記者3日從中國科學院青藏高原研究所獲悉，該所新生代環境團隊對雲南古老地層的最新研究發現，通過構建「火山巖—火山凝灰巖—沉積巖」對比序列，低溫頻率磁化率參數可作為捕捉火山灰的有效指標，幫助破解地層年代。
科研團隊首次全面系統地從巖石磁學角度，對比研究雲南距今3500多萬年前的始新世地層中的火山巖、火山凝灰巖和沉積巖，使用低溫頻率磁化率參數鑑定火山灰的方法，所需樣品前處理簡單、測試快速，可助力解決「卡脖子」的地層年代學問題，為青藏高原東南緣的構造和古環境演化等研究的年代學問題提供技術支撐。
這一重要研究成果論文近日已獲專業期刊《地球物理研究：固體地球》發表。論文通訊作者、中科院青藏高原所顏茂都研究員表示，火山噴發是地球上的重大地質災害之一，但火山灰是「診斷」地球地質歷史時期古老地層絕對年齡的最佳材料之一，而地層的絕對年齡又是破譯地球系統演化的關鍵密碼。
火山灰由火山噴發的微小碎屑顆粒組成，顆粒極細的火山灰顆粒可小於125微米，與細顆粒碎屑沉積物形態特徵相近。因此，僅有小部分由大量火山灰固結形成的火山凝灰巖可在野外觀察中識別出，大部分沉積地層中所含的火山灰難以憑肉眼直接鑑定。
如何捕捉古老地層中的火山灰信號？科學家們帶著野外採集的疑似火山灰樣品走進實驗室，試圖通過火山玻璃進行識別。火山玻璃是火山噴發出的碎屑產物之一，是迅速冷卻尚未結晶的一種玻璃質固體顆粒，但火山玻璃的提取和鑑定實驗耗時長且價格昂貴，不適合廣泛推廣。而火山噴發物質含有大量磁性礦物，它們常以填隙物或包裹體的形式存在於火山灰中，不易被環境破壞，與普通碎屑沉積巖可能存在不同。因此，可以考慮利用快捷便宜的巖石磁學方法去識別火山灰。
究竟哪種巖石磁參數捕捉火山灰最靈敏、有效呢？顏茂都及合作者自2013年起多次赴雲南劍川和曲靖考察。在雲南省曲靖市霑益縣，科研團隊發現始新世河流與湖泊成因的沉積地層，其中含有厚度多達3米的灰白色厚層火山凝灰巖。在劍川縣的雙河煤礦附近發育的同期河湖相沉積地層中，也含有多層火山巖。經過詳細調研、討論和採樣，科研團隊決定通過構建「火山巖—火山凝灰巖—沉積巖」的對比序列，尋找可以識別地層中火山灰的最靈敏和有效的巖石磁學參數。
論文第一作者、中科院青藏高原所博士生申苗苗表示，團隊對序列三類樣品從磁性礦物的種類、含量和粒徑三個方面開展系統的巖石磁學參數對比研究，並結合巖相學、地球化學等方法，探究火山灰區別於沉積巖最顯著的巖石磁學特徵。研究發現，前述三方面相關的大量磁學參數中，低溫頻率磁化率參數顯示火山巖和火山凝灰巖含大量的超細磁性礦物，而大多數沉積巖則缺乏這一特徵。因此，低溫頻率磁化率參數可以作為捕捉雲南地區火山灰的有效指標。該指標所需樣品前處理簡單、測試快速，相比於利用火山玻璃的鑑別方法，可大幅提高實驗室識別火山灰效率。
科學家表示，低溫頻率磁化率參數鑑定火山灰這一新方法的研究成果，可為雲南乃至其他地區地質歷史時期古老地層的火山灰年代學研究提供必要的巖石磁學支撐，對深入認識青藏高原東南緣的構造和印度季風演化等重大科學問題也具有重要意義。
文/記者 孫自法
編輯/董偉