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广东硇洲岛火山碎屑成因与水下火山喷发机制

岩石学报 2023年第3期39卷 907-920页

作者：王丽竹赵勇伟李霓陈正全西北大学地质学系西安710069 中国地震局地质研究所吉林长白山火山国家野外科学观测研究站北京100029 中国地震局地震与火山灾害重点实验室北京100029

水下火山喷发作用机制不同于陆地环境喷发,随着水参与程度的变化,喷发机制趋向复杂。本文以雷琼火山群的湛江硇洲岛作为研究对象,聚焦浅海火山产物的判断依据和水下火山喷发机制。硇洲岛是我国最大的第四纪火山岛,其上的那晏湾剖面保留... 详细信息

水下火山喷发作用机制不同于陆地环境喷发,随着水参与程度的变化,喷发机制趋向复杂。本文以雷琼火山群的湛江硇洲岛作为研究对象,聚焦浅海火山产物的判断依据和水下火山喷发机制。硇洲岛是我国最大的第四纪火山岛,其上的那晏湾剖面保留了完整的火山喷发堆积序列。在那晏湾剖面的凝灰岩中,主要有三类火山成因的大粒径原生碎屑(2-5mm):塑变熔岩碎屑、碎玄玻璃及玄武玻璃,推断为不同程度水-岩浆相互作用的产物,根据水的参与程度大致排序为:碎玄玻璃>玄武玻璃>塑变熔岩碎屑。通过对硇洲岛水-火山作用机制研究,发现水-岩浆混合质量比(Mwater/Mmelt)是控制爆炸强度和火山碎屑粒度的关键因素。火山喷发序列分析表明,硇洲岛的喷发过程总体可分为三期,早期是冰岛苏特塞式喷发的浅水环境蒸汽爆炸与“火喷泉”喷发;中期过渡转为“火喷泉”喷发,伴随陆上的射汽岩浆喷发;最终以岩浆溢流式喷发结束。

关键词：浅海火山喷发水下喷发火山碎屑雷琼火山群湛江硇洲岛

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火山喷发造就了地球的今天?

军事文摘 2020年第4期 36-39页

作者：陈正全

可怕的火山怪兽轰隆!轰隆!火山喷发啦!一道道"火舌"从火山口窜出来,好像一头贪婪的怪兽张开大嘴,要把周围的一切都吞噬掉。火山喷发确实很可怕。历史上,古罗马名城庞贝就是被火山喷发毁于一旦。公元79年,维苏威火山喷发,仅仅18个小时,... 详细信息

可怕的火山怪兽轰隆!轰隆!火山喷发啦!一道道"火舌"从火山口窜出来,好像一头贪婪的怪兽张开大嘴,要把周围的一切都吞噬掉。火山喷发确实很可怕。历史上,古罗马名城庞贝就是被火山喷发毁于一旦。公元79年,维苏威火山喷发,仅仅18个小时,庞贝古城就被漫天袭来、超过100亿吨的火山碎屑淹没。那些还在嬉戏、熟睡的人们,一下子被夺去了生命,永远定格在生前的姿势。

关键词：火山喷发火山灰

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典型熔岩隧道形态特征及其形成机制

典型熔岩隧道形态特征及其形成机制

作者：陈正全首都师范大学

学位级别：硕士

熔岩管是熔岩流从源头到前锋运移的有效方式,熔岩隧道是基性熔岩流内部补给通道的残存,其研究对深入认识熔岩流的运动规律有实际意义。本文在考察中国典型熔岩隧道的基础上,对熔岩隧道内部现象进行了成因解释和系统分类。以景福洞熔岩... 详细信息

