长白山地区火山活动发展阶段划分

长白山地区火山活动发展阶段划分

长白火山是中国著名的火山旅游目的地，是中国“十大著名风景如画的地方”之一。她的独特地貌特征及迤逦的自然风光,充满神密感的自然景观,每年吸引大批国内外游客来访。长白山也是一座天然的自然科学博物馆,它涉及到地质学、火山学、地震学、植物学、动物学、地理学、气象学等多种自然学科。但长白山火山也是著名的活火山,有史以来至少经过了5次大规模的喷发,火山活动导致的火山灾害对人类活动有很大影响,因此,应该加强对长白山火山稳定性研究及火山灾害评价,保护其原始生态环境,更好地为人类服务。1高山和火山的起源和发展1.1晚华力西—区域地质构造背景长白山火山处于华北地台北缘东段,位于夹皮沟地块、和龙地块及狼林地块(朝鲜)之间,其以北部为大蒲柴河晚华力西期—早印支期构造岩浆带,东部为百里坪晚华力西—早印支期构造岩浆带。夹皮沟地块主要由太古代变质深成侵入体组成,并有一套高角闪岩相的中基性火山—沉积岩系变质岩、铁镁质岩脉;和龙地块主要为角闪岩相的中基性火山—沉积岩系及斜长片麻岩(相当于变质深成侵入体),时代为新太古代;大蒲柴河晚华力西—早印支期花岗岩带主要为壳—幔浆混岩浆岩,以同熔—改造型花岗岩为主,岩浆结晶分异特征明显,百里坪晚华力西—早印支期花岗岩带以同熔型花岗岩为主,岩浆结晶分异结晶明显。华北地台与西伯利亚地台在晚华力西—早印支期对接碰撞造山形成超大陆(潘尼亚超大陆)以后,大约220Ma前(晚三叠世)西太平洋板块向欧亚大陆俯冲,受北东、北西基底断裂活动的影响,岩浆上侵,在华北地台北缘形成串珠状的燕山期花岗岩,并在槽台边界形成走向北西的中生代拉分构造盆地(松江盆地)。断裂构造主要有控制槽台边界的夹皮沟北西向深大断裂(超岩石圈断裂)、古洞河北西向深大断裂、富尔河北西向深大断裂、两江北东向深大断裂及青山里北东向深大断裂。这些断裂多以断裂带的形式展布,从中—浅构造层次韧性剪切活动到表—浅构造层次的韧—脆性构造活动,具有多期活动的特点,并控制岩浆活动,使岩浆岩以带状形式沿断裂带展布,据1∶20万航磁解译(上延1km,3km,5km)在马鞍山—大蒲柴河一带存在夹皮沟地块的东部边界断裂。长白山火山岩群就是在这种地质构造背景下活动的(1∶25万和龙市幅地质报告,2003)。1.2中心、后向构造格架和地区构造的活动过程长白山新生代火山活动区位于松辽盆地与朝鲜—日本海盆地一侧,应属朝鲜—日本海盆地构造及火山活动范畴(金伯录,1994)。对其形成动力学机制主要有6种理论:①太平洋板块向欧亚大陆俯冲形成朝鲜海弧间盆地、松江弧间盆地和长白山残余弧(邓澍令等,1984);②由于太平洋板块向欧亚板块俯冲形成朝鲜海弧后盆地,朝鲜海扩张作用向大陆一侧发生挤压,导致长白山的局部拱起,因压力解除而上地幔局部熔融,形成玄武岩浆和以长白山天池为中心的放射状断裂,长白山区火山受此放射状断裂控制(李东津,1984);③受西太平洋板块向大陆板块俯冲的全球性构造运动影响的同时,更是直接受到朝鲜海板块的挤压(或张开)作用有成因联系,又受控于该区北东向深断裂的发生和发展是一个岩浆上拱或地幔底辟运动过程的产物(许东满,1988);④受欧亚大陆板块的东部边缘带继承中生代近北东向构造格架在进一步引张作用下产生的裂谷断裂控制,火山活动与深大断裂或热地幔底辟运动有关,而与西太平洋板块俯冲作用无关(方文昌,1983);⑤受印度—欧亚板块的强烈碰撞和太平洋板块的再次俯冲作用造成的边界条件限制,于中新世开始形成右行斜列式的东亚大陆裂谷系,长白山火山活动与此大裂谷系有关(池际尚,1988);⑥大洋板块俯冲在地幔楔中引起地幔上涌而形成大陆边缘裂谷系,这种裂谷作用对岩浆来源于地幔的深度起控制作用(刘嘉麒,1999)。