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内蒙古阿尔山火山区

1.构造背景

阿尔山-柴河火山区(又称为哈拉哈河-绰尔河火山群)位于大兴安岭中段,横跨内蒙古自治区东部兴安盟阿尔山市和呼伦贝尔市交界处。中生代该地区在大兴安岭隆起的背景下,发育有强烈的岩浆活动,以中酸性的岩浆侵位和喷发为主。在新生代中国东部大陆整体处于拉张构造环境,日本海弧后盆地和中国东部裂谷系拉张的背景下,大兴安岭山体发生强烈隆升,并伴生有频繁的玄武质岩浆喷发活动。该地区地层主要为侏罗纪、白垩纪火山岩系,其次为新生代地层。侵入岩主要为燕山早期二长花岗岩;火山岩分布广泛,以中生代酸性火山岩分布最广,新生代火山岩主要为碱性玄武岩。

阿尔山-柴河火山地质图(引自赵勇伟等,2008

阿尔山-柴河地区火山总体呈北东向带状分布,以熔岩流为主的火山产物呈连续带状分布于主要河流的河谷当中。根据野外调查,确认第四纪火山35座,熔岩流分布面积约400km2。根据火山地质特征、野外地层的新老覆盖关系和岩石风化程度等地质特征,结合地质测年数据对研究区的火山活动初步划分为早更新世、中更新世、晚更新世和全新世四期。

中更新世:阿尔山-柴河火山区内约占总数3/4的火山形成于此时。熔岩流分布面积达近300km2。诺敏河-奎勒河地区此时形成火山占总数的2/3,相应的熔岩流分布面积达320km2。火山产物具有以下特点:保存大量火山碎屑锥及部分火山口,火山锥风化程度相对较强,其顶部溅落锥已被不同程度剥蚀,火山口被后期崩塌物质及厚层腐质土所充填;熔岩流被大的河流切割,构成河流一级阶地,岩石风化程度较强,多被林地覆盖。

晚更新世火山产物在阿尔山-柴河地区主要是基尔果山天池火山、子宫山火山、以及卧牛泡子火山、乌苏浪子湖火山。火山数目较少,熔岩流覆盖面积只有不到40 km2。这一时期产物具有以下特点:火山锥风化程度相对较弱,火口较深、内壁较陡,锥体顶部仍保存较完整的溅落锥;熔岩流风化程度较弱,其上只有薄层土壤覆盖;熔岩流侵占河道,未被河流侵蚀切割;松散、易风化的射汽岩浆火山碎屑保存较完好,也是晚更新世火山活动的重要标志之一。

全新世火山有焰山、高山、十号沟盆地火山、小东沟火山四座火山,熔岩流分布面积共计约100km2。全新世火山产物一般具有以下特点:火山锥保存最为完好,一般锥体高大陡峻,火口具漏斗状,内壁陡峭易垮塌;锥体顶部的仍保持火山喷发结束时的溅落堆积特征;熔岩流保持了刚冷却时的形貌和流动构造,表面很少有覆盖层,树木难以扎根,只在岩块隙间有稀疏林木,裸露的石塘是全新世熔岩流的标志性特征;火山产物尤其是大片的熔岩流对现代地形地貌进行了明显改造,熔岩流侵占阻塞河道,形成众多火山堰塞湖。

根据火山活动期次可以恢复研究区火山活动历史如下:中更新世时,大兴安岭地区火山活动趋强,无论是火山数量还是熔岩产量都占第四纪以来火山产物总量的1/2以上,火山产物既有火山锥又有熔岩流,这一时期的熔岩流分布范围广泛,产物遍布大的河流流域,构成了整个火山区的雏形。晚更新世时期火山活动趋弱,火山产物占总量比例最低,火山活动范围缩小,只局限于小范围区域。进入全新世,在继承晚更新世火山活动区域的基础上,火山活动又进入另一个高峰期,爆破式喷发造就多座较大的火山碎屑锥,熔岩流分布广泛。

2. 喷发类型

区内火山按照火山作用方式不同,可分为爆破式和溢流式两种火山喷发方式。爆破式喷发产物按照爆破强度和方式分为低强度岩浆爆发形成的粗粒火山碎屑堆积、高强度岩浆爆发形成的细粒火山碎屑堆积;射汽-岩浆爆发形成的火山碎屑堆积。溢流式喷发形成的火山产物主要是熔岩流,其中包括渣状熔岩,结壳熔岩,块状熔岩等,其中还发育有大量独特的熔岩构造。溢流式喷发产物主要是熔岩流,研究区内熔岩类型多样,结壳熔岩和渣状熔岩分布面积较广,另外在个别地方还发育块状熔岩。熔岩在流动及冷却过程中形成喷气锥、熔岩冢、熔岩挤入构造、柱状节理等地质现象。

