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黑龙江科洛火山区

1. 科洛火山群分布特征

科洛火山群位于黑龙江省嫩江县境内科洛河两岸,地理坐标为东经125°30′— 126°15′,北纬49°10′— 49°30′,火山岩分布面积约为350 km2(图1)。根据前人工作(王承祺等,1987;邱家骧等,1991)及近年来的野外调查结果,证实区内新生代火山23座。实地考察中发现,目前清晰可辨的火山锥有10个,依次为荡子山、平顶山、南山、尖山、大椅山、卡山、小椅山、孤山、黑山、沐河南山,其余火山多数仅为高地或山包分辨不出锥体的形态,该火山群中部分火山的主要参数列于表1


1 科洛新生代火山分布简图

1 科洛火山群部分火山主要参数*

喷发时代**

火山名称

海拔高度(m

锥体高度(m

锥底直径(m)

锥体类型

火口

形状

破火口

方向

全新世

南山

447.1

87

800

复合锥

近圆形

晚更新世

大椅山

442.4

62

600

降落渣锥

圆形 

近西北 

晚更新世

孤山

329

39

200

复合锥

圆形

300° 20° 

中更新世

小椅山

西456

439

66

59

500

400

降落渣锥

降落渣锥

圆形

圆形

165° 300° 

中、晚更新世

卡山

389

30

400

降落渣锥

浅盘状

早更新世

尖山

341

41

250

熔岩锥

尖锥状 

早更新世

沐河南山

440

50

600

降落渣锥

圆顶状 

上新世

西山

577.4

160.4

1500

熔岩锥

圆顶状

上新世

468.8高地

468.8

48.8

1400

锥体缺失

平顶状

上新世

荡子山

487.2

57.2

650

熔岩锥

平顶状 

上新世

平顶山

411.4

25

800

熔岩锥

平顶状 

上新世

黑山

542.2

60

900

熔岩锥

圆顶状 

*表内数据根据实地测量结果结合1:5万地形图测算得到**喷发时代数据引自本文及前人工作(王承祺,1987;邱家骧,1991;穆治国等,1992;刘嘉麒,19871988;樊祺诚等,2001;邵济安等,2008

2. 构造背景

科洛火山群位于小兴安岭隆起与松辽盆地地块北部接壤地带,受华夏新华夏系构造体系的控制与影响,从上侏罗世开始,逐渐形成了NE向断续分布的断陷盆地,长40 km,宽18 km。盆地东西两侧为褶皱隆起带(王承祺等,1987)。该断陷盆地的基底断裂对科洛火山群的火山活动及展布具有重要影响。该区大地构造位置上处于松辽裂谷与小兴安岭隆起的交汇处,区内地层包括前奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系、第三系及第四系地层,侵入岩主要有元古代的花岗片麻岩、古生代的花岗岩及燕山期的白岗质花岗岩(邱家骧等,1991)。嫩江、嘉阴—海拉尔和多宝山—铁力—林口三个深大断裂在此交汇,与此伴生的构造十分发育,且该区地壳厚度较薄,地幔与邻区相比隆起幅度为1.56.5 km(邱家骧等,1991。大兴安岭的隆起,松辽裂谷的凹陷下沉,是导致本区产生热点、火山喷发及地震的主要原因(王承祺等,1987)。

3 .喷发期次及年代(喷发历史)

根据科洛火山群的火山地质研究为基础,根据其火山结构组成、火山地貌、火山喷发产物的风化程度,结合前人已发表的相关K-Ar年龄数据,将区内新生代火山活动划分为上新世、更新世及全新世三期(图2。其主要依据有:

1)火山地貌:根据遭受风化剥蚀的程度,科洛新生代火山群的火山地貌可划分为两种类型:一种为遭受风化剥蚀,锥体形态不完整,甚至缺失,仅保留有盾形的熔岩台地,表现为波状起伏的低山或者丘陵地貌,其形成时代较早。另一种则相对保存完好,锥体与其底部的盾形熔岩台地界线清晰,锥体产状较陡,熔岩台地边缘清晰,为晚期形成。

2)火山机构:从火山锥的完整性来看,早期的火山锥体低矮,火口垣较宽,锥体内外坡度较缓,锥体顶部风化层较厚。晚期的火山锥体完好,火口垣较窄,火口形态清晰,破火口及岩流溢出方向易于识别,熔岩流单元的结构、分布范围明了。在南山的熔岩流台地中,可见到与熔岩流动相关的微地貌,如块状熔岩锥、裂缝、塌陷谷、流动构造等,这些都是新近火山喷发的特征。

3)火山喷发产物:较早喷发的火山,其锥体上降落堆积的火山渣土壤化严重,浮岩的气孔内壁可见蚀变矿物,如沸石;熔岩台地上的块状玄武岩中长石高岭土化严重,气孔中常存在有后期填充的杏仁体。火山晚期喷发产物则基本没有上述现象。

