长白山火山温泉研究综述 作者：孙纪财 来源：《科技资讯》 2011年第5期 孙纪财 (吉林省长白山天池火山监测站 吉林安图 133613) 摘 要:本文介绍长白山天池火山监测研究的基本情况,对近年来常规气体的监测数据进行了分析研究,同时介绍了应用同位素地球化学方法进行火山研究取得的最新成果。 关键词:长白山 温泉 监测 地球化学 中图分类号:P314 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)02(b)-0209-03 1 温泉监测历史及监测方法介绍 长白山火山流体监测与研究始于1985年,主要由安图地办从事季节性水氡、水温及流量观测,后由延边州及吉林省地震局每年观测一次,直到1998年,已积累了非常有意义的第一手资料。1999年长白山火山监测站建成并投入观测,开始进行全年定期温泉逸出气体气体观测,观测泉点选择长白山北坡的8#、9#、15#泉及西坡的锦江1#、2＃泉,选取CO2、N2、He、H2、O2、CH4等6种逸出气体组分进行观测,同时测定泉水温度做为辅助观测手段。2005年因当地温泉水系统改造,8＃泉遭到了破坏,8＃泉和9＃泉距离非常近,所测得气体含量变化基本同步,所以其后单独测量9＃泉,8＃泉停测。选用的观测仪器为北京分析仪器厂生产的SQ-206型气相色谱仪。2006年监测站对观测仪器进行了更新换代,开始采取SP-3420型气相色谱仪进行观测。 近年来,中国地震局地质所的有关专家先后到长白山,对火山区温泉的地热、气体和同位素进行了取样与测试,获取了非常有研究价值的观测结果,开展了3He/4He比值测定研究,为深入开展天池火山区的地热及地球化学监测与研究提供了重要的科学依据。 2 常规气体浓度监测数据分析 长白山火山监测站根据各类泉点的气体释放数量及各类气体对岩浆活动的灵敏程度,选定其中He、H2、O2、N2、CH4、CO2开展定期连续观测。1999年至2006年采用SQ-206型气相色谱仪进行观测,2007年6月开始采用SP-3420型气相色谱仪进行观测。取样间隔一般为3～7天。 2003～2004年He、H2、含量同步出现大幅度上升异常,He抬升了600ppm,H2含量抬升了2700ppm,在此期间火山地震活动频繁,并于2004年12月17日发生了ML4.4级构造地震,之后于2005年4月15日发生了ML4.0级构造地震。因而这次气体含量的显著变化可视为地下岩浆活动的一个反映。 2006年10～11月He、H2、CH4等稀有气体浓度同步大幅度上升,上升幅度近两个数量级,同期发生了以11月11日ML2.6级构造型火山地震为代表的火山地震震群。这再一次证明了温泉逸出气体浓度的变化对岩浆和地震活动的敏感性。 另外,9#泉和15#泉的泉水温度在2003年之后上升了大约1℃,之后一直保持在相对稳定的水平,这一个特点也正好与当时的火山活动性相对应。 2010年5月份以后,两个泉点的水温同步上升了大约2℃。后来重新购置了电子温度计,温度值又回到原来的水平,证实此异常是温度计故障造成的。 从温泉逸出气体浓度变化图(图1)中可以看出,2010年年末CO2略有上升,同期O2和N2略有下降,这可能是12月份后取样点或者取样过程中混入空气比原来变少所致。这种变化不能做为判定岩浆活动是否变化的指标。几种跟深部岩浆活动密切相关的气体He,H2非常平稳没有趋势或者短临异常。CH4浓度7月份有个突跳,这是因为7月19日观测结果CH4单天突跳造成的,像这样的单点突跳也不能做为异常的依据,可能是因为观测仪器当天不稳定或者样品有问题造成的。两个取样点的泉水温度在2010年也比较稳定,没有异常。 3 应用同位素地球化学方法研究长白山火山取得的研究成果介绍 火山区地下逸出气体的成因和来源可借助气体同位素地球化学特征来分析与判别。首先,可由3He/4He来分析火山区的气体成因。3He/4He值是目前世界公认的气体成因判别最有效的指标,在大气圈、地壳层和地幔中均有固定的比值范围。一般认为,大气层中3He/4He值为1.4×10-6(王先彬,1989),地壳源气体中3He/4He值为2.0×10-8;地幔源气体中3He/4He值为1.1×10-5～1.4×10-5。根据上官志冠同位素资料,长白泉群核心部位的温泉和锦江泉群其3He/4He值十分接近,变化范围为7.51×10-6～8.24×10-6,平均值是空气的5.61倍(5.61Ra)(刘若新等,1998)。通常认为样品中3He/4He值(Ｒ)超过大气的3He/4He值(Ra)时,即可认定有幔源He的加入。显然,天池火山区主要温泉气体中3He/4He值已经大大超过了Ra,可见天池火山区地下气体来自地幔是勿容置疑的,至少也是幔源气体为主。根据稳定同位素分馏原理,通过测定长白山3个泉群CH4的碳同位素δ13比值,确定了长白山3个泉群不同的岩浆气体释放方式。锦江泉群的δ13比值约为－25.6‰,与世界大多数地热区CH4的δ13值相近,岩浆气体直接来自壳内岩浆囊,岩浆气体从岩浆囊顶部附近沿深大断裂逐渐向地表迁移释放;聚龙泉群的δ13比值-36.0‰,明显低于锦江泉群,气体初始源区也是壳内岩浆囊,但岩浆来源气体可能是先转移至浅部地热储中,并经过较长时间的滞留后,再与地热水一起沿较浅的活动断裂向地表迁移释放;湖滨泉群的CH4的δ13值非常低,平均值约为－47.9‰,大大低于区内其他泉群CH4的δ13值,这类岩浆气体很可能直接来自上地幔,是火山喷发活动的产物(上官志冠等,2006)。 地下逸出气体是反应地下信息最好的载体,能反应地球深部的信息。火山区气体的释放与地下地质构造、物质构成等火山地质条件密切相关,为研究火山活动状态提供了良好的条件。天池火山区释放出的气体中,其气体化学组分主要是:He、H2、Ar、O2、N2、CH4、CO2,其中以CO2为主。此外,有些气体出露点还显示有H2S和SO2,但含量都很低(高清武,2004)。 流体化学测量表明,长白山火山逸出气体3He/4He比值是亚州大陆观测到的最高值(6.26Ra)(图2),与西太平洋岛弧火山基本相同。火山逸出气体3He/4He比值的逐步升高,说明岩浆与地表的距离正逐年变浅。 4 结语 流体地球化学方法是研究当代火山活动状态的最有效的方法之一。近年来长白山天池火山温泉逸出气体的常规测量和同位素地球化学研究均显示出该2002年至2005年存在较明显的异常,这与该时间段火山地震的活跃度异常正好相对应,表明长白山天池火山在该时间段内经历了一次岩浆活动事件,但后期的监测数据表明2005年之后异常情况消失,说明岩浆活动结束,进入了新的平静期。 参与文献 [1] 刘若新,魏海泉,李继泰.长白山天池火山近代喷发[J].1998. [2] 王先彬.稀有气体同位素地球化学和宇宙化学[J].1989. [3]高清武.长白山天池火山水热活动及气体释放特征[J].地球学报,2004,25(3):345～350. [4] 上官志冠,赵慈平,高玲,等.中国活动火山区甲烷的碳同位素研究[J].岩石学报,2006,22(06):1458～1464. 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/bb85ad4abd1e650e52ea551810a6f524ccbfcbc3.html