熔岩管是熔岩流从源头到前锋运移的有效方式,熔岩隧道是基性熔岩流内部补给通道的残存,其研究对深入认识熔岩流的运动规律有实际意义。本文在考察中国典型熔岩隧道的基础上,对熔岩隧道内部现象进行了成因解释和系统分类。以景福洞熔岩隧道内发现的熔岩管为实例,以打鹰山熔岩流前锋内部熔岩栓环层状节理为佐证,运用流体力学、热力学、矿物学、岩石化学手段,对熔岩管的温度耗散特征和内部熔岩流流速梯度进行了分析,得到了熔岩管形成机制的宾汉流体模型,认为控制熔岩管环层节理形成的主要因素是熔岩管冷却过程中内部流速的差异。结合熔岩隧道形态学研究,提出了熔岩隧道形成的熔岩管汇合-分散机制,并概括出景福洞熔岩隧道形成经历了熔岩流内部分层、熔岩流内部形成熔岩管、熔岩管的汇合-分散、熔岩隧道最终形成等四个阶段。通过对长白山天池火山四里洞熔岩隧道内火山碎屑流中炭化木的14C年龄测试,尝试性地提出了天池火山造伊格尼姆岩喷发的新期次。根据四里洞熔岩隧道内部火山碎屑流的侵位特征,结合隧道形态学研究,提出了火山碎屑流涌入熔岩隧道的脉动式、分层涌入机制;分析了熔岩隧道形貌与火山碎屑流遇水蒸汽作用的特点,提出隧道宽度和走向变化影响火山碎屑流厚度变化,进而决定了火山碎屑流蒸汽作用的喷气孔-无根喷火口旋回的形成。对于熔岩栓与熔岩隧道之间的继承关系,还需要进一步的野外考察与室内模拟工作。至于四里洞熔岩隧道所处的大型熔岩隧道的状况,以及其内部火山碎屑流的全部侵位状况,也需要进一步的勘探工作。

关键词：熔岩隧道熔岩管火山碎屑流形成机制

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

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岩石学报 2018年第1期34卷 172-184页

作者：陈正全许建东魏海泉中国地震局地质研究所活动构造与火山重点实验室北京100029

本文将颗粒驱动重力流实验流体与自然界低密度火山碎屑流进行标度化研究,探讨低密度火山碎屑流的流动行为。通过在矩形流体交换水箱中放置占水箱宽度1/4、1/2、3/4比例的侧向遮挡障碍物,调查了颗粒驱动重力流实验流体在遇到侧向遮挡前... 详细信息

本文将颗粒驱动重力流实验流体与自然界低密度火山碎屑流进行标度化研究,探讨低密度火山碎屑流的流动行为。通过在矩形流体交换水箱中放置占水箱宽度1/4、1/2、3/4比例的侧向遮挡障碍物,调查了颗粒驱动重力流实验流体在遇到侧向遮挡前后的运动模式、流体前锋速度减速特征和颗粒堆积分布特征。实验结果显示出不同比例的部分遮挡对低密度火山碎屑流影响的复杂性。实验表明,1/4比例的部分遮挡能够提高低密度火山碎屑流在通过之后的流速,并增加通过遮挡的颗粒堆积总量,能够解释日本云仙岳火山1991年6月3日喷发形成的碎屑流流动特征。在侧向遮挡比例为1/2时,~100T的时间内流体前锋减速,并在~100T之后加速(T为无量纲时间);通过遮挡的堆积物总量明显减少。通过3/4比例的侧向遮挡之后,颗粒实验流体前锋持续减速,颗粒堆积总量减少。

关键词：低密度火山碎屑流颗粒驱动重力流侧向部分遮挡实验模拟云仙岳火山

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中国火山知多少

矿物岩石地球化学通报 2022年第4期41卷 903-904页

作者：陈正全赵勇伟中国地震局地质研究所北京100029

2022年伊始,汤加火山的重新喷发造成全球性影响,吸引全世界的目光,并在国内引发公众普遍关注与兴趣,国内地质学界对该喷发也进行了热烈讨论。伴随着人们对火山兴趣的增加以及对火山喷发知识的渴望,火山学也成为公众与学者关注的焦点,同... 详细信息

