火山是连接地球内部系统和地球表层系统的重要纽带,其起源地球深部岩浆活动,通过火山作用直接影响地球表层各圈层。作为火山作用喷发的重要产物,火山灰一直是地球科学研究的热点和前沿领域,其在地层对比和重大地质事件年代学、火山地质灾害、全球变化及生物灭绝事件等方面取得众多重要进展。目前对于火山灰的研究主要集中在现代火山学、第四纪地层年代学等方面,对于第四纪以前的火山灰的研究基本聚焦在地层界线和重大地质事件的精确定年上,对火山灰的岩石学和地球化学特征的研究薄弱,导致存在火山灰概念不清、鉴别特征不明确、地球化学特征不清晰等问题。针对这些问题,本文提出“深时火山灰”的概念,即第四纪以前地层中粒度小于2 mm的火山碎屑集合体,包括凝灰岩（粒度0.0625～2 mm）和火山成因粘土岩（粒度<0.0625 mm）。本文首先从火山碎屑特征和后期蚀变规律出发,总结归纳了深时火山灰的鉴定特征;随后选取了三层不同地区、不同时代、不同沉积环境下的深时火山灰地层,进行了系统的岩相学和矿物学、地球化学、锆石U-Pb年代学等研究,对这些深时火山灰进行了岩性鉴别、成因分析和源区追溯,进而探讨了与这些深时火山灰相关的重要地质事件。华北地区乌达煤田二叠系的一层煤层夹矸中报道了迄今为止发掘面积最大的原位保存的早二叠世植物群落化石,被誉为“植物庞贝城”,为早二叠世华夏植物群落的精细研究以及全球植物群落对比提供了丰富的素材。前人认为这层煤层夹矸以及“植物庞贝城”的形成与火山灰快速沉降有关,但缺乏细致论证。为了精确限定该植物群落的年龄,探讨植物庞贝城的形成过程与火山作用的关系,本文从岩石成因、年代学、地球化学、源区等多方面对这层煤层夹矸开展了研究。具体来说,本文对这层煤层夹矸的5个样品进行了岩相学与矿物学、锆石U-Pb年代学、锆石原位Hf-O同位素及微量元素、全岩地球化学等分析。岩相学与矿物学结果表明该煤层夹矸为火山成因粘土岩。乌达剖面火山成因粘土岩的矿物成分以高岭石（74.3%～86.5%）、石英（10.7%～25.7%）为主,其中高岭石以假晶形态为主,扫描电镜下可观察到钾长石蚀变为高岭石的残留结构。全岩Al2O3/TiO2比值较高（65.8～103.5）,轻稀土富集（La/Yb=10.3～16.7）,Eu负异常显著（δEu=0.27～0.38）,这些特征均表明其源区为长英质性质。此外,全岩微量元素蛛网图中Nb、Ta亏损,表现出弧岩浆特征;锆石U-Th-Hf-Nb微量元素也指示出岩浆弧的特征属性。综上,火山成因粘土岩为与弧火山作用相关的酸性火山灰空降沉积形成。选取的4个样品的锆石SIMS U-Pb测年结果均呈现出单一的年龄峰值,且206Pb/238U加权平均年龄结果在误差范围内一致,所有测试点的206Pb/238U加权年龄为296.2±1.0 Ma（MSWD=0.82,n=79）,该年龄即为火山成因粘土岩的沉积年龄,这一年龄也是乌达“植物庞贝城”精确形成时代的首次提出。火山成因粘土岩的厚度（～60 cm）、石英含量与残留的火山碎屑粒度（0.02～0.4 mm）表明火山源区距离乌达煤田的距离较近。结合区域构造背景,源区可能为华北克拉通北缘或者西缘。然而,乌达火山成因粘土岩中锆石εHf（t）基本为正值（+0.11～+5.15）,与华北北缘同时期大陆岩浆弧特征(εHf（t）=-23～-5)不一致,排除了华北北缘为源区的可能性。乌达火山成因粘土岩中锆石δ18O范围为5.05‰～6.17‰,与地幔特征（5.3‰±0.6‰,2SD）一致,表明岩浆来源为新生地壳物质重熔形成,可能与古亚洲洋俯冲相关。结合华北克拉通及周边的地质背景分析,早二叠世华北克拉通与阿拉善地块之间存在古亚洲洋弧的俯冲作用,即它们可能是两个独立的块体,这一推断支持部分学者提出的阿拉善地块不属于华北克拉通,为这一地质难题提供了关键独特的证据。华南地区二叠纪—三叠纪界线（Permian-Triassic Boundary,简称PTB）附近深时火山灰与生物灭绝事件在层位上高度相关,前人研究普遍认为这些深时火山灰是灭绝事件的触发因素之一,对其成因、来源和规模的研究具有重要科学意义。