长白山天池火山,位于吉林省东部的中朝边境线上,是长白山火山系统中三座大型的复式层状火山之一。2002-2006年一系列的火山扰动事件和约1000年前的布里尼式大喷发使天池火山成为我国乃至东北亚地区最具有潜在喷发危险的活火山。同时,鉴于其危险性和火山学研究中的重要样本价值,各国学者对长白山天池火山进行了大量研究工作,并获得了一系列的资料。前人研究认为天池火山的喷发活动可分为三个阶段,分别为造盾喷发阶段,造锥喷发阶段和爆炸式喷发阶段(或造伊格尼姆阶段)。其中,第三阶段的爆炸式喷发,由于其对未来灾害预警的重要性和喷发物的良好出露,受到了重点关注和长期研究。前期研究认为爆炸式喷发阶段共存在四次喷发活动,分别为约5 ka前的天文峰期喷发,4 ka左右的气象站期喷发,约1200 AD的千年大喷发和1668或1702 AD的八卦庙期喷发。但研究者对这四期喷发活动的认识大多建立在推测和模糊的史料记载上,且部分学者对此持有明显不同的观点,所以爆炸式喷发阶段的喷发序列仍普遍认为需进一步研究确定。为建立天池火山爆炸式喷发阶段的完整喷发序列,本论文在总结前人研究资料的基础上,进行了系统的野外地质调查,岩相学与地球化学和多方法的年代学研究,并在研究中对一些热点问题进行了深入讨论。开展的各方面工作简述如下。开展的主要工作:1)野外地质调查对天池火山近缘、中缘的堆积物进行了野外考察,并联合对比了远缘钻孔中的火山灰资料。近缘主要包括火口内缘、火口缘和周缘的沟谷,发现了前人观察到的以黄色浮岩为代表的天文峰期,以蛇状分布于锥体北侧的气象站期,以灰白色浮岩为代表的千年大喷发,和以灰黑色粗面质浮岩为特征的八卦庙期。从地层关系上认定了相互之间的压盖关系,确定了各期喷发的先后顺序。中缘的堆积剖面进一步揭示了天文峰期与千年大喷发之间存在长期的喷发间断,但在千年大喷发与八卦庙期的关系上,否定了前人认为的时间间隔,提出了两期可能为连续喷发活动的观点。远缘的日本海钻孔资料,进一步验证了天池火山此阶段爆炸式喷发的巨大规模,同时其b-tm和b-j的年龄资料为限定天池火山相对应的两期喷发时间提供了参考。2)岩相学与地球化学岩相学与地球化学的研究,验证了前人支离开的不同颜色或特征的喷发物应为同一期喷发。特别是八卦庙期喷发,岩相学展示火口内缘的八卦庙期堆积物内具有大量熔孔的斑晶,这一特征与火口东北侧的杂色空降堆积和火口周缘沟谷内灰黑色火山碎屑流的斑晶特征完全一致;同样,火山玻璃的主微量成分进一步验证了天文峰顶的黄色浮岩与黑石沟下部的空降浮岩和日本海的b-j火山灰层为同一期喷发,斑晶特征一致的八卦庙期喷发物在地化特征中也完全一致,验证了虽堆积物颜色与特征不同但却为同期喷发的认识。另外,千年大喷发中黑白色条带状浮岩的研究表明分别对应于千年大喷发的碱流岩和八卦庙期的粗面岩,进一步说明了八卦庙与千年大喷发的同期性。3)多方法的年代学综合测定年代学的工作为进一步约束各期喷发时间,建立喷发序列提供支撑性数据。对小沙河大块完整碳化木的考察认为其被切割死于千年大喷发的火山碎屑流中,系统树轮校正测试认为千年大喷发的时间为946±3ad;在高精度40ar/39ar年龄和锆石年龄约束下,认为气象站期喷发时间为11.0±0.5ka;而天文峰期通过近火口的系列约束限定在42-61ka之间,借鉴日本海钻孔所推测的50.6ka,认为此年龄是可靠的喷发年龄。通过这一系列的测试,爆炸式喷发阶段的三期喷发时代得到了确定。