吉林长白山火山群

更新时间:2024-04-10 17:36

吉林长白山火山群,属于长白山脉,位于吉林省东部的中朝边境线上,主峰是长白山天池火山,海拔2749.2米。

形成演变

吉林长白山火山群位于欧亚大陆东部的中—朝克拉通的北缘,其演化经历了漫长的地质时代,主要包括32亿年—16.5亿年的基底形成阶段,10亿年—2.3亿年的克拉通与盖层形成阶段,和自2.3亿年以来的区域断陷发育与岩浆活动阶段。现今长白山火山群的大规模喷发活动始于渐新世晚期,形成广泛分布的玄武岩台地,即盖马高原。大约距今5Ma开始了大型火山锥体的建造,先后形成了胞胎山火山,望天鹅火山和天池火山三个大型的破火山口。现今所称的长白山火山群主要指5Ma以来的火山活动建造的一系列火山锥体和熔岩台地。

位置境域

吉林长白山火山群位于吉林省东部的中朝边境线上,地理坐标为北纬41°20′—42°40′,东经127°00′—129°00′。

地理环境

地貌

吉林长白山火山群是中国境内保存最为完整的新生代多成因复合式火山群。

气候

吉林长白山火山群属于受季风影响的温带大陆性山地气候,全年风向以西风占绝对优势并受季风影响。年平均风速11.7米/秒,年降水量1333毫米,降水主要集中在7—9月份,年降水日数约209天,全年雾日数为265天,年平均气温为—7.3℃,年积雪深度约1—2米。

植被

吉林长白山火山群局部区域性小气候的明显表现是植被的垂向分带。如锥体北坡所见:海拔2000米以上至山顶为高山苔原带,海拔1700—2000米之间为亚高山岳桦林带,海拔1100—1700米之间为暗针叶林带,海拔1100米以下为红松阔叶混交林带,天池火山锥体植被分带性较为强烈。

山脉关系

所属山脉

吉林长白山火山群属于长白山脉,长白山位于吉林省东南部地区,北部和西南部分别与黑龙江省和辽宁省接壤,东南部和东部分别与朝鲜和俄罗斯为邻。长白山呈东北一西南走向,海拔高度多在1000米以上。

主要火山

吉林长白山火山群主要由三座大型的破火山口和一系列小的渣锥组成。

胞胎山火山位于朝鲜境内,由南北两座组成,分别为南胞胎山和北胞台山,最高峰位于南胞胎山,海拔2343米。破火山口呈不规则的椭圆形,由于其形成时代早,风化剥蚀强烈,致使火山锥体部分已不明显,但航片上仍可识别出火山锥体的大致轮廓,越近破火山口部分地形越陡,放射状水系将不十分明显的锥体深切割成垄状。喷发岩石为玄武岩—粗面岩—碱性流纹岩系列,符合长白山火山群的演化序列。

望天鹅火山位于天池火山之南30千米,最高峰海拔2051.4米,望天鹅火山锥体底部外围是大面积玄武质熔岩,环绕锥体形成盾状熔岩台地,其熔岩流南抵鸭绿江边,东越鸭绿江入朝,北侧被天池火山喷发物所覆盖。望天鹅破火口形成后遭受水流的切割作用,部分已不明显,但整体轮廓清晰呈不规则的椭圆形,长轴呈NNW向,长约20千米左右,短轴长约9千米左右。

天池火山是三座火山锥体中最年轻的一座火山,其破火山口保存完整且“新鲜”,南北长4.4千米,东西宽3.37千米,周长13.1千米。其锥体形貌保存完整,地貌上造锥的四个阶段层次清晰,同时第四纪冰川地貌清晰可辨。

吉林长白山火山群除三座大的复合式火山锥体外,还发育有众多小的火山锥体,分布于复合式锥体的翼部和平原地区。其中部分时代较新的火山锥体保存完整,溅落的火山渣成层性分布,主要由红色的火山渣,火山弹组成,部分层位含黑色的熔岩条带,说明了喷发过程由弱爆炸式与溢流式相互交替进行。这些渣锥的成分主要为粗安岩、粗面岩和碱流岩,详细的各锥体成分有待进一步研究。

