內蒙古大興安嶺阿爾山火山群的形成時代及火山活動

內蒙古大興安嶺阿爾山火山群的形成時代及火山活動

阿爾山火山巖群位于內蒙古東部，位于大興安嶺中部的西端。坐標為12014'0012110'00和4715'004745'00n?；鹕綐嬙靻卧蠈俅笸?大興安嶺新生代火山活動帶(黃鎮(zhèn)國等,1993)。火山活動具多期性,可分為上新世、更新世和全新世?；鹕疆a(chǎn)物覆蓋在侏羅紀火山-侵入巖之上,總體呈北東向展布,出露面積約1300(km)2,上新世為拉斑玄武巖,第四紀主要為堿性橄欖玄武巖。火山作用方式既有巖漿爆破式和溢流式,也有射氣巖漿噴發(fā)。以往區(qū)域地質調查1,2和本次初步考察確定阿爾山火山群由46座火山組成。不同時期的火山剝蝕程度差異明顯,上新世火山遭受剝蝕較深,火山錐體殘缺不全。更新世火山保存較好,部分火山口內積水成湖,形成火口湖,成為風景優(yōu)美的觀光景點,如由火山渣錐構筑的天池和由熔巖湖陷落而成的地池(低于當?shù)氐仄矫?等。全新世火山保存完好,因地處偏遠深山,基本未受到人為破壞,是我國又一處天然“火山博物館”。1爾山火山群中部內蒙古阿爾山火山群中焰山和高山兩座全新世火山,位于阿爾山市北東哈拉哈河中上游,距阿爾山市約80km,處于阿爾山火山群中部,兩座火山相距約500m,大致呈北東向排列(圖1),遙相聳立,火山產(chǎn)物的分布面積約100(km)2。對于活火山的界定,不同研究者認識不盡一致,有些學者把全新世以來有活動的火山都稱為活火山(劉若新,2000),本文把近五千年歷史上有過活動的休眠火山,現(xiàn)仍有一定活動跡象,將來有可能再次噴發(fā)的火山稱為活火山。1.1火口及錐體聚焰山火山位于興安林場東南約12km處,火山口地理坐標為120°37′45″E,47°21′30″N?；鹕接苫鹕皆F、火山碎屑席和熔巖流組成(圖1)?；鹕藉F為一復式錐,由早期的降落錐和晚期濺落錐疊置構成。在地貌上前者相對平緩,后者陡峻,平面上呈近等軸狀,錐底直徑約1600m,面積約2(km)2,錐體底部海拔為1390m,頂部為1623m,錐體高度約233m。早期屬較典型的巖渣錐(CasR.A.F.etal.,1987),錐體下部主要為黑色、褐色剛性玄武質巖渣和巖塊,巖渣粒度較大,上部主要為褐紫色玄武巖巖渣,巖渣粒度常小于5cm。晚期濺落錐疊加在巖渣錐之上,但錐體明顯偏向東側,亦即早期巖渣錐和晚期濺落錐的噴火口(火口坑底)不完全一致,錐體坡度較大,為30°～35°,主要由褐紅、紫紅色熔結集塊巖和少量熔巖組成,熔結集塊巖由火山彈、熔巖餅及塑性熔漿團塊構成,局部焊結強烈部位由于發(fā)生二次流動而成為碎成熔巖。錐體中部為火山口,火口直徑約400m,火口沿西高東低,寬度約10～20m,火口深度約140m,火口內壁陡峭,東南側有垮塌。錐體西側發(fā)育有豁口,是晚期巖漿溢出的位置?；鹕剿樾枷植荚诨鹕藉F周圍(西側被后期熔巖流覆蓋),厚度>1cm的火山渣分布半徑約3km,面積約27(km)2,為爆破式火山作用堆積物,在近錐體的低洼處厚度較大,如在焰山西南側約400m處,可見厚度約3m。遠離錐體厚度變薄,尤其在中生代火山—侵入體構成的山坡上,由于現(xiàn)代雨水的沖刷,多呈斷續(xù)分布。