本研究对广西来宾地区蓬莱滩剖面PT界线下大隆组顶部“凝灰岩”进行了岩相学与矿物学、碎屑锆石年代学、原位Lu-Hf同位素及微量元素的分析,结合华南地区PTB深时火山灰时空分布特征,对华南PTB深时火山灰可能的源区和规模进行讨论和限定。对蓬莱滩剖面“凝灰岩”鉴别后认为其为凝灰质砂岩,理由如下:（1）样品岩石薄片中可观察到颗粒的分选、磨圆与定向排列等沉积特征;（2）样品的U-Pb定年结果呈现出碎屑锆石年龄谱特征;（3）地层沉积时蓬莱滩地区为沉积洼地,物源供给充足,水动力条件强,不利于火山灰原地保存,而火山碎屑物被水流搬运至蓬莱滩沉积的可能性更大。蓬莱滩凝灰质砂岩样品中晚二叠世碎屑锆石的Hf同位素(εHf（t）=-16.5～-5.0)表现出地壳来源特征,与华南其他PTB典型剖面一致。碎屑锆石U-Th-Hf-Nb微量元素特征显示其具有来源于大陆岩浆弧的属性,也与华南其他PTB剖面特征一致。此外,凝灰质砂岩的锆石U-Pb年龄和地层位置也与华南PTB深时火山灰基本一致。这些相同的特征表明两者来自同一源区。总结前人资料发现,华南PTB深时火山灰中粒度较粗的凝灰质砂岩和凝灰岩仅出现在华南的西南部,而华南北部主要为粒度较细的火山成因粘土岩,总体上火山碎屑粒度由西南向东北逐渐减小,表明PTB火山物质来源于华南西南缘。近年来,包括海南岛二叠纪花岗岩及桂西南酸性火山岩在内的众多证据表明华南板块西南缘存在一个二叠纪大陆岩浆弧。因此,华南PTB火山灰很可能来源于华南板块西南缘古特提斯二叠纪大陆岩浆弧。PTB深时火山灰仅分布在华南地区,在华北、西北等地区均未发现或报道同时期的火山灰,说明火山喷发规模有限,不是触发PTB全球性生物灭绝事件的主要原因。塔克拉玛干沙漠是我国第一大沙漠和世界第二大流动沙漠,其形成与青藏高原的隆升相关,是亚洲新生代地质演化历史中的重要标志性事件。由于缺乏可以直接定年的地层,塔克拉玛干沙漠的形成年代一直存在争议。因此塔西南新生代西域组巨厚磨拉石建造上部的“火山灰”段一经报道便成为关注的焦点。基于该“火山灰”年代（11.18±0.11 Ma）和古地磁年代学研究,有学者将沙漠形成时代定于晚渐新世—早中新世（26.7 Ma～22.6 Ma）,远早于之前的认识。但也有学者认为这套“火山灰”是沉积碎屑岩,其中的矿物年龄不能代表地层沉积年龄。由于关系到青藏高原隆升与气候变化等关键问题,对这套“火山灰”段的岩性鉴定极其关键。本文对这套“深时火山灰”和其下伏层位的砂岩进行了详细的岩相学与矿物学、元素地球化学和锆石U-Pb年代学的工作。研究结果表明该“火山灰”为沉积碎屑岩,除了沉积构造和磨圆碎屑外,本文发现:（1）“火山灰”样品的矿物成分以斜长石（48%）、钾长石（33%）、蒙脱石（15～47%）为主,长石含量远高于常见的深时火山灰,更符合山前沉积碎屑岩的特征;（2）“火山灰”中的锆石年龄谱表现出碎屑锆石年龄谱特征;（3）“火山灰”和下伏砂岩的碎屑锆石年龄谱相似,都具有～11 Ma峰值和古近系、中生代、古生代的碎屑锆石,只是比例不同,表明物源区为连续供给,且可能具有构造剥蚀作用强烈的特点。因此,该碎屑沉积的定年结果不能用于限定地层的沉积年龄,故塔克拉玛干沙漠形成于晚渐新世-早中新世的结论有待商榷。基于对前人研究成果的总结,加上对三个不同地区、不同时代和不同沉积环境的深时火山灰地层的深入研究,本论文得出下列成果与结论。（1）提出“深时火山灰”的概念,并总结归纳了深时火山灰的鉴定特征。（2）识别华北早二叠世“植物庞贝城”的埋藏地层为火山成因粘土岩,火山源区为与弧相关的酸性火山作用;“植物庞贝城”的形成年龄为296.2±1.0 Ma;推测华北西缘可能存在一个与古亚洲洋闭合相关的洋弧,暗示早二叠世阿拉善地块不是华北克拉通的一部分。（3）识别广西蓬莱滩剖面PTB之下的“凝灰岩”实则为凝灰质砂岩;华南PTB深时火山灰空间分布特征为由西南向东北粒度逐渐变细;火山灰源区可能为华南板块西南缘古特提斯大陆岩浆弧。火山喷发规模有限,推测不是触发全球性生物灭绝事件的主要原因。（4）识别新疆柯克亚地区西域组“火山灰”为沉积碎屑岩,岩石中矿物定年结果不能用于地层定年,前人关于塔克拉玛干沙漠形成于晚渐新世—早中新世的结论值得商榷。