4)年代学证据:野外工作中对区内的主要火山进行了系统采样,并对火山岩进行了K-Ar年代学研究(李霓等,待刊),部分火山的K-Ar年龄列于表2。结合前人数据(王承祺,1987;邱家骧,1991;穆治国等,1992;刘嘉麒,19871988;樊祺诚等,2001;邵济安等,2008),将区内火山活动划分为上新世(4.14 ~ 3.13 Ma)、更新世(0.96 ~ 0.11 Ma)与全新世(0.0075 Ma)三期。

2 科洛火山群火山岩K-Ar年龄测定结果

Table 2 K-Ar ages of volcanic rocks from Keluo area

样品号

采样地点

样品描述

K(%)

40Arrad(克分子/克)

40Arrad%

表面年龄(±1σMa)

09HLJ15

荡子山东侧山顶

灰色致密块状熔岩

3.49

2.51E-11

12.90

4.14±0.25

10HLJ39

平顶山

灰黑色致密块状熔岩

3.31

1.80E-11

67.23

3.13±0.07

10HLJ42

沐河南山剖面处

砖红色集块岩

4.34

7.23E-12

1.39

0.96±0.60

10HLJ01

小椅山

褐色气孔状熔岩

4.45

1.63E-12

5.92

0.21±0.03

09HLJ17

孤山山顶

紫红色似层状熔岩

5.48

1.04E-12

1.968

0.11±0.05

分析者:中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室 李大明

采用常数:λ= 5.543×10-10/a,λe = 0.581×10-10/a-1,

λβ= 4.962×10-10/a-1, 40K/K = 1.167×10-4/mol/g


2 科洛火山区主要火山喷发年龄分期图

Fig.2 Division chart of major volcanic eruption periods in Keluo area

时间轴上的数字为地质年代分界的具体时间,年龄数据来源于本文及前人工作

1.沐河南山;2.黑山;3.荡子山;4.平顶山;5.西山;6. 432高地;


7.尖山;8.孤山;9.小椅山;10.卡山;11.大椅山;12.南山

4 . 岩浆特征

上新世时期,在这一断陷盆地两侧的边缘形成了一系列NE向分布的火山,依次为荡子山、平顶山、432高地、黑山、615高地、西山、468.8高地等。受NE和NW两个方向基底断裂的影响,火山呈现出很好的线性展布。火山喷发形式总体为中心式,属斯通博利式火山。由于形成时间较早,大部分火山的火山锥已遭剥蚀殆尽,火山的残余锥体与熔岩台地之间的连贯性较好,界线模糊,火口难以找到,火山碎屑物小于火山总体积的10%。该期少数火山的火山锥为熔岩锥,受熔岩性质影响,锥体形态一般为平顶状或圆帽状,如黑山、平顶山和荡子山。火山喷发过程为:岩浆沿着盆地边缘基底断裂上涌,随后较为平静地溢出,充填于沟谷等负地形之中,形成坡度较小、展布面积较大的盾形火山。除个别火山锥体保存较为完好之外,其余多遭风化剥蚀而失去原有的火山地貌特征,锥体形态不完整,甚至缺失,仅保留有盾形的熔岩台地,表现为波状起伏的低山或者丘陵地貌。

该区早更新世火山活动相对平静,此时期喷发的火山有尖山(图3)、沐河南山等。

图3 尖山西侧剖面图

1柱状节理;2柱状节理碎块


中—晚更新世以来,区内火山活动逐渐活跃,该时期的火山活动仍受NE向基底断裂控制,但喷发中心由盆地边缘向盆地内部迁移,喷发方式及喷发强度也发生相应变化,形成的火山主要包括大椅山、卡山、小椅山、孤山、沐河东南山、469高地等。该期火山主要具有以下特征:火山均由碱玄质火山渣锥和熔岩流组成,火山结构完整,火口清晰可辨,遭受的剥蚀程度相对较轻。锥体由早期降落的火山渣和晚期溅落的熔结集块岩组成。

该期火山渣主要为红色、黑色、黄褐色,形态多样,磨圆度较差,多为棱角状,粒径1-10 cm左右,气孔极为发育,形状不规则,体积可达80 %以上。渣锥的主体主要由红色火山渣与黑色火山渣构成,其中红色渣靠近火口,黑色渣则在外侧,并覆盖于红色渣之上,两者之间界线明显,缺乏过渡关系。其颜色差异主要是由于火山渣降落堆积时,冷却速度不一导致氧化程度之间的差异,从而进一步影响铁离子的氧化价态所致。

该期大多数火山的渣锥中均可见到丰富的地幔二辉橄榄岩包体,并且在沐河东南山及大椅山还发现了含金云母的二辉橄榄岩,说明地下岩浆源区较深,岩浆上升速度快,在地壳内停留时间短。大椅山、卡山、小椅山、石头沟子东侧高地的熔岩流受地形制约由南向北流淌,汇聚于盆地中心地势较低的沐河河道,对其进行改造,而后喷发的孤山熔岩流覆盖于早期熔岩流之上,堵塞了部分河道。熔岩流对于沐河河道的改造促使了其下游大量洼地、河曲和沼泽的形成。这一时期的岩浆活动同时也对断陷盆地中心的地貌进行了改造,新喷发的熔岩覆盖于早期的巨厚沉积之上,形成了新的熔岩台地地貌。