這套高度碎屑化的玄武質火山碎屑席的形成,反映了火山噴發(fā)時巖漿中揮發(fā)份含量較高,爆破式火山作用強烈,在火山口之上已形成了以浮力上升為主要營力的噴發(fā)柱,將高度碎屑化的巖漿碎屑物噴向高空,然后在重力作用下降落堆積于火山錐體周圍,形成火山碎屑席。焰山巖漿溢出率較高,熔巖流規(guī)模大,分布面積約50(km)2,厚度1～30m不等。熔巖流展布受地形制約,總體呈扇形展布,熔巖流自錐體西側巖漿溢出口溢出,沿北西向溝谷傾瀉而下,注入近南北向的哈拉哈河河谷,阻塞哈拉哈河及其支流,形成5個火山堰塞湖(類似黑龍江五大連池)(圖1),由南向北依次為:二號溝泡子(水域和沼澤面積約4(km)2)、三號溝泡子(鹿鳴湖,水域面積約1.6(km)2)、四號溝泡子(水域和沼澤面積約1.2(km)2)、興安林場和杜鵑湖(水域面積約1.5(km)2),其中二號和四號溝泡子旱季積水較少。焰山熔巖流的溢出,標志著火山作用后期巖漿中揮發(fā)份含量已很低,不足以產(chǎn)生碎屑化,巖漿自火山口在密度控制下,沿錐體底部與基底接觸面(中浮面)移動,在錐體西側形成巖漿溢出口,并在向外流動過程中將錐體肢解,使部分錐體碎屑物被馱載運移到錐體之外,形成不規(guī)則的馱移次生錐,在主錐體上則留下深溝。熔巖流構造類型為結殼和渣狀熔巖,以前者為主?？焖僖绯龅娜蹪{離開溢出口后沿地勢低洼的溝谷迅速傾瀉,初步考察至少有4個流動單元,晚期巖流多沖破早期熔巖流的結殼而形成,最長的熔巖流止于地池西側,長約15km。巖漿遠距離運移除受巖漿溢出率和地形控制外,熔巖隧道也起著重要作用。結殼熔巖表面形態(tài)復雜,有繩狀、樹干狀、波狀等,巖流邊緣和前緣可見爬蟲狀或象鼻狀次級熔巖流巖枝,局部可見熔巖瀑布。由熔巖隧道塌陷而形成的熔巖塌陷谷也是結殼熔巖中常見的構造,另外在杜鵑湖一帶和去興安林場公路兩側還發(fā)育有形態(tài)完整的噴氣錐、噴氣碟和熔巖的構造,熔巖的規(guī)模(直徑約10～42m,高約4～18m)和完好性國內罕見,反映熔巖流曾流經(jīng)淺水濕地或沼澤河谷地帶。渣狀熔巖主要分布于近火山口地帶,有些翻花石是由結殼熔巖的表殼被推擠破碎后形成,猶如“石海”。另外,西南側的仙鶴湖(水域面積約1.2(km)2)也是一火山堰塞湖,經(jīng)野外調查應是十號溝盆地火山熔巖流堰塞的結果,哈拉哈河在仙鶴湖以東被熔巖流完全阻斷,寬約3km的河床完全被熔巖掩埋,河流呈暗河在熔巖流底部穿過,在天池林場東約6km處的熔巖流末端,河流又出露地表,再向南流淌。這些特征說明十號溝盆地火山可能是一處相對更新的活火山,只是目前還缺乏準確的定年資料而已,尚待進一步研究。1.2玄武質火山碎屑錐高山火山位于焰山之北東約500m處?；鹂诘乩碜鴺藶?20°39′6″E,47°22′10″N。為一復式火山錐,早期為巖渣錐,晚期為濺落錐,錐體平面近橢圓形,長軸近南北向,長約2.3km,短軸1.8km,面積約4(km)2,錐體底部海拔為1350m,頂部為1711.7m,相對高差362m,錐體之高大在我國玄武質火山碎屑錐中實屬罕見。早期巖渣錐主要由灰黃色和灰黑色玄武質浮巖渣組成。晚期濺落錐主要由玄武質熔結集塊巖構成,錐體陡峭,坡度一般為25°～30°,局部地段為30°～35°。錐體中部火口形態(tài)不甚明顯,主要是西側錐體被后期熔巖流破壞肢解了,高山的最高峰位于火口緣上,而噴火口則位于最高峰北西側直徑約100m的低洼處。熔漿自錐體北側和西南側兩個巖漿溢出口溢出,形成北部和南部熔巖流,分布面積約5(km)2,巖漿溢出率低,熔巖流規(guī)模小。