長白山天文峰剖面全新世火山噴發(fā)物長石風(fēng)化溶蝕特征及地質(zhì)意義

張秉良 許建東 史蘭斌 盤曉東

1)中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

2)吉林省地震局，長春 130022

長白山天文峰剖面全新世火山噴發(fā)物長石風(fēng)化溶蝕特征及地質(zhì)意義

張秉良1)許建東1)史蘭斌1)盤曉東2)

1)中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

2)吉林省地震局，長春 130022

利用掃描電鏡和能譜分析研究了長白山天池火山天文峰剖面全新世噴發(fā)物中長石表面風(fēng)化溶蝕顯微形貌和化學(xué)組成，結(jié)果顯示：天文峰剖面從頂部黑色浮巖向下到暗灰色浮巖中，長石表面發(fā)育風(fēng)化溶蝕不同的顯微形貌結(jié)構(gòu)。其特征有，風(fēng)化初期的溶蝕作用主要在雙晶縫、解理縫等結(jié)構(gòu)薄弱部位，形成規(guī)模較小的溶孔和溶縫等，隨著風(fēng)化溶蝕程度的增加，已經(jīng)形成的溶蝕痕跡進(jìn)一步擴(kuò)大、合并、相互貫通而形成矩形溶孔或棱柱狀溶孔。長石晶體上溶蝕痕跡的擴(kuò)大受長石晶體各向異性的控制。天文峰剖面火山噴發(fā)物時(shí)代越早，長石顆粒表面風(fēng)化溶蝕程度越強(qiáng)，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜;火山噴發(fā)物時(shí)代越晚，長石顆粒表面風(fēng)化溶蝕程度越弱，結(jié)構(gòu)越簡單。即長石表面風(fēng)化溶蝕程度與火山噴發(fā)的時(shí)代具有一定的相關(guān)性。根據(jù)長石顆粒表面的顯微形貌結(jié)構(gòu)，認(rèn)為漫江林場(chǎng)浮巖與天文峰剖面中灰色浮巖應(yīng)是火山同一次噴發(fā)的產(chǎn)物。長石表面風(fēng)化溶蝕度可以作為判定火山噴發(fā)精細(xì)序列的一個(gè)代用指標(biāo)。能譜分析顯示，較新鮮的長石表面與風(fēng)化溶蝕的長石化學(xué)組成不同。長石風(fēng)化溶蝕的顯微形貌和化學(xué)組成反映了它是天然風(fēng)化、溶解、淋濾，最后又有物質(zhì)沉淀的自然成因。Fe元素則可能與微生物作用有關(guān)。詳細(xì)研究長石表面的風(fēng)化溶蝕特征，它將有可能成為從巖石微觀方面探討火山噴發(fā)后環(huán)境變化和火山噴發(fā)期次的一種新方法。

長白山火山 長石 掃描電鏡 風(fēng)化溶蝕 顯微形貌

0 引言

長石是地殼中最常見的造巖礦物，長石的風(fēng)化溶蝕動(dòng)力學(xué)是礦物地球化學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。國內(nèi)外對(duì)長石類礦物進(jìn)行了大量的熱力學(xué)和溶解動(dòng)力學(xué)研究，以探討溫壓條件、流體的性質(zhì)、長石的類型和結(jié)構(gòu)對(duì)長石類鋁硅酸鹽礦物溶蝕的控制作用及其機(jī)理，尤其對(duì)風(fēng)化溶蝕和水巖相互作用(Water Rock Interaction)過程中流體——礦物反應(yīng)的研究更加關(guān)注。隨著新的理論和現(xiàn)代分析、測(cè)試技術(shù)不斷被引入長石風(fēng)化作用的研究，國內(nèi)外相繼發(fā)表了一批有價(jià)值的研究成果，其內(nèi)容主要集中在溶液的pH值、離子強(qiáng)度、溫度及有機(jī)酸的含量對(duì)長石溶解速率的影響方面(Wilson，1975;Berner，1977;Kanaorie et al.，1985;Althaus，1989;Casey et al.，1990;Blum et al.，1991;Kawano et al.，1997，2001; 史基安等，1994; 馬在平等，1997;Chen et al.，2000;羅孝俊等，2001;肖奕等，2003;胡瑞林等，2005;張永旺等，2009)，目前國內(nèi)長石風(fēng)化的研究主要涉及長石風(fēng)化溶蝕實(shí)驗(yàn)及花崗巖、砂巖中風(fēng)化長石表面結(jié)構(gòu)特征及其影響因素(史基安等，1994;馬在平等，1997;羅孝俊等，2001;胡瑞林等，2005;張永旺等，2009)，然而有關(guān)火山浮巖長石風(fēng)化溶蝕的報(bào)道較少?；鹕絿姲l(fā)物是保存火山活動(dòng)遺跡的載體，火山噴發(fā)物中長石表面的風(fēng)化溶蝕記錄并保留了有關(guān)火山噴發(fā)后環(huán)境變化和年代的多種信息，詳細(xì)研究長石表面的風(fēng)化溶蝕特征，用以探索火山噴發(fā)后的環(huán)境變化和火山噴發(fā)期次，它將有可能成為從巖石微觀方面研究火山噴發(fā)后環(huán)境變化和噴發(fā)期次的一種新方法。

