長白山地區(qū)火山活動(dòng)發(fā)展階段劃分

長白山地區(qū)火山活動(dòng)發(fā)展階段劃分

長白火山是中國著名的火山旅游目的地，是中國“十大著名風(fēng)景如畫的地方”之一。她的獨(dú)特地貌特征及迤邐的自然風(fēng)光,充滿神密感的自然景觀,每年吸引大批國內(nèi)外游客來訪。長白山也是一座天然的自然科學(xué)博物館,它涉及到地質(zhì)學(xué)、火山學(xué)、地震學(xué)、植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、地理學(xué)、氣象學(xué)等多種自然學(xué)科。但長白山火山也是著名的活火山,有史以來至少經(jīng)過了5次大規(guī)模的噴發(fā),火山活動(dòng)導(dǎo)致的火山災(zāi)害對(duì)人類活動(dòng)有很大影響,因此,應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)長白山火山穩(wěn)定性研究及火山災(zāi)害評(píng)價(jià),保護(hù)其原始生態(tài)環(huán)境,更好地為人類服務(wù)。1高山和火山的起源和發(fā)展1.1晚華力西—區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景長白山火山處于華北地臺(tái)北緣東段,位于夾皮溝地塊、和龍地塊及狼林地塊(朝鮮)之間,其以北部為大蒲柴河晚華力西期—早印支期構(gòu)造巖漿帶,東部為百里坪晚華力西—早印支期構(gòu)造巖漿帶。夾皮溝地塊主要由太古代變質(zhì)深成侵入體組成,并有一套高角閃巖相的中基性火山—沉積巖系變質(zhì)巖、鐵鎂質(zhì)巖脈;和龍地塊主要為角閃巖相的中基性火山—沉積巖系及斜長片麻巖(相當(dāng)于變質(zhì)深成侵入體),時(shí)代為新太古代;大蒲柴河晚華力西—早印支期花崗巖帶主要為殼—幔漿混巖漿巖,以同熔—改造型花崗巖為主,巖漿結(jié)晶分異特征明顯,百里坪晚華力西—早印支期花崗巖帶以同熔型花崗巖為主,巖漿結(jié)晶分異結(jié)晶明顯。華北地臺(tái)與西伯利亞地臺(tái)在晚華力西—早印支期對(duì)接碰撞造山形成超大陸(潘尼亞超大陸)以后,大約220Ma前(晚三疊世)西太平洋板塊向歐亞大陸俯沖,受北東、北西基底斷裂活動(dòng)的影響,巖漿上侵,在華北地臺(tái)北緣形成串珠狀的燕山期花崗巖,并在槽臺(tái)邊界形成走向北西的中生代拉分構(gòu)造盆地(松江盆地)。斷裂構(gòu)造主要有控制槽臺(tái)邊界的夾皮溝北西向深大斷裂(超巖石圈斷裂)、古洞河北西向深大斷裂、富爾河北西向深大斷裂、兩江北東向深大斷裂及青山里北東向深大斷裂。這些斷裂多以斷裂帶的形式展布,從中—淺構(gòu)造層次韌性剪切活動(dòng)到表—淺構(gòu)造層次的韌—脆性構(gòu)造活動(dòng),具有多期活動(dòng)的特點(diǎn),并控制巖漿活動(dòng),使巖漿巖以帶狀形式沿?cái)嗔褞д共?據(jù)1∶20萬航磁解譯(上延1km,3km,5km)在馬鞍山—大蒲柴河一帶存在夾皮溝地塊的東部邊界斷裂。長白山火山巖群就是在這種地質(zhì)構(gòu)造背景下活動(dòng)的(1∶25萬和龍市幅地質(zhì)報(bào)告,2003)。1.2中心、后向構(gòu)造格架和地區(qū)構(gòu)造的活動(dòng)過程長白山新生代火山活動(dòng)區(qū)位于松遼盆地與朝鮮—日本海盆地一側(cè),應(yīng)屬朝鮮—日本海盆地構(gòu)造及火山活動(dòng)范疇(金伯錄,1994)。對(duì)其形成動(dòng)力學(xué)機(jī)制主要有6種理論:①太平洋板塊向歐亞大陸俯沖形成朝鮮?