进入全新世以后,南山喷发,为斯通博利式喷发的火山。南山(图4)位于科洛火山群的南部,海拔高度447.1 m,比高87 m,底座直径约800 m。火口内径约140—150 m,火口垣宽约20 m。从卫星俯视影像(图5)上可看出,其火口浑圆,且保存完好。在其北西侧山腰处发育有一寄生火山锥,火口为漏斗状,有松散碎屑覆盖。寄生火山锥靠近主火山口的一侧坡度大,而向锥脚方向逐渐变缓。南山由碱性玄武质火山渣锥和熔岩流组成,规模较大,锥体及火口保存完好,岩浆溢出率高,流动距离较远,覆盖面积达19 km2(王承祺等,1987)。火山活动经历了早期较强爆发和晚期大规模岩浆溢出过程:早期降落锥主要由火山渣和少量火山弹组成,火山渣红色黑色兼有,晚期溅落堆积的熔结集块岩叠加其上(图13)。在其火口内壁上还可见喷气孔。


图4 南山远景图

图5 南山的卫星影像图(源自google earth)

左图为南山全景;右图为南山锥体

5.  火山活动演化(灾害情况)

科洛火山群位于科洛—五大连池—二克山富钾火山岩带的北缘,三个火山群近NS向呈带状分布,在构造位置上位于NNE向断裂带(大兴安岭、嫩江、松嫩裂谷西缘)与NW向断裂带(小兴安岭及松嫩裂谷北缘)派生的构造线上(邱家骧等,1991)。在科洛火山区内,由这两个断裂带派生的构造十分发育,如北北东向断裂主要包括沐河断裂、西荒—田家窝棚断裂等;而北西向断裂,主要有西山后屯断裂、葡山断裂、洛河断裂等(王承祺等,1987)。这些次一级的断裂相交汇构成了网格状构造,而断裂的交汇点对火山群中火山口的位置起到了一定的控制作用。

上新世以来,科洛火山群的火山开始活跃并喷发,早期以中心溢流喷发为主,区内黑山、荡子山、平顶山等以此种方式喷发,溢出较大规模的熔岩流,在断陷盆地边缘形成范围较大的盾形熔岩地貌。火山锥呈NE-SW向线性排列,与区内的断裂发育相对应。

进入早更新世后,火山活动相对平静,火山喷发数量少,且规模较小。中更新世到全新世,科洛地区火山活动开始进入活跃期,这一时期也是科洛—五大连池—二克山富钾火山岩带集中喷发的时期,其中五大连池中更新世喷发的火山达12座,喷出物分布范围约530 km2(邱家骧等,1991),二克山也在这一时期喷发。中—晚更新世科洛火山群的火山活动进一步改造了断陷盆地中心的地貌特征,大椅山、小椅山、卡山、小孤山等火山陆续喷发,其熔岩流汇聚于盆地中心,相互叠置,覆盖于早期的沉积地层之上。这一时期的火山活动对盆地内分布的河流同样起到了改造作用。沐河、科洛河受到影响,河道变窄、弯曲、部分干涸,下游形成许多洼地、河曲以及沼泽。

进入全新世以后,位于盆地西南部的南山喷发,形成新一期的熔岩地貌,如块状熔岩锥、裂缝、塌陷谷、流动构造等。

由此可知,本区火山活动的迁移、展布、喷发方式与区内的断裂发育紧密相关。喷发中心的迁移可能是由于盆地边缘溢流的岩浆冷却固结堵塞了早期的岩浆通道,导致喷发中心向内部迁移,因而选择更为薄弱的破裂喷发的结果。

参 考 文 献

樊祺诚,隋建立,刘若新.2001.五大连池、天池和腾冲火山岩Sr、Nd同位素地球化学特征与岩浆演化[J].岩石矿物学杂志,20(03):233-238. .

刘嘉麒.1987.中国东北地区新生代火山岩的年代学研究[J].岩石学报,04:21-31.

刘嘉麒.1988.中国东北地区新生代火山幕.岩石学报,01:1-10.

穆治国,刘驰,黄宝玲,等.1992.黑龙江科洛晚新生代火山岩K-Ar定年和地球化学[J].北京大学学报(自然科学版),28(6):733-744.

邱家骧,廖群安,刘蒙华,等.1991.五大连池-科洛-二克山富钾火山岩[M].武汉:中国地质大学出版社.1-219.

邵济安,张文兰.2008.演化中的裂谷带——五大连池火山岩带[J].地学前缘,15(06):241-250.

邵济安,张文兰,张聪.2008.五大连池火山岩带的地幔富集作用[J].岩石学报,24(11): 2485-2494.

王承祺,杜向荣,刘继贤.1987.科洛-五大连池-二克山火山群[J].华东地质学院报,10(2):1-262.