許多研究者認(rèn)為長白山天池火山全新世以來曾發(fā)生過規(guī)模不等的多次噴發(fā)(劉嘉麒，1995，1999;劉祥等，1997;劉若新，2000)。但是由于很難獲得可供測(cè)試絕對(duì)年齡的樣品(僅在個(gè)別層位中有14C樣品)和用于地層對(duì)比的確切標(biāo)志，因此目前對(duì)于天池火山全新世以來噴發(fā)多少期次，尚缺乏有說服力的證據(jù)。而且利用礦物微觀特征研究火山噴發(fā)之后環(huán)境變化的更少，天池火山不同期次噴發(fā)物中都含有堿性長石，本研究以堿性長石這一標(biāo)志性礦物為直接測(cè)定對(duì)象，采用SEM+EDX(掃描電鏡和能譜儀)觀測(cè)天文峰剖面全新世火山噴發(fā)物堿性長石表面的風(fēng)化溶蝕特征，并對(duì)其形成機(jī)理進(jìn)行探討。

1 樣品與實(shí)驗(yàn)方法

圖1 天文峰上天池火山噴發(fā)的不同顏色的浮巖The pumices of various colors produced by the eruption of Tianchi volcano at Tianwenfeng.

天池火山口緣的天文峰出露多期次火山噴發(fā)的空降浮巖堆積物，這一剖面目前是人們認(rèn)可的連續(xù)原始沉積堆積之一(圖1)，Tw1樣品采自天文峰頂部，是歷史噴發(fā)形成的黑色渣狀浮巖，其厚度約50cm左右，可能是公元1668年的火山噴發(fā)物(劉若新，2000);Tw2樣品為灰色浮巖，其厚度約200cm，為千年噴發(fā)物(劉若新，2000);Tw3樣品為黃色浮巖，厚約500cm，Tw4樣品為淺黃色浮巖，厚約500cm，這2種不同顏色的浮巖目前被統(tǒng)稱為4000年噴發(fā)物(劉若新，2000);Tw5樣品為下部暗灰色浮巖，厚約1000cm，稱為5000年噴發(fā)物(劉若新，2000);Za樣品是局部雜色浮巖，其中含有不同顏色的巖屑，厚度約100cm，此層從巖石組成上與其他5個(gè)樣品明顯不同，這層物質(zhì)不在連續(xù)原始沉積剖面序列之中，應(yīng)放在哪個(gè)位置，目前尚有不同看法，本文暫且不把它放在序列中。Ml樣品采自漫江林場(chǎng)浮巖。所有浮巖都是泡沫狀，SiO2含量在64.8%～71.7%之間，KO2含量在4.67%～6.08%之間①吉林省地震局，中國地震局地質(zhì)研究所，2003，長白山天池火山近代活動(dòng)歷史(工作報(bào)告)。。將浮巖樣品用浮選法選出鉀長石，用10%的稀鹽酸處理和蒸餾水清洗，以除去長石表面的附著物，然后在雙目鏡下挑出200～300個(gè)單晶顆粒，把它們分散粘貼在有導(dǎo)電膠帶的SEM銅樣品臺(tái)上，顆粒相互不掩蓋。最后，在真空鍍膜機(jī)上噴一層金膜，用LEO-435VP型SEM+EDX觀察、分析長石表面微觀形貌特征。本次研究的樣品采樣位置如圖1所示。

2 測(cè)試結(jié)果

2.1 長石的表面結(jié)構(gòu)

