冲洋壳中Fe3+和S6+等物质被还原成Fe2+和S2-,在俯冲通道内释放出富含CO2和H2S的流体。后者因密度低,从俯冲通道上升至岛弧火山之下的岩浆房中,最终通过火山喷发的方式排放至大气圈。因此认为,深俯冲的印度洋洋壳在地球深部也经历了相似的还原反应,将俯冲洋壳表层的硫酸盐转变为含硫流体,再通过坦博拉火山喷发的方式释放出来。现今洋壳持续俯冲,地球深部的还原反应持续进行,新生成的含硫流体正源源不断地汇聚于岛弧火山之下的岩浆房之中,因此,未来坦博拉式火山爆发是大概率事件。     

埃达克岩成因回顾

埃达克岩最初是用来定义那些富硅、高Sr/Y和 La/Yb的源于俯冲带玄武质洋壳部分熔融形成的火山岩和侵入岩. 最初, 人们认为埃达克岩仅形成在年青且尚未冷却的大洋板块俯冲会聚带, 但随后的研究表明埃达克岩也可以形成于岛弧的一些特殊环境, 在这里某些异常构造条件可降低古老板片的熔融温度. 目前认为, 埃达克岩涵盖了一系列的岛弧火山岩, 包括原生俯冲洋壳熔体, 埃达克岩-橄榄岩混合熔体以及源于板块熔体交代后地幔楔橄榄岩的熔融产物. 近年来埃达克岩的研究产生了一些让人困惑的地方, 其原因包括: (1) 埃达克岩定义相当宽泛, 并依化学特征与其他岩石相区别; (2) 将含水体系下玄武岩的高压熔融实验结果作为板块熔融存在的确凿证据; 而且(3)存在有与板块熔融无关的埃达克质岩. 近期研究表明, 埃达克质岩和许多曾被认为是埃达克岩的岩石在岛弧和非岛弧环境下均可形成, 主要通过以下几种机制: 镁铁质下地壳的分熔或直接是幔源低侵岩浆; 高压下玄武质岩浆的结晶分异; 低压下玄武岩浆的结晶分异加上相关的岩浆混合过程. 这些机制在岛弧环境或非岛弧环境都有可能. 尽管对埃达克岩和埃达克质岩的成因解释比较混乱, 但对这些岩石的研究丰富了我们对俯冲带环境中物质循环、地壳演化和成矿作用的理解.     

嫦娥五号样品“讲述”月球故事

 嫦娥五号实现了中国首次地外天体采样，是中国深空探测的重要里程碑，并开启了中国月球科学研究的新篇章。嫦娥 五号着陆在月球风暴洋北部，位于月球最年轻的月海玄武岩单元之一。遥感探测显示该地区具有独特的化学组成，如中等TiO₂含量和高Th含量。科学家利用先进的实验分析技术研究嫦娥五号月壤中的玄武岩颗粒，发现其形成于20亿年前的火山活动，比阿波罗号样品和月球陨石限定的月球火山活动结束时间晚8亿年。此年轻火山活动的诱发机制仍不清楚，但是有两个主流假说，即富克里普物质提供了额外热量导致月幔熔融或富水源区降低了熔点，可以被排除。新样品带来新发现，新发现催生新理论。月球长时间火山活动之谜仍未解开，新的理论亟待建立。     

晚中生代中国东部高原古高程定量研究

给出了利用晚中生代中国东部高原北缘的气孔状玄武岩定量研究古高程的结果.在厚约3m的熔岩流顶部和底部分别采集了2块玄武岩样品,将玄武岩切面数据化处理后,通过体视学转化法获取到气孔尺寸的大小,最后利用气孔状玄武岩古高程计法计算了晚中生代中国东部高原的古高程.结果显示,该玄武岩喷发时的古高程约4700±750m,表明晚中生代时期中国东部地区的确存在一个地理海拔较高的古地貌.     

甘陶河群形成时代和构造环境: 地质、地球化学和锆石SHRIMP定年

甘陶河群是华北克拉通中部带早前寒武纪基底的重要组成. 主要由中基性玄武岩、砂岩、白云岩等组成. 本文报道了甘陶河群变质玄武岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄和地球化学组成. 岩浆锆石的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb加权平均年龄为2087±16 Ma (MSWD=1.3), 其Hf同位素变化范围非常大, ε_Hf(t)值从-7.17到+0.45. 除岩浆锆石外, 岩石中还存在大量约2.5 Ga捕获锆石. 全岩Nd同位素变化范围为+4.0~-0.8. 在原始地幔标准化的蛛网图中, 所有样品都没有明显的Zr和Hf异常, 部分样品也没有Nb和Ta异常. 亏损地幔的部分熔融以及随后的地壳混染是这些玄武岩最可能的成因. 野外地质特征、大量捕获锆石的存在、同位素和微量元素地球化学都表明甘陶河群是在大陆基底上打开的. 结合前人对中部带其他古元古代火山沉积建造的研究, 本文指出华北克拉通中部带在古元古代时期为大陆裂谷环境, 在太古宙末期中部带地质体和东部陆块已经形成了统一的陆块.