（楚雄師范學(xué)院物電系、楚雄師范學(xué)院光譜應(yīng)用技術(shù)研究所，云南 楚雄675000）

1 引言

在地球上，火山的活動與爆發(fā)是一種自然現(xiàn)象，從遠(yuǎn)古至今一直存在著。火山的爆發(fā)一般在一些不尋常的地質(zhì)背景上發(fā)生，其中大多數(shù)都在構(gòu)成巖石圈的龐大板塊邊界處。約80%的地球活火山及其相關(guān)的火山活動都發(fā)生在兩個板塊相聚處，并且其中一個俯沖到另一個下面的地方。俯沖下去的板塊,一方面因擠壓而造成局部壓力增加，一方面其自身也融為巖漿；這時，上面受到擠壓的板塊如果出現(xiàn)裂口或薄弱處，壓力極大的巖漿就會從這些地方噴出來，形成火山?；鹕絿姲l(fā)時，上面部分噴出地表形成火山灰，另外一部分噴出的未露于地表巖漿冷凝后形成的柱狀結(jié)晶，稱為柱狀節(jié)理，由于火山的爆發(fā)在地球的表面留下了很多火山遺跡，其中云南省騰沖火山就是其中之一。騰沖火山群位于歐亞板塊和印度板塊的碰撞帶上，是中國火山運(yùn)動最活躍、最年輕的地區(qū)。最近一次火山噴發(fā)與現(xiàn)在只相隔大約7000年左右。騰沖火山遺跡較為豐富，對火山遺跡進(jìn)行研究是一項值得開展的科學(xué)研究工作。

2 研究計劃和方案

騰沖縣是云南省靠西的一個邊疆縣，地理位置（東經(jīng)115°40'～116°17'，北緯 26°05'～27°08'），恰好位于歐亞板塊和印度板的碰撞帶上，由于板塊的相互運(yùn)動碰撞擠壓，使得至今300多萬年前至3000年多年前一直有火山噴發(fā)的情況發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計共有68座新生代火山，如：馬站火山群、熱海、北?；鹕窖呷?。留下了很多火山遺跡，如：大空山、小空山、打鶯山（火山噴發(fā)口）、北海地?zé)釢L鍋、火山堰塞湖等，這些遺跡，現(xiàn)已成為云南省著名的旅游景點(diǎn)，并被國家選為國家級地質(zhì)公園。騰沖火山群是中國最密集的火山群之一，騰沖縣的龍川江畔，隨處可見火山遺跡，其中最引人注目的就是火山柱狀節(jié)理，柱狀節(jié)理是當(dāng)年火山噴發(fā)時從地幔中涌出的巖漿結(jié)晶而成的玄武巖柱狀形石柱?；鹕綆r漿噴發(fā)時溫度約為1200攝氏度，由于噴發(fā)的巖漿含有六方柱體的基性斜長石、橄欖石、角閃長石、輝石等礦物質(zhì)，所以冷卻后形成五方柱體、六方柱體。節(jié)理是一種地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象，就是我們在巖石露頭上所見的裂縫，或稱巖石的裂縫。這是由于巖石受力而出現(xiàn)的裂隙，但裂開面的兩側(cè)沒有發(fā)生明顯的位移，地質(zhì)學(xué)上將這類裂縫稱為節(jié)理。

筆者的家鄉(xiāng)就在騰沖，對火山遺跡司空見慣，特別是柱狀節(jié)理在騰沖火山遺跡地區(qū)顯現(xiàn)較多，選取火山柱狀節(jié)理，依托楚雄師范學(xué)院物理與電子科學(xué)系物理實(shí)驗(yàn)室和光譜應(yīng)用技術(shù)研究室，專門對火山柱狀節(jié)理開展相關(guān)研究。

柱狀節(jié)理標(biāo)本(見圖2)以2012年8月采自騰沖曲石鄉(xiāng)江南村龍川江畔。主要是對樣品進(jìn)行密度 熱導(dǎo)率方向 放射性拉曼光譜等物理性能進(jìn)行研究。

圖1 騰沖火山柱狀節(jié)理實(shí)地圖片

圖2 采集騰沖火山柱狀節(jié)理

3 測試分析研究

柱狀節(jié)理是屬于玄武巖，騰沖全新世火山巖以粗面玄武巖、玄武粗安巖、粗安巖和英安巖為主，屬于高鉀鈣堿性系列火山巖的主要元素是[1]TiO2、AI2O3、 MgO、Fe2O3、P2O5、CaO 與 SiO2，火山巖的 TiO2、AI2O3、MgO、Fe2O3、P2O5、 CaO 與SiO2之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，然而K2O與SiO2具有良好的正相關(guān)關(guān)系。

3.1 樣品密度測定

從柱狀節(jié)理標(biāo)本上取下一小塊作為待測樣品，測定其密度ρ，ρ = m/v,用流體靜力稱衡法進(jìn)行測定[2]∶用物理天平將樣品在空氣中稱量，其重量W = m1g……（1） 又將樣品浸沒在水中稱量，其視重為 W2= m2g……（2），二者之差為樣品在水中所受到的浮力F，而F = W1—W2=（m1g- m2g）……（3）；

m1和m2為該樣品在空氣中及浸沒在水中所稱量到的視質(zhì)量。由阿基米德原理：F = ρgV……（4），ρ是水的密度，（與水的溫度t有關(guān)）當(dāng)樣品侵沒在水中時，V是樣品排開水的體積，亦即樣品的體積。由（2）（3）式可得：