將天文峰剖面不同層位中的長石逐一進(jìn)行掃描電鏡觀測(cè)，研究發(fā)現(xiàn)，每一層位風(fēng)化長石表面顯微形貌特征都是比較復(fù)雜的，但經(jīng)詳細(xì)觀察、對(duì)比、分類，在所有長石中仍可找出其共同點(diǎn)和差異之處，如不同層位中長石的表面顯微形貌共同特征有：溶縫、溶孔、風(fēng)化溶蝕以及積淀物(硅膜)等;不同的特征是風(fēng)化溶蝕程度、硅膜分布(另文討論)存在差異?，F(xiàn)分述如下：

(1)新鮮表面，幾乎無風(fēng)化，表面貝殼狀 (圖2a)，無溶蝕跡象。

(2)溶縫，不連續(xù)溶蝕縫(圖2b)，隨著長石風(fēng)化程度的提高，此類溶蝕縫的連續(xù)性、寬度、深度將明顯增加，當(dāng)它們拓寬到一定程度后，可能在橫向上相互貫通(圖2c)。圖2d反映的是歪長石晶體(具鈉長石律聚片雙晶)雙晶接合面的溶蝕結(jié)構(gòu)，該面上見到的主要溶蝕痕跡包括棱柱狀溶孔、平行溶孔(箭頭所示)。根據(jù)密集的平行溶孔，可進(jìn)一步推斷圖2d中的長石是具鈉長石律聚片雙晶的歪長石上的一個(gè)單晶體，溶蝕縫是由水溶液順解理溶解長石形成的。

(3)溶孔，溶蝕痕跡可按形態(tài)、組合特征分為2種類型，即①近于正交的2組直縫(圖2e);②矩形溶孔、棱柱狀溶孔(圖2f，箭頭所示)。前者是水溶液順著歪長石格子雙晶的雙晶結(jié)合面溶蝕形成的，推測(cè)是由于化學(xué)鍵在雙晶的接觸界面較弱，因此溶蝕優(yōu)先在雙晶結(jié)合縫處開始。后者可能是風(fēng)化溶蝕的晶穴。

(4)風(fēng)化溶蝕形成的鱗片狀結(jié)構(gòu)、盤形狀結(jié)構(gòu)等，長石風(fēng)化溶蝕程度不同，其顯微形貌特征不同(下面將詳細(xì)討論)。

2.2 長石風(fēng)化溶蝕類型

堿性長石在天池火山浮巖中是最主要的造巖礦物之一。自浮巖噴出地表以來，長石就開始風(fēng)化，隨著風(fēng)化時(shí)間的增加，長石風(fēng)化溶蝕程度將逐漸加深，經(jīng)過顆粒、元素的遷移、流失，最后到長石完全從浮巖中消失。筆者利用掃描電鏡和能譜分析對(duì)天池火山長石這一標(biāo)志性礦物表面風(fēng)化溶蝕狀況進(jìn)行研究，在所觀察的長石表面，一般都有程度不同的風(fēng)化溶蝕，盡管溶蝕結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，但仍可從中選擇2個(gè)主要的方面進(jìn)行觀察統(tǒng)計(jì)和分類：1)長石表面溶蝕由不發(fā)育到發(fā)育，孔洞由小到大;2)溶蝕結(jié)構(gòu)由簡單向復(fù)雜轉(zhuǎn)變。觀察統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，這2個(gè)方面的變化往往是同步進(jìn)行的，但只要抓住這2個(gè)特征的變化，就可以進(jìn)行風(fēng)化溶蝕程度的劃分。為此，本文重點(diǎn)分析了天文峰剖面不同顏色浮巖中長石表面顯微形貌的變化規(guī)律，進(jìn)而劃分其結(jié)構(gòu)類型。觀察統(tǒng)計(jì)表明，雖然天文峰剖面浮巖中的長石顯微形貌結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，但每一層位中的長石都有自己的主要特征結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)行對(duì)比研究，掃描電鏡下圖像盡量采用相同的放大倍數(shù)，根據(jù)上述2個(gè)特征即按長石表面光滑度、凸凹程度以及孔洞的發(fā)育狀況由簡單向復(fù)雜排列，可以劃分出5類結(jié)構(gòu)(圖3，表1)：

圖2 長石表面SEM特征Fig.2 SEM features of feldspar surface.