；￠g盆地、松江弧間盆地和長白山殘余弧(鄧澍令等,1984);②由于太平洋板塊向歐亞板塊俯沖形成朝鮮海弧后盆地,朝鮮海擴(kuò)張作用向大陸一側(cè)發(fā)生擠壓,導(dǎo)致長白山的局部拱起,因壓力解除而上地幔局部熔融,形成玄武巖漿和以長白山天池為中心的放射狀斷裂,長白山區(qū)火山受此放射狀斷裂控制(李東津,1984);③受西太平洋板塊向大陸板塊俯沖的全球性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響的同時(shí),更是直接受到朝鮮海板塊的擠壓(或張開)作用有成因聯(lián)系,又受控于該區(qū)北東向深斷裂的發(fā)生和發(fā)展是一個(gè)巖漿上拱或地幔底辟運(yùn)動(dòng)過程的產(chǎn)物(許東滿,1988);④受歐亞大陸板塊的東部邊緣帶繼承中生代近北東向構(gòu)造格架在進(jìn)一步引張作用下產(chǎn)生的裂谷斷裂控制,火山活動(dòng)與深大斷裂或熱地幔底辟運(yùn)動(dòng)有關(guān),而與西太平洋板塊俯沖作用無關(guān)(方文昌,1983);⑤受印度—?dú)W亞板塊的強(qiáng)烈碰撞和太平洋板塊的再次俯沖作用造成的邊界條件限制,于中新世開始形成右行斜列式的東亞大陸裂谷系,長白山火山活動(dòng)與此大裂谷系有關(guān)(池際尚,1988);⑥大洋板塊俯沖在地幔楔中引起地幔上涌而形成大陸邊緣裂谷系,這種裂谷作用對(duì)巖漿來源于地幔的深度起控制作用(劉嘉麒,1999)。綜合以上眾家觀點(diǎn),我們認(rèn)為主導(dǎo)動(dòng)力作用來源于太平洋板塊對(duì)歐亞板塊的俯沖碰撞,受此影響而發(fā)生地幔上隆,進(jìn)而形成的弧后裂谷活動(dòng)(繼承基底構(gòu)造或是地幔上拱產(chǎn)生新的裂谷系)是造成長白山地區(qū)火山活動(dòng)的主要原因。地幔或地殼巖漿沿其侵入及噴發(fā)即是內(nèi)能的釋放,同時(shí)也是對(duì)陸殼不穩(wěn)定的地段進(jìn)行焊結(jié)的一個(gè)過程。長白山地區(qū)火山活動(dòng)大的起因源于太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖,而弧后拉張導(dǎo)致夾皮溝地塊東界邊緣斷裂活化及兩江斷裂帶,青山里斷裂重新活動(dòng)是長白山地區(qū)火山活動(dòng)的直接原因,其焊縫構(gòu)造發(fā)展分二個(gè)階段。(1)偏區(qū)北西緣深源巖漿中新世時(shí)期,沿夾皮溝北西向斷裂帶和富爾河北西向斷裂帶的重新活動(dòng)的影響,地幔巖漿上拱以中心式-裂隙式噴發(fā)形式形成甑峰山、南崗山北西向展布的堿性玄武巖,在測(cè)區(qū)北部則沿敦-密斷裂帶形成北東向展布的玄武巖臺(tái)地。根據(jù)對(duì)幔源包體的研究,這期巖漿來源于40～60km深處,局部(中心式噴發(fā)處)是來源于80～110km深源巖漿,是長白山地區(qū)早期焊縫巖漿的活動(dòng)。因其對(duì)斷裂隙的焊結(jié)穩(wěn)定,沒有形成大規(guī)模的中心式爆發(fā)巖漿活動(dòng),而隨東部地殼的抬升,在地貌上形成所謂的“高位”玄武巖。(2)堿性-鈣-堿玄武巖漿巖漿基性巖漿主要活動(dòng)于上新世中晚期至早更新世時(shí)期,這期間是夾皮溝地塊東緣邊界基底斷裂主要活動(dòng)時(shí)期,受北西向深大斷裂構(gòu)造及兩江、青山里北東向深大斷裂的影響,堿性、鈣堿性玄武巖漿以中心式—裂隙式噴發(fā)形式,由于受多組構(gòu)造疊加活動(dòng)的影響,巖漿活動(dòng)有個(gè)相對(duì)的低壓擴(kuò)容空間,因此,基性巖漿上升速率較慢,結(jié)晶分異明顯,形成堿性-鈣堿性-堿性玄武巖漿系列。