2022年伊始,汤加火山的重新喷发造成全球性影响,吸引全世界的目光,并在国内引发公众普遍关注与兴趣,国内地质学界对该喷发也进行了热烈讨论。伴随着人们对火山兴趣的增加以及对火山喷发知识的渴望,火山学也成为公众与学者关注的焦点,同时为我国的火山学研究与知识普及提供了新的机遇。为了进一步促进我国火山学的研究,中国矿物岩石地球化学学会火山学与地球内部化学专业委员会将推出有关介绍国内外火山学研究的系列科普文章,以满足广大读者的需求。学会公众号和学会会刊《矿物岩石地球化学通报》将推送和发表。

关键词：火山喷发地球内部化学矿物岩石地球化学火山学科普文章学会会刊地质学知识普及

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地形对颗粒驱动重力流影响的模拟实验研究

国际地震动态 2018年第3期39卷 41-42页

作者：陈正全中国地震局地质研究所北京100029

颗粒驱动重力流由悬浮在流体中的颗粒提供驱动力并侵入到环境流体之中,交换流体实验研究是理解此类流体运动本质的主要手段之一。将颗粒驱动重力流与自然火山碎屑密度流的流体参数进行正确配比,能够理解火山碎屑密度流的流动和堆积过程... 详细信息

颗粒驱动重力流由悬浮在流体中的颗粒提供驱动力并侵入到环境流体之中,交换流体实验研究是理解此类流体运动本质的主要手段之一。将颗粒驱动重力流与自然火山碎屑密度流的流体参数进行正确配比,能够理解火山碎屑密度流的流动和堆积过程的本质。本文介绍了火山碎屑密度流及其物理模拟实验研究,并对其物理本质(颗粒驱动重力流)的箱子模型进行推导。通过在实验水箱中模拟不同的地形变化,对颗粒驱动重力流在遇到地形变化时的运动特征和颗粒堆积特征进行研究。本论文设定了两种地形障碍对颗粒驱动重力流的影响模式:横亘的限定高度障碍物和侧向部分遮挡障碍物。横亘障碍物对流体底界形成整体阻挡;侧向部分遮挡障碍物在垂直方向上对流体侧界形成阻挡,对流体底界形成部分阻挡。通过记录流体遇到障碍物时的现象,获取流体前锋速度,测定颗粒堆积密度,评估横亘障碍物高度(小于或等于流体前锋高度),侧向遮挡程度对成分/颗粒驱动重力流流动特征和堆积特征的影响为:(1)成分重力流在通过有限高度横亘阻挡时,不同高度障碍物对流体的运动状态产生的影响体现为流体重新回到"惯性—浮力相"的距离长短和前锋减速特征不同。当障碍物高度分别相当于流体前锋高度的～1/3、～2/3和～1/1时,流体重回"惯性—浮力相"所需的距离为障碍物高度的35.1～38.6倍、12.0～18.1倍和2.1～4.3倍,三者不呈现线性关系;在通过上述高度横亘阻挡之后,流体前锋速度按照t^(5/6),t^(3/4)和t^(2/3)衰减。