Ⅰ類 梨皮狀結(jié)構(gòu)，長石表面一般光滑，稍有溶蝕，無明顯的凸凹坑，坑深一般＜0.1μm;

Ⅱ類 盤形狀結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)溶蝕坑較發(fā)育，坑表面積大小懸殊，大的直徑可達(dá)到4μm，小的直徑 ＜0.3μm，但溶蝕坑較淺，一般約0.1 ～0.3μm;

Ⅲ類 淺鱗片狀結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)形似鱗片狀，部分在同一方向上成線狀排列，凸凹程度相當(dāng)，坑深一般約0.3 ～0.5μm;

Ⅳ類 深鱗片狀結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)也似鱗片狀，凸凹程度不一。鱗片的發(fā)育程度遠(yuǎn)強(qiáng)于Ⅲ類，坑深一般約0.5 ～1.0μm，直徑 ＜1μm;

表1 長石表面形貌結(jié)構(gòu)分類Table 1 Classification ofmicrostructures of feldspar surface

Ⅴ類 蟲蛀狀結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)長石表面隨機(jī)發(fā)育復(fù)雜的洞孔和磨鈍的突起，若以表面測(cè)得的孔洞深度作為凸凹程度，坑深量級(jí)一般約1～3μm，直徑3～4μm。

天池地區(qū)不利于巖石風(fēng)化的因素較多，如氣溫低、地勢(shì)高、降雨少等，加之天文峰剖面浮巖年代較新，因此長石的風(fēng)化溶蝕一般發(fā)育在長石顆粒的凸起部位，因?yàn)檫@些部位表面積最大，鍵力最弱，最容易風(fēng)化。

長石顆粒表面的顯微形貌結(jié)構(gòu)，認(rèn)為應(yīng)當(dāng)是長石形成后的年代“記憶”。換句話說，長石形成后所經(jīng)歷的時(shí)間記錄在長石顆粒表面溶蝕的形貌特征上。

2.3 天文峰剖面長石風(fēng)化溶蝕特征

按照上述風(fēng)化溶蝕形貌特征分類，將天文峰剖面長石在掃描電鏡下觀察、統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示：天文峰剖面頂層黑色浮巖中長石表面約80%為梨皮狀結(jié)構(gòu);灰色浮巖中長石80%以上為盤形狀結(jié)構(gòu);黃色浮巖長石80%以上為淺鱗片狀結(jié)構(gòu);淺黃色浮巖長石中深鱗片狀結(jié)構(gòu)＞80%;下部暗灰色浮巖中的長石表面約85%具有蟲蛀狀結(jié)構(gòu)。天池火山全新世不同期次噴發(fā)物中長石形貌特征類型見表2。漫江林場(chǎng)長石表面形貌特征與天文峰剖面中灰色浮巖長石同屬Ⅱ類(表2)，由此看來，它們可能是火山同一次噴發(fā)的產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)，天文峰剖面火山噴發(fā)時(shí)代越早(地層層位越向下)，長石顆粒表面風(fēng)化溶蝕程度越強(qiáng)，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜;火山噴發(fā)時(shí)代越晚(地層層位越向上)，長石顆粒表面風(fēng)化溶蝕程度越弱，結(jié)構(gòu)越簡單。即長石表面風(fēng)化溶蝕程度與火山噴發(fā)的時(shí)代具有一定的相關(guān)性 (圖4)。掃描電鏡下圖像顯示，一個(gè)層位樣品中所觀察到的長石顆粒表面風(fēng)化溶蝕具有幾乎相同的顯微形貌結(jié)構(gòu)，也就是說在這層位中此種形貌結(jié)構(gòu)類型屬于主流類型(如Tw2樣品中Ⅱ類結(jié)構(gòu))，但也有小部分長石顆粒表面的形貌結(jié)構(gòu)不同于主流類型，而向左右類型偏移(如Tw2樣品中Ⅰ、Ⅲ類結(jié)構(gòu))，這種次要類型一般不超過20%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，每一層位長石顆粒形貌結(jié)構(gòu)類型的主次分布圖形似輪轱狀(表2)。這表明可能在風(fēng)化淋濾過程中，由于長石顆粒表面形態(tài)的差異和不同的周圍環(huán)境等因素的影響，致使長石顆粒表面風(fēng)化溶蝕不能均勻進(jìn)行。能譜分析顯示：較新鮮的長石和風(fēng)化的長石化學(xué)組成不同，較新鮮的長石表面顯示強(qiáng)的Si，Al峰和弱的Na，K峰 (圖5a)，而風(fēng)化溶蝕的長石化學(xué)組成顯示強(qiáng)的Si，Al峰和弱的Na，K，F(xiàn)e峰(圖5b)。研究表明，F(xiàn)e元素可能與微生物作用有關(guān)(Duhig et al.，1992)。這種物質(zhì)組成的差異，客觀地反映了長石是天然風(fēng)化、溶解、淋濾，最后又有物質(zhì)沉淀的自然成因。

表2 天池火山噴發(fā)物長石顯微形貌結(jié)構(gòu)特征示意圖Table 2 Sketch showing features ofmicrostructure of feldspar in eruptivematerial of the Tianchi volcano

圖4 天文峰剖面長石風(fēng)化溶蝕類型與層位的關(guān)系Fig.4 Relationship between weathering dissolution types and stratum levels on the Tianwen Peak cross section.