北部熔巖流由南向北沿河谷流動,止于松葉湖邊,南部熔巖流向東南流淌。由于向河谷上游流動(圖1),缺乏有利地形條件,故巖流長度小,但厚度較大。熔巖構造類型以渣狀熔巖為主。2火焰山火山的形成環(huán)境及年代學測定阿爾山火山群火山活動具有多期性特點,以往地質調查大都認為火山活動時期主要為上新世和更新世1,2,1980年代末以來部分學者從火山地質和地貌特征的顯示指出可能存在全新世火山噴發(fā)活動(劉若新,2000;劉嘉麒,1987;劉嘉麒,1999),但缺乏可靠的依據(jù)。經(jīng)初步考察,本文認為其中的焰山和高山兩座火山,活動時期應為全新世,而且應是廣義的活火山,其主要依據(jù)為:①火山基本未遭受剝蝕,火山錐體,火山口及噴火口保存完好。熔巖流表面基本無風化層,黑色、鋼灰色玄武巖裸露地表,怪石嶙峋,當?shù)厮追Q石塘,形成獨特的熔巖地貌景觀。與附近非玄武巖地帶相比,石塘內樹木稀疏,生長著石塘中特有的爬地松樹種,樹木根系很淺,多向側方或熔巖裂縫中發(fā)育,這也間接反映熔巖表面無風化層;②火山產(chǎn)物的分布嚴格受現(xiàn)代地形制約,熔巖流沿溝谷流動,覆蓋在全新世河床及沼澤沉積物之上,并阻塞哈拉哈河及其支流,形成一系列堰塞湖。③在焰山火山錐西南約400m處的火山碎屑席中采到兩件碳化木(圖2),經(jīng)國家地震局地質所14C實驗室測定14C年齡分別為2040±75和1960±70aB.P,經(jīng)樹輪校正年齡分別為1990±100和1900±70CalaB.P(14C半衰期采用5568年;起始計年為1950年;液閃儀器型號Quantulus-1220);這些特征表明,焰山和高山屬于我國境內大約在距今2千年左右噴發(fā)形成的兩座活火山。3阿爾山火山群的水熱活動和低級別、高頻地震特征焰山和高山火山是大興安嶺腹地在大約距今2千年左右噴發(fā)形成的活火山,屬堿性玄武質中心式火山,火山由火山渣錐、火山碎屑席和熔巖流組成,扇狀熔巖流是主要火山產(chǎn)物,熔巖流的展布受現(xiàn)代地形制約,火山活動早期爆發(fā)作用強烈,晚期則以溢流作用為主。焰山和高山活火山的確定為我國活火山名錄增添了新的內容。水熱活動與活火山經(jīng)常共生(黃尚瑤等,1986),這是因為火山下面的高溫巖漿房可以將循環(huán)的地下水加熱,阿爾山地區(qū)水熱活動明顯,如火山群外的阿爾山溫泉群共有48眼泉,水溫最高達48℃。火山群內金江溝溫泉,有7眼泉,水溫最高達47℃(阿爾山市志編輯委員會,2001)。另外火山群中部哈拉哈河自三潭峽至金江溝林場,長約20km的河段,河面寬約百米,冬季不結凍,故稱不凍河,在嚴冬零下30℃時,河面上仍霧氣升騰,透著夕陽的余輝宛如五彩云霞,不凍河何以不凍?地下蘊藏多少熱能?至今知之甚少。另外,阿爾山火山群及其周圍是一個高頻地震區(qū),據(jù)阿爾山地震臺站觀測,自1990～1999年共發(fā)生1.0～4.0級地震1946次(阿爾山市志編輯委員會,2001),且70%在2.0級以下。這種低級別高頻地震與火山型地震相似(馬明志等,1996;劉寶誠等,1986)。水熱活動和低級別、高頻地震顯示,阿爾山火山群可能是我國境內重要的活火山活動區(qū),為預防及減輕火山災害,應進一步開展監(jiān)測研究。對阿爾山火山群僅