在白頭山地區(qū)、馬鞍山地區(qū)及龍崗地區(qū)形成大規(guī)模的玄武巖臺(tái)地及火山錐群,是造盾活動(dòng)的主要階段。1.3深部巖漿上涌、上地禾巖漿房、地殼巖漿房形成火山噴發(fā)形式在軍艦山期—漫江期發(fā)展階段之后,長白山地區(qū)相對(duì)處于一個(gè)穩(wěn)定的抬升階段,在白頭山地區(qū),由于斷裂的交匯造成的低壓空間,使得深部巖漿再次上涌,并形成雙巖漿房構(gòu)造特征(上地幔巖漿房(40～50km)及地殼巖漿房(12～25km)(劉若新,1999),并以中心式火山噴發(fā)形式多次噴發(fā)。地幔巖漿經(jīng)過結(jié)晶分異后形成的粗面巖、堿流巖及火山渣灰,形成壯觀的巨大的錐狀火山地貌,亦即對(duì)斷裂活動(dòng)造成的不穩(wěn)定陸殼進(jìn)行了點(diǎn)狀焊結(jié),是進(jìn)一步穩(wěn)定陸殼的一個(gè)過程。2火山災(zāi)害與人文活動(dòng)做為一個(gè)國內(nèi)外著名的火山旅游風(fēng)景區(qū),其未來的生態(tài)環(huán)境、尤其是火山災(zāi)害及人文活動(dòng)對(duì)其產(chǎn)生影響而導(dǎo)致的改變,是我們應(yīng)該加以關(guān)注并加強(qiáng)研究的內(nèi)容。2.1地殼形成及穩(wěn)定活動(dòng)特征地震、火山導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害是人類面臨的最大自然災(zāi)害,但是地震及火山活動(dòng)又有其自身的規(guī)律性,人類通過研究可以對(duì)其發(fā)生發(fā)展進(jìn)行預(yù)報(bào),最大限度地減少對(duì)人類的危害。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展特征,前已述及,西太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖是長白山火山活動(dòng)的主導(dǎo)動(dòng)力來源,弧后拉張、陸殼抬升、斷裂活動(dòng)及裂谷系是導(dǎo)致其噴發(fā)的直接原因。在大約190Ma左右(我們認(rèn)為在220Ma±,古亞洲構(gòu)造域與濱太平洋構(gòu)造域轉(zhuǎn)換時(shí)期),西太平洋板塊開始向歐亞板塊俯沖,由于俯沖初期的擠壓推動(dòng)微陸塊的位移導(dǎo)至陸內(nèi)俯沖作用,NE向展布的二云母花崗巖帶(173Ma±)及至中、晚侏羅世在拉張或走滑應(yīng)力下形成一系列NE向展布的盆嶺構(gòu)造體系(長白山地區(qū)很可能在這時(shí)形成一個(gè)火山坳陷盆地)。隨著西太平洋板塊的不斷向歐亞板塊下部推進(jìn),使中國東部地區(qū)地殼不斷抬升,據(jù)測(cè)算,抬升速率為81m/Ma(楊文采認(rèn)為大陸地殼增厚的平均速率為100m/Ma)。據(jù)重力均衡補(bǔ)償原理分析,火山坳陷區(qū)亦屬于上地幔坳陷區(qū)(長白山地區(qū)莫霍面深度44～47km),經(jīng)過170～150Ma的不斷抬升,陸殼抬升大致在15km±,這時(shí)由于重力均衡補(bǔ)償作用及基底斷裂的活動(dòng),地幔巖漿上涌而形成大規(guī)模大陸裂谷型玄武巖噴發(fā)(長白山軍艦山期、漫江期玄武巖)。由于處于多組斷裂的交匯部位,存在相對(duì)低壓擴(kuò)容過程,因此噴發(fā)的玄武巖多為分異進(jìn)化玄武巖亦既通過長白山區(qū)的大規(guī)模的火山噴發(fā)活動(dòng)(分異玄武巖漿來源于地下20～40km處,金伯錄),使該區(qū)火山坳陷受到了重力補(bǔ)償并使不穩(wěn)定的斷裂由地幔巖漿充填焊結(jié)而使其趨于穩(wěn)定?