圖5 新鮮長石、風(fēng)化長石能譜圖Fig.5 EDX diagram of fresh feldspar(a)and weathering feldspar(b).

3 討論

礦物發(fā)生風(fēng)化，是其在表生環(huán)境下處于不穩(wěn)定狀態(tài)的表現(xiàn)，因此上面述及的風(fēng)化長石表面結(jié)構(gòu)，是在長石晶體自身的性質(zhì)和外部環(huán)境因素共同影響下形成的。

3.1 長石結(jié)晶學(xué)性質(zhì)的影響

長石族礦物晶體結(jié)構(gòu)相似，雙晶發(fā)育且類型眾多，解理面是晶體結(jié)構(gòu)中的薄弱面，雙晶結(jié)合面則是晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列方式發(fā)生轉(zhuǎn)換、晶格能量較高之處。因此，在所研究的風(fēng)化長石晶體上，解理縫和雙晶縫部位優(yōu)先發(fā)生溶蝕。長石晶體內(nèi)部不同方向結(jié)構(gòu)層之間的化學(xué)鍵鍵性、強(qiáng)度及層內(nèi)質(zhì)點(diǎn)類型一般不同，當(dāng)溶蝕痕跡進(jìn)一步擴(kuò)大時(shí)，在不同方向的溶蝕速率一般不等，由此導(dǎo)致長石晶體上形成不同類型的溶蝕孔、縫，即長石的風(fēng)化溶蝕受晶體各向異性控制(Huang et al.，1970;Wilson，1975; 馬在平等，1997)。

3.2 溶液pH值對(duì)溶蝕的影響

長石是一種架狀硅酸鹽，它的結(jié)構(gòu)為Al-O-Si格架化學(xué)價(jià)鍵，其晶體結(jié)構(gòu)為Si(Al)-O四面體三維格架，格架某些孔隙和通道為堿金屬和堿土金屬陽離子所充填(如典型的K，Na，Ca)，充填格架的陽離子平衡了四面體格架中Al取代Si所產(chǎn)生的負(fù)電荷，而充填格架的陽離子鍵比Si-O-Si(Al)共價(jià)鍵要弱，因此充填格架陽離子與溶液中的氫進(jìn)行陽離子交換之后，要比Al和Si更容易淋失。充填格架陽離子淋失之后，Si和Al的淋失主要取決于pH值。若陽離子淋失速率小于水解作用，則在長石表層就會(huì)形成相應(yīng)的陽離子水和物。在這種情況下，長石表層的化學(xué)組成就控制了Al和Si的水解速率。在酸性溶液中Al的水解速率大于Si，因此Al先從風(fēng)化層中淋失(Blum et al.，1991;Brantely et al.，1993)，理論和實(shí)驗(yàn)證明，長石在中 - 酸性溶液中(pH=5 ～6)，溶解度很低( ＜8 ×10-8M)(Xaio et al.，1994;Oelkers et al.，1994)，當(dāng)溶液中Al的濃度低于溶解度，就加速了Al的溶解(Blake et al.，1999)。

3.3 風(fēng)化程度的影響

長石表面風(fēng)化溶蝕現(xiàn)象是地下水作用的結(jié)果，從而形成今日所見的形貌結(jié)構(gòu)。由此可推測(cè)長石表面顯微形貌所反映的是自長石生成直到如今所經(jīng)歷的時(shí)間。事實(shí)上，長石風(fēng)化溶蝕依賴溫度、壓力和溶液的pH值等多種因素，但對(duì)于天池火山這一局部區(qū)域可以認(rèn)為其環(huán)境條件是基本相同的，長石的溶解度和溶解速率也幾乎是相同的。假如這個(gè)解釋是正確的，那么，在采樣過程中盡量排除那些非時(shí)間因素的影響，這樣就可以認(rèn)為時(shí)間是長石風(fēng)化溶蝕的主要因素。天文峰剖面不同層位中長石的顯微形貌就反映了自火山噴發(fā)至今所經(jīng)歷的時(shí)間。如果把長石形貌，按溶蝕結(jié)構(gòu)由不發(fā)育到發(fā)育、由簡單到復(fù)雜排列起來，那么這些不同形貌結(jié)構(gòu)的次序，應(yīng)該能劃分出從新到老的火山噴發(fā)序列。通過對(duì)天文峰剖面不同層位長石風(fēng)化溶蝕形貌的掃描電鏡觀察分析認(rèn)為：長石風(fēng)化溶蝕的演變應(yīng)該是，風(fēng)化初期的溶蝕作用主要在雙晶縫、解理縫等結(jié)構(gòu)薄弱部位形成規(guī)模較小的溶孔和溶縫，隨著風(fēng)化作用程度的增加，已經(jīng)形成的溶蝕痕跡進(jìn)一步擴(kuò)大、合并、相互貫通而形成矩形溶孔或棱柱狀溶孔，同時(shí)又有新的、規(guī)模較小的溶蝕痕跡形成(Gout et al.，1997;Emmanuelle et al.，1998;Hamilton et al.，2000)。