(2)颗粒驱动重力流体通过相当于其前锋高度的1/3、2/3和1/1横亘障碍物之后,无量纲化流体前锋运动特征的L/T斜率分别为～2/9、～1/9和～1/16。不同位置、相同高度的横亘阻挡对流体前锋减速模式产生相同的影响;流体前锋在通过较高障碍物之后的减速更加明显。h_b^(6.9)h_b^(7.2)h_b^(15)(3)与通过较高障碍物相比,当颗粒实验流体通过较低障碍物时,其堆积曲线下降较缓慢。当流体通过高度分别为流体前锋高度的～1/3、～2/3和～1/1的障碍物之后,堆积曲线呈现出、和的变化特征。与距离较近的障碍物相比,距离较远的障碍物对颗粒驱动重力流通过障碍物之后颗粒堆积的影响更大。(4)侧向遮挡对成分重力流体流动状态的影响具有滞后性。阻挡比例越小,这种滞后性越明显。当盐水流体通过占水箱宽度1/4挡板之后,其前锋位置的变化特征为t^(0.771),通过占水箱宽度1/2挡板之后为t^(0.700),通过占水箱宽度3/4挡板之后为t^(0.623),未呈现线性关系。(5)不同程度侧向遮挡对颗粒驱动流体前锋运动特征、沉积特征和堆积结果的影响表现出复杂性:在颗粒驱动重力流体通过侧向遮挡之后的最初一段距离内,流体前锋速度没有较大的改变。随着挡板宽度的增加,经过挡板之后的实验流体将会更快地进入减速阶段。与较宽挡板相比,颗粒驱动重力流在通过较窄挡板之后的堆积曲线下降较平缓。在经过相同宽度的挡板之后,初始约化重力大的流体,在经过挡板之后堆积曲线下降的越平缓。与参考实验流体相比,通过1/4遮挡的流体前锋速度与参考实验流体相当,并在后期超越参考实验流体,在遮挡位置之后的堆积物总量也大于参考实验流体;通过1/2遮挡的流体前锋速度在无量纲时间T100之后加速超过参考实验流体,最终堆积总量小于参考实验流体;通过3/4遮挡的颗粒驱动重力流前锋速度和堆积结果都有显著下降。利用流体力学相似性原理,对实验流体的各项参数进行无量纲分析并与天然火山碎屑密度流进行对比。本论文的研究内容能够代表低密度火山碎屑流的物理特征,并适用于以下两种地质情况:(1)火山碎屑密度流翻越(破)火口缘的运动和堆积特征;(2)火山碎屑密度流通过曲折山谷的运动和堆积特征。根据本文实验的启示,对长白山天池火山八卦庙期火山碎屑流在火山口缘内外分布特征进行初步探讨;对1991年日本云仙岳火山碎屑流造成的人员伤亡原因进行初步探讨。本文的研究细化了火山碎屑密度流在遇到不同形态障碍物时的流态变化,为火山灾害评估提供更详细的解决方案;在实验过程中所摸索出来的一些经验和实验技术,为实验火山学的进一步发展提供经验。