综合以上众家观点,我们认为主导动力作用来源于太平洋板块对欧亚板块的俯冲碰撞,受此影响而发生地幔上隆,进而形成的弧后裂谷活动(继承基底构造或是地幔上拱产生新的裂谷系)是造成长白山地区火山活动的主要原因。地幔或地壳岩浆沿其侵入及喷发即是内能的释放,同时也是对陆壳不稳定的地段进行焊结的一个过程。长白山地区火山活动大的起因源于太平洋板块向欧亚板块的俯冲,而弧后拉张导致夹皮沟地块东界边缘断裂活化及两江断裂带,青山里断裂重新活动是长白山地区火山活动的直接原因,其焊缝构造发展分二个阶段。(1)偏区北西缘深源岩浆中新世时期,沿夹皮沟北西向断裂带和富尔河北西向断裂带的重新活动的影响,地幔岩浆上拱以中心式-裂隙式喷发形式形成甑峰山、南岗山北西向展布的碱性玄武岩,在测区北部则沿敦-密断裂带形成北东向展布的玄武岩台地。根据对幔源包体的研究,这期岩浆来源于40～60km深处,局部(中心式喷发处)是来源于80～110km深源岩浆,是长白山地区早期焊缝岩浆的活动。因其对断裂隙的焊结稳定,没有形成大规模的中心式爆发岩浆活动,而随东部地壳的抬升,在地貌上形成所谓的“高位”玄武岩。(2)碱性-钙-碱玄武岩浆岩浆基性岩浆主要活动于上新世中晚期至早更新世时期,这期间是夹皮沟地块东缘边界基底断裂主要活动时期,受北西向深大断裂构造及两江、青山里北东向深大断裂的影响,碱性、钙碱性玄武岩浆以中心式—裂隙式喷发形式,由于受多组构造叠加活动的影响,岩浆活动有个相对的低压扩容空间,因此,基性岩浆上升速率较慢,结晶分异明显,形成碱性-钙碱性-碱性玄武岩浆系列。在白头山地区、马鞍山地区及龙岗地区形成大规模的玄武岩台地及火山锥群,是造盾活动的主要阶段。1.3深部岩浆上涌、上地禾岩浆房、地壳岩浆房形成火山喷发形式在军舰山期—漫江期发展阶段之后,长白山地区相对处于一个稳定的抬升阶段,在白头山地区,由于断裂的交汇造成的低压空间,使得深部岩浆再次上涌,并形成双岩浆房构造特征(上地幔岩浆房(40～50km)及地壳岩浆房(12～25km)(刘若新,1999),并以中心式火山喷发形式多次喷发。地幔岩浆经过结晶分异后形成的粗面岩、碱流岩及火山渣灰,形成壮观的巨大的锥状火山地貌,亦即对断裂活动造成的不稳定陆壳进行了点状焊结,是进一步稳定陆壳的一个过程。2火山灾害与人文活动做为一个国内外著名的火山旅游风景区,其未来的生态环境、尤其是火山灾害及人文活动对其产生影响而导致的改变,是我们应该加以关注并加强研究的内容。2.1地壳形成及稳定活动特征地震、火山导致的地质灾害是人类面临的最大自然灾害,但是地震及火山活动又有其自身的规律性,人类通过研究可以对其发生发展进行预报,最大限度地减少对人类的危害。区域地质构造发展特征,前已述及,西太平洋板块向欧亚板块的俯冲是长白山火山活动的主导动力来源,弧后拉张、陆壳抬升、断裂活动及裂谷系是导致其喷发的直接原因。在大约190Ma左右(我们认为在220Ma±,古亚洲构造域与滨太平洋构造域转换时期),西太平洋板块开始向欧亚板块俯冲,由于俯冲初期的挤压推动微陆块的位移导至陆内俯冲作用,NE向展布的二云母花岗岩带(173Ma±)及至中、晚侏罗世在拉张或走滑应力下形成一系列NE向展布的盆岭构造体系(长白山地区很可能在这时形成一个火山坳陷盆地)。