4 結(jié)論

(1)通過對(duì)天文峰剖面長石風(fēng)化溶蝕形貌的掃描電鏡觀察分析認(rèn)為：在風(fēng)化作用過程中，長石晶體表面發(fā)生了顯著的不均衡溶蝕，并形成多種具有特征性的溶蝕痕跡。長石晶體上風(fēng)化溶蝕痕跡的擴(kuò)大受長石晶體各向異性的控制。

(2)天文峰剖面火山噴發(fā)時(shí)代越早(地層層位越向下)，長石顆粒表面風(fēng)化溶蝕程度越強(qiáng)，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜;火山噴發(fā)時(shí)代越晚(地層層位越向上)，長石顆粒表面風(fēng)化溶蝕程度越弱，結(jié)構(gòu)越簡單。即長石表面風(fēng)化溶蝕程度與火山噴發(fā)的時(shí)代具有一定的相關(guān)性。根據(jù)長石顆粒表面的顯微形貌結(jié)構(gòu)，認(rèn)為漫江林場(chǎng)浮巖與天文峰剖面中灰色浮巖應(yīng)是火山同一次噴發(fā)的產(chǎn)物。因此根據(jù)長石溶蝕度的大小可以判定天池火山噴發(fā)的精細(xì)序列及不同剖面噴發(fā)物時(shí)代的歸屬，也就是長石表面風(fēng)化溶蝕度可以作為判定火山噴發(fā)精細(xì)序列的一個(gè)代用指標(biāo)。這種方法雖然是定性的，但在缺少絕對(duì)年齡的情況下，估計(jì)火山噴發(fā)的年代仍具有一定的意義，由于該方法是以火山噴發(fā)物為直接測(cè)定對(duì)象，采樣、制樣和觀察測(cè)定過程都較簡單而直觀，有利于火山地質(zhì)工作者應(yīng)用。

(3)礦物發(fā)生風(fēng)化，是其在表生環(huán)境下處于不穩(wěn)定狀態(tài)的表現(xiàn)。因此，上面述及的風(fēng)化長石表面結(jié)構(gòu)，是在長石晶體自身的性質(zhì)和外部環(huán)境因素共同影響下形成的。而新的表面形成的環(huán)境是非常重要的，要獲得歷史上長石風(fēng)化時(shí)的環(huán)境資料也是非常困難的。而長石的風(fēng)化溶蝕特征和化學(xué)組成能提供環(huán)境變化的重要信息。

致謝 工作中得到尹金輝、高祥林、潘波等同志的熱心幫助和支持，在此表示衷心感謝。

胡瑞林，岳中琦，王立朝，等.2005.斜長石溶蝕度：一種評(píng)價(jià)花崗質(zhì)巖石風(fēng)化度的新指標(biāo)［J］.地質(zhì)論評(píng)，51(6)：649—655.

HU Rui-lin，YUE Zhong-qi，WANG Li-chao，et al.2005.Application of plagioclase solution degree to evaluating the weathering degree of CDG of granites［J］.Geological Review，51(6)：649—655(in Chinese).

劉嘉麒.1995.中國火山活動(dòng)及其潛在的危險(xiǎn)性［A］.見：劉若新主編.火山活動(dòng)與人類環(huán)境.北京：地震出版社.182—190.

LIU Jia-qi.1995.Volcanism in China and its potential risk ［A］.In：LIU Ruo-xin(ed).Volcanism and Human Environment.Seismological Press，Beijing.182—190(in Chinese).

劉嘉麒.1999.中國火山［M］.北京：科學(xué)出版社.

LIU Jia-qi.1999.Volcanoes in China［M］.Science Press，Beijing(in Chinese).

