剑川盆地风化状火山岩(粗面岩)受访者供图
捕捉到古老地层中的火山灰信号，不是一件容易的事。通过构建“火山岩—火山凝灰岩—沉积岩”的对比序列，中国科学院青藏高原研究所新生代环境团队发现，低温频率磁化率参数可作为捕捉云南地区火山灰的有效指标。相关研究成果近日在线发表于《地球物理研究：固体地球》杂志上。
火山喷发是地球上的重大地质灾害之一。一些火山喷发出的火山灰高达几十公里，直抵平流层，可影响天气变化，火山灰形成的降尘也会给当地民众造成极大的生活困难。但火山灰是“诊断”地球地质历史时期古老地层绝对年龄的最佳材料之一，而地层的绝对年龄又是破译地球系统演化的关键密码。
火山灰由火山喷发的微小碎屑颗粒组成，极细的火山灰颗粒可小于125微米，与细颗粒碎屑沉积物形态特征相近。因此，仅有小部分由大量火山灰固结形成的火山凝灰岩可在野外观察中识别出，而大部分沉积地层中所含的火山灰难以凭肉眼直接鉴定。
科学家们只能带着野外采集的疑似火山灰样品走进实验室，通过其中是否含有火山玻璃进行识别。火山玻璃是火山喷发出的碎屑产物之一，是迅速冷却尚未结晶的一种玻璃质固体颗粒。“但是火山玻璃的提取和鉴定实验耗时长且价格昂贵，不适合广泛推广。而火山喷发物质含有大量磁性矿物，它们常以填隙物或包裹体的形式存在于火山灰中，不易被环境破坏，与普通碎屑沉积岩可能存在不同。因此，我们可以考虑利用快捷便宜的岩石磁学方法识别火山灰。”论文通讯作者、中国科学院青藏高原研究所研究员颜茂都说。
但是，究竟用哪种岩石磁参数识别火山灰最灵敏、有效呢?
2013年起，颜茂都及其合作者就多次赴云南剑川和曲靖进行考察。在云南省曲靖市，团队发现距今3500多万年前的始新世河湖相沉积地层，其中含有厚度多达3米的灰白色厚层火山凝灰岩。在剑川县的双河煤矿附近发育的同期河湖相沉积地层中，也含有多层火山岩。经过详细的调研、讨论和采样，团队成员决定通过构建“火山岩—火山凝灰岩—沉积岩”的对比序列，寻找可以识别地层中火山灰的最灵敏和有效的岩石磁学参数。
论文第一作者、中国科学院青藏高原研究所在读博士研究生申苗苗表示，团队对这3类样品从磁性矿物的种类、含量和粒径3个方面开展了系统的岩石磁学参数对比研究，结合岩相学、地球化学等方法，探究了火山灰区别于沉积岩最显著的岩石磁学特征。
研究发现，低温频率磁化率参数显示火山岩和火山凝灰岩含大量的超细磁性矿物，而大多数沉积岩则缺乏这一特征。因此，低温频率磁化率参数可以作为捕捉云南地区火山灰的有效指标。
颜茂都表示，该指标所需样品前处理简单、测试快速，相比于利用火山玻璃的鉴别方法，大大提高了实验室识别火山灰的效率。该研究可为云南甚至其他地区地质历史时期古老地层的火山灰年代学研究提供必要的岩石磁学支撑，将对深入认识青藏高原东南缘的构造和印度季风演化等重大科学问题具有重要意义。(刘晓倩 记者 陆成宽)