随着西太平洋板块的不断向欧亚板块下部推进,使中国东部地区地壳不断抬升,据测算,抬升速率为81m/Ma(杨文采认为大陆地壳增厚的平均速率为100m/Ma)。据重力均衡补偿原理分析,火山坳陷区亦属于上地幔坳陷区(长白山地区莫霍面深度44～47km),经过170～150Ma的不断抬升,陆壳抬升大致在15km±,这时由于重力均衡补偿作用及基底断裂的活动,地幔岩浆上涌而形成大规模大陆裂谷型玄武岩喷发(长白山军舰山期、漫江期玄武岩)。由于处于多组断裂的交汇部位,存在相对低压扩容过程,因此喷发的玄武岩多为分异进化玄武岩亦既通过长白山区的大规模的火山喷发活动(分异玄武岩浆来源于地下20～40km处,金伯录),使该区火山坳陷受到了重力补偿并使不稳定的断裂由地幔岩浆充填焊结而使其趋于稳定。现代地震活动特征,东北地区现代地震分布特征主要呈北东向分布在大兴安岭、小兴安岭及敦密、伊舒断裂带上。天池地区只有微震活动,震源深度多为1～6km,每年小震可达200次左右。稳定性分析,通过现有资料的分析,我们认为:(1)火山区内以中心式-裂隙式喷发的军舰山期、漫江期(估计火山口有200余座)玄武岩浆对由于多组断裂活动造成的低压空间进行了焊结,使该区陆块已趋于稳定。(2)白头山火山锥体岩浆活动已由早期的岩浆型向中期的蒸气-岩浆型至晚期的蒸气型转化。(3)天池周围广布的温泉群,水温多在50℃～80℃,基本属于深源的,不排除有深源岩浆活动,但目前认为是地下能量缓慢释放的一个过程。(4)从理论上讲,现在认为的天池火山口地下的双岩浆房之地壳岩浆房形成深度为12～25km,从温压条件来看应该属于岩浆结晶分异缓慢冷却固化的一个阶段,也就是说其固化后对火山口通道进行了点状焊结,阻止深部基性岩浆的喷涌活动。综上所述,我们认为长白山地区不会有大规模的火山喷发,但不排除有蒸气型的火山喷发活动。2.2外动力地质作用对灾害的评价(1)断裂面和断裂面白头山天池是塌陷的破火山口,在其周边,尤其是长瀑布附近,沿岩层不整合面在及其产生的断裂面以及在火山岩层中沿其节理面发育而成的断裂面,在风化、冻融、流水及重力等作用下,形成岩块崩塌、滑坡及碎石流等。对于这些实际地质灾害应采取定点监测,封闭预防等措施,既方便游人对大自然美景的观赏,又可防止人员伤害,尤其是旅游季节更要加强防范。(2)冰场期火山文化景观在白头山周边,由于白头山期—黑石沟期火山造锥活动,形成宏伟雄壮的火山锥体地貌,受火山锥体的放射状及环状断裂活动及雨水形成的径流冲刷下蚀作用,形成一些断裂沟谷,冰场期火山喷发形成的火山碎屑流沿断裂沟谷流动、壅积沟谷,断裂的持续活动引起固结不坚固的碎屑流物质大规模破碎崩塌,经雨水径流的冲刷下蚀,形成深达几十米的具有幽、奇、险、秀的地貌景观。但由于峡谷多形成于火山碎屑流之中,形成的形态奇异的石柱及浮石林由不坚固的火山碎屑岩石组成,受雨水的冲刷及重力作用,随时有崩塌、滑落的可能,峡谷两侧的断壁也经常发生崩塌,对游人造成潜在的危险,因此以后随时加强对峡谷浮石林等地貌景观的监测,采取保护措施,使游客安全地欣赏大自然的美景奇观。3构造-采矿期不同构造长白山地区的火山活动既有以白头山为代表的多成因的中央式火山,又有以马鞍山火山口群为特征