爆破式火山喷发有三种喷发类型:斯通博利型喷发、强斯通博利型喷发、射汽岩浆型喷发,产生不同类型的碎屑堆积物。溢流式喷发以夏威夷型喷发为主,产物组成盾形火山和熔岩流。几种喷发类型都属岩浆喷发作用范畴,只有射汽-岩浆型喷发除外。

斯通博利型

以低强度岩浆爆发形成的碎屑为主要特征,喷发形成的火山锥一般都是复式碎屑锥,溅落锥叠置于降落锥之上。碎屑集中在火口附近分布,构成火山碎屑锥。其中的降落锥主要由火山渣、火山弹、熔岩饼组成,有时还有薄层熔岩流分布其中。火山碎屑粒度较粗,以1~5cm为主。碎屑锥顶部的溅落锥由弱爆破下的火山弹、熔岩饼及少量熔岩等在高温下重新焊结在一起,形成熔结集块岩和碎屑熔岩。火山锥的整体结构反映出火山由初期低强度的爆破式喷发向后期溢流式喷发过渡的过程。

强斯通博利型

这种喷发以高强度岩浆爆发为主要特征,形成的细粒火山碎屑,这种碎屑气孔构造非常发育,粒级较小,一般2-10mm的火山砾及2mm以下的火山灰,与斯通博利式型喷发碎屑相比,粒径小得多。火山碎屑总体上呈松散堆积状态,组成火山碎屑锥和空降火山碎屑席,这种喷发形成比斯能博利型火山更大的锥体,降落锥表层火山砾呈面状平行于锥体斜坡面分布,火山周围分布有面积较广的与火山锥同期形成的火山碎屑席。根据火山产物推测火山喷发时火口之上形成了持续时间较长的高度较高的喷发柱,火山碎屑随之上升到高空,最后降落在火山锥及周围广大范围内,形成火山碎屑锥和空降火山碎屑席。

夏威夷型

夏威夷型喷发以熔岩平静溢流为特征,产物主要是广泛分布的熔岩流。在火口周围形成小型的单喷发成因盾形火山锥,以及火口塌陷坑。盾形火山锥坡度低缓,一般小于5°,在平面上形状为圆形或椭圆形,整体上形成盾形,组成物质主要是多期熔岩流。火口塌陷坑的四周是近于直立的陡壁,反映出火山活动后期岩浆通道冷却,密度增大,体积收缩,由于重力作用,造成火口塌陷。

射汽-岩浆型

特征产物是基浪堆积物,有以下特点:由灰黑色火山碎屑组成,粒径以05mm-3cm为主,其中还夹杂有大量的围岩碎屑;平行层理、大型交错层理、层理下陷等构造发育,堆积物中有明显的侵蚀面;分布范围较广,距火口可远至三公里;火口邻近中生代破火口湖。这些特征说明这种喷发类型是是玄武质岩浆遇水后与水相互作用,发生的射气-岩浆爆炸。

3. 地球化学特征

阿尔山-柴河玄武岩为钠质系列碱性玄武岩,主要类型为碱性橄榄玄武岩。∑REE109.5-262.6g/g(La/Yb)N介于7.9-12.4之间,显示轻重稀土的分异程度弱,大部分稀土配分曲线相互平行。δEu普遍大于1(0.92-1.07),呈弱的正异常。玄武岩在微量元素原始地幔配分图中,大多样品曲线相互平行且平滑,总体上表现出与OIB相似的特征,显示出BaNbTa的正异常,RbThU显示弱的负异常。只是大离子亲石元素(LIL)如BaRbOIB稍低,LREE也明显低于OIBMgOCrCoNi都显示出相同的线性正相关,与YbZr线性负相关性。不相容元素如RbBaThULaSrNdPbNb都呈良好的线性相关关系。南区玄武岩稀土和不相容元素配分曲线与大同玄武岩最为接近。Sr-Nd-Pb同位素投点都投在OIB范围内,在中国东部新生代玄武岩中投在高143Nd/144Nd,87Sr/86Sr,206Pb/204Pb207Pb/204Pb208Pb/204Pb的一端,与大同及阳原新生代碱性玄武岩范围接近。

4. 喷发灾害

综合地质及地化证据表明,研究区内软流圈及岩石圈是岩浆的主要来源,目前该地区地幔和地壳结构有利于岩浆的生成与喷发,因此未来研究区有可能再次发生火山喷发。通过对研究区火山产物分析,推测未来主要火山灾害由火山喷发空降碎屑物、火山碎屑涌流、熔岩流、火山喷发气体造成。

参考文献: ADDIN EN.REFLIST

赵勇伟, 樊祺诚, 白志达, 孙谦, 李霓, 隋建立, 杜星星, 2008. 大兴安岭哈拉哈河—淖尔河地区第四纪火山活动初步研究. 岩石学报, 2569-2575.

赵勇伟,2010. 大兴安岭第四纪火山地质与地球化学研究,博士论文.