劉若新.2000.中國的活火山［M］.北京：地震出版社.

LIU Ruo-xin.2000.Active Volcanoes in China［M］.Seismological Press，Beijing(in Chinese).

劉祥，向天元.1997.中國東北地區(qū)新生代火山和火山碎屑堆積物資源與災(zāi)害［M］.長春：吉林大學(xué)出版社.

LIU Xiang，XIANG Tian-yuan.1997.Cenozoic Volcanoes and Pyroclastic Deposits in Northeast China：Resourses and Hazards［M］.Publishing House of Jilin University，Changchun(in Chinese).

羅孝俊，楊衛(wèi)東，李榮西，等.2001.pH值對(duì)長石溶解度及次生孔隙發(fā)育的影響［J］.礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，20(2)：103—107.

LUO Xiao-jun，YANGWei-dong，LIRong-xi，etal.2001.Effects of pH on the solubility of the feldspar and the development of secondary porosity［J］.Bulletin of Mineralogy，Petrology and Geochemistry，20(2)：103—107(in Chinese).

馬在平，李守軍.1997.我國南方部分花崗巖風(fēng)化殼中殘留長石的表面結(jié)構(gòu)［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)，21(3)：7—11.

MA Zai-ping，LIShou-jun.1997.Surface structure of residual feldspar in weathering granite shell in South China［J］.Journal of China University of Petroleum，21(3)：7—11(in Chinese).

史基安，晉慧娟，薛蓮花.1994.長石砂巖中長石溶解作用發(fā)育機(jī)理及其影響因素分析［J］.沉積學(xué)報(bào)，12(3)：67—75.

SHI Ji-an，JIN Hui-juan，XUE Lian-hua.1994.Analysis onmechanism of feldspar dissolution and its influencing factors in feldspar-rich sandstone reservoir［J］.Acta Sedimentologica Sinica，12(3)：67—75(in Chinese).

肖奕，王汝成，陸現(xiàn)彩，等.2003.低溫堿性溶液中微紋長石溶解性質(zhì)研究［J］.礦物學(xué)報(bào)，23(4)：333—340.

XIAO Yi，WANG Ru-cheng，LU Xian-cai，et al.2003.Experimental study on the low-temperature dissolution of microperthite in alkaline solution［J］.Acta Mineralogica Sinica，23(4)：333—340(in Chinese).

張永旺，曾濺輝，郭建宇.2009.低溫條件下長石溶解模擬實(shí)驗(yàn)研究［J］.地質(zhì)論評(píng)，55(1)：134—142.

ZHANG Yong-wang，ZENG Jian-hui，GUO Jian-yu.2009.Simulated experimental study of feldspar dissolution in low temperature［J］.Geopogical Review，55(1)：134—142(in Chinese).

Althaus E，Tirtadinata E.1989.Dissolution of feldspar：The first step［A］.In：Miles D L(ed).Proc.6th Int Symp W ater-Rock Interaction，Balkema.Rotterdam.15—17.

Berner R A.1977.Mechanism of feldspar weathering：Some observational evidence［J］.Geology，5(6)：369—372.

Blake R E，Walter LM.1999.Kinetics of feldspar and quartz dissolution at70～80℃ and near-neutral pH：Effects of organic acid and NaCl［J］.Geochim Cosmochim Acta，63(13-14)：2043—2059.

Blum A E，Lasaga A C.1991.The role of surface sepeciation in the dissolution of albite［J］.Geochim Cosmochim Acta，55：2193—2201.

Brantely S L，Veibel M A.1993.Geochemical kinetics ofmineral-water reactions in the field and the laboratory［J］.Chem Geol，105：9.

Casey W H，Bunker B.1990.Leaching ofminerals and glass surface during dissolution ［A］.In：Hochella and White(eds).Mineral-Water Interface Geochemistry，Reviews in Mineralogy，23：397—426.Mineralogical Society of A-merica.

Chen Y，Brantley SL.2000.X-ray photoelectron spectroscopic measurement of the temperature dependence of leaching of cations from the albite surface［J］.Chemical Geology，163：115—128.

Duhig N C，Davidson G J，Stalz J.1992.Microbial involvement in the formation of Cambrian seafloor silica-iron oxide deposits，Australia［J］.Geology，20：511—514.

Emmanuelle S，Chardon.1998.Reactions of feldspar surface with aqueous solutions［J］.Chem Geol，151：235—245.