火山活动

活动历史

由于缺少可靠的测年数据,胞台山火山具体喷发活动时代目前不清楚,但普遍认为胞台山火山是三座火山锥体中最老的一座,可能的活动时代为5—2Ma。

望天鹅火山与长白山火山群有相似的火山发展阶段与岩浆演化过程(钾质粗面玄武岩—粗安岩—粗面岩—碱性流纹岩),火山活动时代介于上新世一早更新世。造盾钾质粗面玄武岩覆盖在中生代花岗岩之上,早更新世完成了粗面岩和碱性流纹岩的造锥,火山活动也随即结束。

长白山天池火山是中国境内保存最为完整的新生代多成因的复合式火山,锥体的建造是由多次岩浆喷发物叠加而成。其火山作用过程可划分为早期造盾阶段、中期造锥阶段和晚期爆炸式喷发阶段(伊格尼姆阶段)三个阶段,相应的岩浆成分也由造盾阶段的玄武岩类发展到造锥和爆炸式喷发阶段的粗面岩和碱流岩类。

长白山天池火山的造盾喷发的地质时间范围是上新世末期到早更新世(4.5—1.48Ma),岩性以军舰山期、白山期玄武岩为代表,构成了天池火山的盾状熔岩台地,以天池火山为中心向四周缓慢降低,展布面积达7200平方千米,其岩性既有碱性系列的粗面玄武岩和玄武质粗面岩,也有拉斑系列的玄武岩和玄武安山岩。这些玄武岩在化学元素方面一个显著特点是K2O含量高,Mg、Ni含量低,这与中国东北和华北的新生代玄武岩形成鲜明对照,表明不论是碱性系列还是拉斑系列岩石,都不是原生地幔玄武岩浆的喷出物,而是来源于在地幔岩浆房中经过结晶分异演化的岩浆。

长白山天池火山的造锥喷发活动贯穿于整个更新世(1.4—0.02或0.2Ma),此阶段由粗面质与碱流质的熔岩、碎成熔岩和碎屑岩交替叠加形成层状火山锥。从锥体剖面中可以看出当时有多个喷发韵律,即以爆发相的碎屑岩开始,随后是以厚层的碎成熔岩或熔岩,并且可以见到碱流质岩墙的部分贯入。根据地貌与喷发韵律和岩性,造锥阶段又可划分为四个阶段:

第一阶段为底部粗面质熔岩和碎屑岩,厚度近300米,在朝鲜一侧锥体下部被称为富轮山组,粗面岩中透长石斑晶可达到20—30%;

第二阶段主要为锥体中部的霓辉石英粗岩夹两层粗面质熔结凝灰岩,厚度约210米。

第三阶段喷发仍以霓辉石英粗岩为主,但夹有铁橄石粗面岩,下部以熔岩为主,中上部以碎屑岩为主并夹有沉积夹层,最大厚度达500米。

第四阶段喷发分布于火山锥体上部层位,岩性主要为霓辉石英碱长粗面岩和钠闪碱流岩,部分顶部锥体被爆炸式喷发的伊格尼姆阶段破坏掉。

造锥阶段的岩石富含K2O,但缺少SiO2含量在52%—64%之间的岩石,这表明组成天池火山锥体的粗面岩、碱流岩来源于两个不同的岩浆区,即造盾玄武岩类来源于地幔岩浆库的喷发,而粗面岩和碱流岩很可能来源于地壳岩浆房的岩浆喷出。各阶段喷发的岩石在喷发时间上虽不相同,但在地化特征上是相似的,表明他们具有共同的岩浆成因,同时又具有紧密的演化关系,其中结晶分异起到关键性的作用。

天池火山晚期的爆炸式喷发阶段,又叫作伊格尼姆阶段,共存在3次大的喷发活动,分别简述如下:

岩浆起源

吉林长白山火山群的岩浆来源与成因,仍是学术界争论的一个焦点。观点主要分为两类:

保护研究

生态保护

吉林长白山火山群的自然生态关系尚处于原始状态,野生植物纲目种属多,种群分布面积广。野生动物多达上千种,其中珍贵、珍稀动物较多。1964年建立了长白山自然保护区,1980年参加了联合国教科文组织“人与生物圈”计划,成为世界生物圈保留地之一;1986年经国务院批准,长白山自然保护区成为国家级自然保护区。

科学研究

长白山天池火山的地震监测工作始于1985年。1992年吉林省地震局在每年6—9月,采用DD—1型短周期地震仪,在位于天池北侧3千米的位置进行单台观测,地点与现长白山天池火山观测站接近。1992年后,流动观测增加到3—5台,采用了DSL—3和EDAS—3地震仪,进行季节性观测。

长白山火山监测台网自1999年7月份开始运行。2006年对台网进行了升级改造,建成了由一个中心台和10个测震子台组成的火山地震台网。台网包括3个短周期地震台和8个宽频带地震台。其中横山台、东大坡、西大坡等3个子台因顾停测,其它8个子台运转良好。

建成后的火山台网中心将可以检测到ML0.1级火山地震并能对ML1.0级以上火山地震进行快速定位,从而实现对火山口周围50千米范围之内火山地震进行有效监控。

为有效地监测和研究长白山天池火山的地壳活动,从1999年开始,陆续在火山区建设了15个站组成的定期观测的GPS网、两条精密水准测量路线。构成了点、线、面结合,空间观测技术和常规大地测量技术相结合,以及火山区水平和垂直地壳形变监测相结合的地壳形变立体监测。

长白山天池火山监测站的形变监测工作分为山洞定点形变监测、水准测量监测及GPS观测等。山洞定点形变监测仪有DSQ水管仪、SSY—Ⅲ型伸缩仪、PET潮汐重力仪等。天池火山水准观测自2002年开始,首先是在火山北坡进行,全线距离为24.8千米,每公里偶然误差为0.45毫米,符合一等水准测量标准。这条水准路线2002及2003年观测结果有比较大的异常变化,全线24.8千米的相对高差上升了38.6毫米。GPS形变监测网由15个点构成,控制网覆盖范围为1200平方千米。仪器选用徕卡350型双频GPS接收机,每年进行一次测量。

监测结果表明:自2002年到2005年,长白山天池火山区地面出现了发生了明显的变形。在垂直方向上,水准路线高差3年累积变化达6.8厘米,且越是靠近火山口,变形量越大。在水平方向上,以火山口为中心,各观测点总体位移出现放射状变化,最大可达38厘米;山体出现明显的膨胀,最大面膨胀可达6×10—6/a。上述变化于2006年后逐步恢复为正常变化。在此期间,长白山天池火山区火山地震活动频繁,其它监测资料也出现了同步的异常变化。

长白山天池火山观测的主要泉点为聚龙温泉群9号泉、15号泉、锦江1号泉。

自1999年起,长白山火山监测站对聚龙温泉、锦江温泉开展了连续监测。聚龙9号、15号温泉每周采集2次温泉气体样品;锦江温泉则每年测量1~2次。气体组分如CO2、He、H2、O2、N2和CH4等通过SP—3420型气相色谱仪进行测量(1999~2006年使用SQ—206型气相色谱仪);而3He/4He比值通过VG—5400质谱计测量。

天池火山区气体成分以CO2为主,含量达68.61%~97.17%,同时含少量He、N2、CH4、H2、O2、Ar、CO、H2S和SO2等。该区逸出气体CH4与CO2稳定同位素和He稀有气体同位素组成具有幔源岩浆射气的基本特征。上官志冠等认为该区深源气体来自历史上火山喷发活动残留的幔源岩浆体的可能性最大。

聚龙泉群位于地幔岩浆库和地壳岩浆房双重岩浆房之上,但是其水热活动及气体释放主要受后者影响;而锦江泉群通过深大断裂直接与地幔岩浆库相连,且地幔岩浆库处于强脱气状态,加之深大断裂交汇部位形成通道,大量深源气体顺行而上,源源不断地进入大气中。

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