，F(xiàn)代地震活動(dòng)特征,東北地區(qū)現(xiàn)代地震分布特征主要呈北東向分布在大興安嶺、小興安嶺及敦密、伊舒斷裂帶上。天池地區(qū)只有微震活動(dòng),震源深度多為1～6km,每年小震可達(dá)200次左右。穩(wěn)定性分析,通過現(xiàn)有資料的分析,我們認(rèn)為:(1)火山區(qū)內(nèi)以中心式-裂隙式噴發(fā)的軍艦山期、漫江期(估計(jì)火山口有200余座)玄武巖漿對(duì)由于多組斷裂活動(dòng)造成的低壓空間進(jìn)行了焊結(jié),使該區(qū)陸塊已趨于穩(wěn)定。(2)白頭山火山錐體巖漿活動(dòng)已由早期的巖漿型向中期的蒸氣-巖漿型至晚期的蒸氣型轉(zhuǎn)化。(3)天池周圍廣布的溫泉群,水溫多在50℃～80℃,基本屬于深源的,不排除有深源巖漿活動(dòng),但目前認(rèn)為是地下能量緩慢釋放的一個(gè)過程。(4)從理論上講,現(xiàn)在認(rèn)為的天池火山口地下的雙巖漿房之地殼巖漿房形成深度為12～25km,從溫壓條件來看應(yīng)該屬于巖漿結(jié)晶分異緩慢冷卻固化的一個(gè)階段,也就是說其固化后對(duì)火山口通道進(jìn)行了點(diǎn)狀焊結(jié),阻止深部基性巖漿的噴涌活動(dòng)。綜上所述,我們認(rèn)為長白山地區(qū)不會(huì)有大規(guī)模的火山噴發(fā),但不排除有蒸氣型的火山噴發(fā)活動(dòng)。2.2外動(dòng)力地質(zhì)作用對(duì)災(zāi)害的評(píng)價(jià)(1)斷裂面和斷裂面白頭山天池是塌陷的破火山口,在其周邊,尤其是長瀑布附近,沿巖層不整合面在及其產(chǎn)生的斷裂面以及在火山巖層中沿其節(jié)理面發(fā)育而成的斷裂面,在風(fēng)化、凍融、流水及重力等作用下,形成巖塊崩塌、滑坡及碎石流等。對(duì)于這些實(shí)際地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)采取定點(diǎn)監(jiān)測(cè),封閉預(yù)防等措施,既方便游人對(duì)大自然美景的觀賞,又可防止人員傷害,尤其是旅游季節(jié)更要加強(qiáng)防范。(2)冰場(chǎng)期火山文化景觀在白頭山周邊,由于白頭山期—黑石溝期火山造錐活動(dòng),形成宏偉雄壯的火山錐體地貌,受火山錐體的放射狀及環(huán)狀斷裂活動(dòng)及雨水形成的徑流沖刷下蝕作用,形成一些斷裂溝谷,冰場(chǎng)期火山噴發(fā)形成的火山碎屑流沿?cái)嗔褱瞎攘鲃?dòng)、壅積溝谷,斷裂的持續(xù)活動(dòng)引起固結(jié)不堅(jiān)固的碎屑流物質(zhì)大規(guī)模破碎崩塌,經(jīng)雨水徑流的沖刷下蝕,形成深達(dá)幾十米的具有幽、奇、險(xiǎn)、秀的地貌景觀。但由于峽谷多形成于火山碎屑流之中,形成的形態(tài)奇異的石柱及浮石林由不堅(jiān)固的火山碎屑巖石組成,受雨水的沖刷及重力作用,隨時(shí)有崩塌、滑落的可能,峽谷兩側(cè)的斷壁也經(jīng)常發(fā)生崩塌,對(duì)游人造成潛在的危險(xiǎn),因此以后隨時(shí)加強(qiáng)對(duì)峽谷浮石林等地貌景觀的監(jiān)測(cè),采取保護(hù)措施,使游客安全地欣賞大自然的美景奇觀。3構(gòu)造-采礦期不同構(gòu)造長白山地區(qū)的火山活動(dòng)既有以白頭山為代表的多成因的中央式火山,又有以馬鞍山火山口群為特征