关键词：重力流颗粒驱动重力流火山碎屑流地形影响垂直阻挡部分遮挡破火山口山谷曲折实验模拟量纲分析

广西涠洲岛晚新生代玄武岩地幔源区及岩浆成因

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岩石学报 2020年第7期36卷 2092-2110页

作者：杨文健于红梅赵波陈正全白翔中国地震局地质研究所吉林长白山火山国家野外科学观测研究站北京100029 中国地震局地震与火山灾害重点实验室北京100029

涠洲岛作为我国最年轻的第四纪火山岩岛,其火山活动表现出多期、多旋回和多喷发中心的特征,但其地幔源区特征和岩浆成因依然存在争议。本文对涠洲岛玄武岩开展了详细的矿物学和全岩主、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素研究,以揭示其地幔源区... 详细信息

涠洲岛作为我国最年轻的第四纪火山岩岛,其火山活动表现出多期、多旋回和多喷发中心的特征,但其地幔源区特征和岩浆成因依然存在争议。本文对涠洲岛玄武岩开展了详细的矿物学和全岩主、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素研究,以揭示其地幔源区特征和岩浆成因。涠洲岛玄武岩主要为碱性玄武岩,在岩浆上升过程,几乎未受到地壳物质的混染,经历了橄榄石和单斜辉石的分离结晶作用。轻稀土(LREE)富集、重稀土(HREE)亏损,轻、重稀土强烈分馏((La/Yb)N=14.42~28.64),Nb、Ta明显正异常,显示出与洋岛玄武岩(OIB)相似的微量元素和Sr-Nd-Pb同位素特征。Sr-Nd-Pb同位素比值变化较均一,且呈现出亏损地幔端元(DM)与富集地幔端元(EM2)的二元混合趋势。其中,EM2端元可能源于海南地幔柱。Sr/Sr^*(1.21~2.36)和Eu/Eu^*(1.01~1.11)正异常,指示源区存在再循环辉长岩洋壳组分。结合已有的地震层析成像结果和岩石地球化学数据,得出南海及周缘地区的晚新生代玄武岩的形成受控于海南地幔柱。伴随着海南地幔柱的上升,再循环的辉长岩洋壳经部分熔融与地幔橄榄岩反应生成石榴石辉石岩(贫硅辉石岩),石榴石辉石岩和未反应的地幔橄榄岩混合部分熔融形成涠洲岛玄武岩。

关键词：晚新生代玄武岩地幔源区岩浆成因海南地幔柱涠洲岛

尼加拉瓜三座火山的火山岩岩石学、地球化学和斜长石晶体大小分布特征研究

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岩石学报 2020年第7期36卷 2177-2196页

作者：于红梅白翔魏海泉许建东陈正全中国地震局地质研究所吉林长白山火山国家野外科学观测研究站北京100029 中国地震局地震与火山灾害重点实验室北京100029

中美洲火山弧是洋-陆俯冲带火山作用的典型代表,由科科斯板块向东俯冲到加勒比板块之下而形成。本次对尼加拉瓜境内中美洲火山弧康塞普西(Concepción)火山、马德拉斯(Maderas)火山和马萨亚(Masaya)火山采集的样品进行了岩石学和地球化... 详细信息

中美洲火山弧是洋-陆俯冲带火山作用的典型代表,由科科斯板块向东俯冲到加勒比板块之下而形成。本次对尼加拉瓜境内中美洲火山弧康塞普西(Concepción)火山、马德拉斯(Maderas)火山和马萨亚(Masaya)火山采集的样品进行了岩石学和地球化学研究,分析熔岩内部的显微结构,统计熔岩内斜长石斑晶大小分布(CSD)特征,利用温压计估算岩浆房的温压条件,讨论三座火山岩浆演化过程及岩浆活动特征。结果显示三座火山岩样品显示典型的岛弧火山岩特征,岩浆来自受到科科斯板块流体交代的MORB型亏损地幔的部分熔融。康塞普西和马德拉斯火山岩全岩成分相似,范围很大,从玄武质演化到了粗安质,它们的稀土和微量元素标准化曲线相似。两火山熔岩的岩相学特征相近,在基性岩和中性岩中均含有自形的钙长石质斜长石。推测钙长石来自捕获的堆晶辉长岩,钙长石的混入导致统计的斜长石斑晶CSD曲线呈上凹形。计算它们的岩浆平衡温度和压力与岩浆SiO2含量呈负相关,岩浆平衡温度1039~1138℃,平衡压力1.8~9.7kbar,对应岩浆深度6.6~35.4km。马萨亚火山岩样品均为玄武岩,其全岩和斑晶内的FeO含量明显比康塞普西和马德拉斯火山中的FeO含量高,未见钙长石质斜长石,其轻稀土元素含量低,Nb和Ta强烈负异常,87Sr/86Sr比值略高与其他两座火山,岩浆部分熔融程度更高。

关键词：显微结构晶体大小分布温压计康塞普西火山马德拉斯火山马萨亚火山

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长白山天池火山千年大喷发的岩浆过程

岩石学报 2017年第1期33卷 163-172页

作者：潘波樊祺诚许建东武成智陈正全郭峰中国地震局地质研究所活动构造与火山重点实验室北京100029 吉林省长白山天池火山监测站安图133613

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... 详细信息

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。

关键词：天池火山千年大喷发碱流质喷发阶段粗面质喷发阶段岩浆混合岩浆过程模型