Gout R，Oelkers E H，Schott J，et al.1997.The surface chemistry and structure of acid-leached albite：New insight on the dissolution mechanism of the alkali feldspars［J］.Geochim Cosmochim Acta，61：3018—3031.

Hamilton JP，Pantang CG，Brantley S L.2000.Dissolution of albite glass and crystal［J］.Geochim Cosmochim Acta，64(15)：2603—2615.

Huang W L，Keller W D.1970.Dissolution of rock-forming silicate minerals in organic acids：Simulated first-stage weathering of freshmineral surface［J］.Am Mineral，55：2076—2094.

Kanaorie Y，Tanaka K，Miyakoshi K.1985.Further studies on the use of quartz grains from faultgouges to establish the age of faulting［J］.Engineering Geology，21(1-2)：175—251.

Kawano M，Tomita K.1997.Analytical electronmicroscopic study of the noncrystalline products formed at early weathering stages of volcanic glass［J］.Clay and Clay Mineral，45(3)：440—447.

Kawano M，Tomita K.2001.TEM-EDX study ofweathered layers on the surface of volcanic glass，bytownite，and hypersthene in volcanic ash from Sakurajima volcano，Japan ［J］.American Mineralogist，86：284—292.

Oelkers E H，Schott J，Devidal J Ⅰ.1994.The effectof aluminum pH and chemical affinity on the rates of aluminosilicate dissolution reations［J］.Geochimica et Cosmochimica Acta，58：2011—2024.

Wilson M J.1975.Chemicalweathering of some primary rock-formingminerals［J］.Soil Science，119(5)：349—355.

Xaio Y，Lasaga A C.1994.Ab initio quantum mechanical studies of the kinetics andmechanisms of silicate dissolution：H+(H3O+)catalysis［J］.Geochimica et Cosmochimica Acta，58：5379—5400.

FEATURESOF FELDSPAR WEATHERING DISSOLUTION IN HOLOCENE VOLCANIC ERUPTIVE MATERIAL ON THE TIANWEN PEAK CROSS SECTION，TIANCHI，CHANGBAISHAN AND THEIR IMPLICATIONS

ZHANG Bing-liang1)XU Jian-dong1)SHILan-bin1)PAN Xiao-dong2)
1)Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China

2)Earthquake Administration of Jilin Province，Changchun 130022，China

We use SEM and EDX to study the micro structures and chemical compositions of feldspar surface weathering dissolution in Holocene volcanic eruptive material at the Tianwen peak，Tianchi，Changbaishan.The result shows that there are varied micro structures formed by weathering dissolution on feldspar surface in the pumicewhich is black on the top and turns dark-grey downward on the cross section at the Tianwen peak.Their structural features are described as follows.At the early weathering stages，small-sized solution openings and fissureswere produced by dissolution atweak structures such as twin crystal and joint fissures.With increase ofweathering dissolution，these dissolution products on the surface of feldspar became larger and emerged，controlled by the anisotropy of the feldspar crystals.For the earlier eruptivematerial(at lower level of strata)，the dissolution degree is stronger and the structure is more complex.On the contrary，for the later eruptive material(upper level of strata)，the dissolution is weaker and structure is simpler.It implies that the degree of weathering dissolution on the feldspar surface is correlated with ages of volcanic eruptions.Observations on the microstructure of feldspar surface suggest that the pumice at the Manjiang tree farm and the grey pumice at the Tianwen peak cross section are the product of the same one volcanic eruption.And the weathering dissolution degree of feldspar surface can be used as an indicator to determine the sequence of volcanic eruptions.Energy spectral analysis indicates that the fresh feldspar and that suffered from weathering dissolution have different chemical compositions.The microstructure and chemical composition of the feldspar that had experienced weathering dissolution resulted from a natural process of weathering，solution，leaching and precipitation.The element Fe in it is probably related with function of microorganism.The detailed analysis of weathering dissolution of feldspar surface can help study environmental change after volcanic eruptions and extimate their time sequence.

Changbaishan volcano，feldspar，SEM，weathering dissolution，microtexture

P317.3

A

0253-4967(2011)01-0015-11

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.01.002

2010-05-05收稿，2011-01-13改回。

國家自然科學(xué)基金(40772128)和中國地震局行業(yè)專項(xiàng)(20070827)共同資助。

張秉良，男，1948年生，1976年畢業(yè)于中國科技大學(xué)，研究員，長期從事礦物巖石、顯微結(jié)構(gòu)研究，現(xiàn)主要致力于火山噴發(fā)物的研究，電話：010-62009087，E-mal：zhangbl 15@yahoo.com.cn。