表1 密度測定數(shù)據(jù)表

其樣品密度為2.632比花崗巖小，比大理石大。

相對不確定度：

3.2 樣品熱導(dǎo)率方向測定

柱狀節(jié)理是巖漿結(jié)晶而成，應(yīng)是各向異性的，那么其熱導(dǎo)率的方向也應(yīng)是各向異性的，再橫向和縱向熱導(dǎo)率應(yīng)該是不同的，沿晶體縱向熱導(dǎo)率應(yīng)是各向異性，橫向熱導(dǎo)率也應(yīng)該是各向同性的，從標(biāo)本上切割下兩塊樣品，分別橫向取料，縱向取料。將樣品打磨光滑后，均勻的涂上一層薄蠟，用內(nèi)熱式電烙體的內(nèi)芯作為發(fā)熱體，用支架將樣品架起來，內(nèi)芯垂直接觸樣品表面，給內(nèi)芯供電連續(xù)發(fā)熱，蠟面受熱后開始融化，從理論上晶體縱向應(yīng)是各向異性，蠟面融化后應(yīng)是一個橢圓，橫向各向同性，蠟面融化后是一個圓，經(jīng)試驗(yàn)橫向和縱向截面上石蠟融化后自發(fā)形成一個圓，見圖3a和圖3b，可能是樣品的各向異向性不明顯所導(dǎo)致。

圖3a 樣品橫向熱導(dǎo)率方向測定圖

圖3b 樣品縱向熱導(dǎo)率方向測定圖

3.3 樣品放射性檢測

柱狀節(jié)理數(shù)千年前來自地幔涌出的巖漿冷卻結(jié)晶而成，是否會含有放射性物質(zhì)？由于放射性的半衰期極長，若巖漿含有放射性物質(zhì)，則柱狀節(jié)理也會含有放射性，很有必要進(jìn)行放射性檢測，應(yīng)用DIS信息系統(tǒng)配合G-M傳感器，檢測樣品中是否含有放射性元素，DIS信息系，G-M傳感器，采用單位時間計數(shù)法，獲取放射源信息。首先確定宇宙射線的本底數(shù)，再測定樣品的計數(shù)，從而確定樣品是否含有放射源和放射源的大小。實(shí)驗(yàn)測數(shù)：本底數(shù) 10次/分，載上樣品后計數(shù)也是10次/分，表明樣品無放射性。

3.4 樣品拉曼光譜測試分析

巖漿來自地幔中的軟流層，巖漿在高溫高壓下充分翻滾混合，應(yīng)該是均勻的，用拉曼光譜儀檢測可知道樣品內(nèi)部的情況。

圖4 拉曼光譜儀外觀圖

使用便攜式拉曼光譜儀，見圖4（R-3000,OCEAN OPTIES CO.USA.）由785nm半導(dǎo)體固態(tài)激光器，光纖光譜儀，帶有聚焦和校準(zhǔn)探頭帽的光纖探頭，樣品室等組成。波長范圍200～2700 cm-1，分辨率10 cm-1，波長穩(wěn)定性優(yōu)于1cm-1，輸出穩(wěn)定性為 4% ，功率 90～290mw ，32位 Windows操作系統(tǒng)R-3000 Base專用軟件包。

從標(biāo)本上有截下兩塊樣品c、d，在兩塊樣品上分別任意選取三個點(diǎn)，樣品c上的點(diǎn)記為：Hb、Hd、He，樣品d上的點(diǎn)記為：Hn、Hn1、Hm，將樣品放在支架上，用便攜式拉曼光譜儀進(jìn)行檢測，使拉曼光譜儀上的探頭與樣品上所選取的點(diǎn)垂直；開始掃描，得到譜線圖，如圖5。

從光譜圖，圖5可看出得出，此柱狀節(jié)理樣品的波峰分布情況：強(qiáng)峰帶在474.1cm-1，次強(qiáng)峰帶在666.3cm-1，弱峰帶在904.1cm-1。所選取的六個檢測點(diǎn)譜線圖波峰分布范圍是大致相同的，從分子層面說明此柱狀節(jié)理內(nèi)部物質(zhì)是均勻分布的。

圖5 樣品六個樣點(diǎn)拉曼光譜圖

4 結(jié)束語

綜上所述，研究實(shí)驗(yàn)得到了火山柱狀節(jié)理的一些物理性能數(shù)據(jù)，對研究火山遺址具有一定的參考價值。就目前來說火山柱狀節(jié)理的開發(fā)和利用才剛剛起步，還需進(jìn)一步的深入研究。使這一資源得到充分利用，造福于人類。

[1]朱自瑩,等.拉曼光譜在化學(xué)中的應(yīng)用[M].東北大學(xué)出版社,1998.