热点问题的讨论:首先讨论的问题是八卦庙期与千年大喷发的合并问题,一系列的证据包括:(1)两者在地层关系上连续无风化堆积物等喷发间断的证据存在;(2)黑白色条带状浮岩的地球化学研究指出了两期喷发具有连续性;(3)八卦庙期喷发规模的重新认识说明了引用模糊史料的不可靠性;(4)日本海钻孔中薄层火山灰b-tm同时具有两者的岩浆成分。多方面的证据说明了千年大喷发和八卦庙期喷发同为946±3ad的喷发活动,命名也分别更新为了千年大喷发碱流质阶段和千年大喷发粗面质阶段。另外,在两者岩浆房结构认识中,认为两者岩浆房在地下为封闭独立的两个岩浆体系,且在千年大喷发中两者岩浆在通道内发生了混合。其次,天池火山破火山口的形成问题也是讨论的热点。天文峰期作为天池火山造锥之后的首次大规模爆炸式喷发,黄色空降浮岩直接压盖在残余锥体和玄武岩之上的地层关系中得到验证。另外,位于火口缘的浮岩内大量大块围岩岩屑和火口内缘千年大喷发之前的湖相堆积均进一步说明了破火山口的形成始于天文峰期,即形成于50.6ka。而此前认为的千年大喷发,在喷发过程中对火口形貌进行了改造,使火口向西南方向得到扩展,这在火口形貌分析中得到好的解释。另外,本论文还讨论了爆炸式喷发阶段的地下岩浆过程和特征。地球化学等一系列特征表明气象站期与千年大喷发碱流质阶段为同一岩浆房的产物,而天文峰期与千年大喷发粗面质阶段似乎在岩浆演化中有密切关系;根据喷发序列所建立的时间关系,认为天文峰期的岩浆位于千年大喷发粗面质阶段的岩浆房之上且来源于粗面质岩浆的演化;而千年大喷发碱流质阶段与气象站期岩浆的来源仍不明确,但两者来源一致是明确的。取得的新认识与进展:1)爆炸式喷发阶段喷发序列的重新认识。此阶段始于50.6ka,即始于晚更新世中期;且从那时开始,先后发生了两次大规模的爆炸式喷发活动,即50.6ka的天文峰期喷发和946±3ad的千年大喷发,和一次中等规模的弱爆炸式喷发活动,即11.0±0.5ka的气象站期喷发。2)天池火口的形成问题。本文认为发生于50.6ka的天文峰期喷发活动是首次形成破火山口的事件,而在千年大喷发中,天池火口得到了进一步改造,向西南方向进行了扩展;同样,天池水的形成也始于50.6ka,但在千年大喷发中水经历了更新。3)千年大喷发的重新认识。此前认为千年大喷发是一期广泛分布的灰白色碱流质岩浆喷发;而经过本论文的研究认为,千年大喷发经历了碱流质阶段和粗面质阶段。碱流质阶段与前人认识的千年大喷发一致,而粗面质阶段为前人认识的八卦庙期喷发;粗面质阶段虽喷发柱高度等不及碱流质阶段,但多次脉冲式喷出岩浆的体积不亚于碱流质阶段的岩浆量,同样火山灰飘落日本海等地。4)年代学方法的推进,对于天池火山第三阶段的年代学(即极年轻火山岩)测定是一件令人难解的问题;而经本论文的多方法联合约束,使各期的喷发时间得到了综合限定。并认为对于年轻火山岩定年,在经过了测试技术的飞速发展后,通过严谨的实验流程可获得良好的解决,建立可靠的喷发序列。研究意义:天池火山爆炸式喷发阶段喷发序列的建立,加深了对天池火山晚期喷发活动的理解,对天池火山完整喷发历史和演化过程的研究提供了资料,为科普宣传提供了可信的数据和资料,同时也为未来灾害的预警提供了科学判断依据。本论文开展过程中的研究思路和方法,多为试探性的探索工作,所积累的经验和方法为我国薄弱的火山研究提供借鉴,也为未来工作提供技术和方法储备。