長白山黑曜巖地質(zhì)特征與成因淺析

林景胤，董佩信.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林長春300；.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽0034

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長白山黑曜巖地質(zhì)特征與成因淺析

林景胤1，董佩信2
1.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林長春130012；
2.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽110034

長白山黑曜巖是火山活動的產(chǎn)物，除了具有長白山火山特有的噴出方式，與眾不同的地質(zhì)特征之外，還是長白山歷史文化的重要物證.通過化學(xué)成分分析、物理性能測試，對長白山黑曜巖的特征、形成、分布及成因進(jìn)行了初步分析，為了解長白山黑曜巖及今后開發(fā)利用提供了依據(jù).

黑曜巖；地質(zhì)特征；成因；長白山

0　前言

長白山位于吉林省東部，是中朝兩國的界山，地理坐標(biāo)北緯41°21'～42°40，東經(jīng)127°00'～129°00'.長白山火山是國內(nèi)唯一的巨型復(fù)式火山［1］，長白山火山錐體自早更新世白頭山一期（約1 Ma）產(chǎn)生，形成于晚更新世白頭山四期（約0.2 Ma）.此后，地下巖漿沿著北東向馬鞍山-天池-甄峰山斷裂與北西向白山鎮(zhèn)-天池-金策斷裂的交匯處（長白山錐底）活動、噴發(fā)，形成火山錐體［2］.造錐完成后，隨著火山活動，火山錐頂坍塌，形成破火山口（長白山天池），為以后氣象站期（約0.018 Ma）中心式火山噴發(fā)提供了構(gòu)造通道.長白山黑曜巖就是在這種特定地質(zhì)構(gòu)造下的特定地質(zhì)時(shí)期噴發(fā)形成的.黑曜巖一般為黑色或褐色，成分與花崗巖相當(dāng)，但全部由玻璃質(zhì)組成，含水分很少（少于1%），常產(chǎn)于酸性火山巖分布地區(qū).

2014年，沈陽地質(zhì)調(diào)查中心承擔(dān)了中國地質(zhì)調(diào)查局長白山地質(zhì)旅游服務(wù)產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目，組織地質(zhì)專家和吉林省長白山文化研究會學(xué)者，對長白山火山及黑曜巖產(chǎn)地進(jìn)行了實(shí)地踏察.在長白山北坡氣象站，長白山西坡錦屏峰采集了黑曜巖標(biāo)本，后又收集到長白山東坡三奇峰下黑曜巖標(biāo)本，分別在國土資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心、吉林大學(xué)中心試驗(yàn)室、吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)研究所和吉林省寶玉石礦產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站對黑曜石標(biāo)本進(jìn)行了巖石化學(xué)分析和寶玉石物理性能測定，取得了長白山黑曜巖的第一手檢測數(shù)據(jù).

1　形成與分布

長白山火山是由火山錐底、熔巖臺地、熔巖高原、破火山口（天池）構(gòu)成的巨型復(fù)式火山.火山錐垂直投影呈橢圓形，長軸約27 km，短軸約15 km.海拔超過2500 m以上的高峰有16座，最高峰為將軍峰（海拔2749 m），在朝鮮一側(cè)，我國境內(nèi)最高峰為白云峰（海拔2691 m），是東北第一高峰［4］.長白山破火山口積水成湖，形成了美麗的天池，16峰山脊環(huán)繞在其周圍，是我國唯一一座世界級巨型復(fù)式火山，可與美國夏威夷、墨西哥帕里庫丁復(fù)式火山相媲美.

長白山火山坐落于上新世至早更新世玄武巖盾之上，粗面巖和堿流巖構(gòu)成了火山錐的主體，近代噴發(fā)出的碎屑巖、浮巖覆蓋在火山錐的頂部及溝谷［5］.

長白山黑曜巖形成于中新世晚期氣象站期（約0.018～0.004 Ma）［6］.這一時(shí)期，長白山火山錐體受到來自地殼巖漿房巖漿和地幔玄武巖庫巖漿高溫高壓的共同作用，火山錐頂出現(xiàn)了第一次坍塌，形成破火山口.堿流巖和黑曜巖沿著崩塌的構(gòu)造通道在北、北西、南東3個(gè)方向以中心噴發(fā)的方式噴出和溢流.黑曜巖的形成分為5個(gè)階段［2］.

第一階段：為黃褐色粗面質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、黑色黑曜巖；

第二階段：為灰綠色堿流巖夾黑曜巖；

第三階段：先噴出堿流質(zhì)集塊巖，后溢出堿流巖夾黑曜巖；

第四、第五階段：連續(xù)噴出黑曜巖集塊及堿流巖.

黑曜巖在長白山火山口北側(cè)氣象站、北西側(cè)錦屏峰和火山口東南側(cè)三奇峰（朝鮮一側(cè)）一帶出露［1］（圖1）.在1∶3.5萬航片上可以看到氣象站期中心式噴發(fā)、溢流的堿流巖和黑曜巖［5］（圖2）.

圖1　長白山錦屏峰黑曜巖野外產(chǎn)狀Fig.1　Occurrence of obsidian in Jinpingfeng, Changbaishan Mountain

圖2　航空照片可見氣象站期中心式噴發(fā)、溢流的堿流巖和黑曜巖Fig.2　Aerophotograph of the eruption and overflow of pantellerite and obsidian

2　化學(xué)特征

長白山黑曜巖的形成需要3個(gè)基本條件：1）火山噴發(fā)；2）酸性熔巖；3）迅速冷凝.

在地質(zhì)學(xué)中，根據(jù)SiO2含量的多少，將巖漿和巖石分為酸性（SiO2>65%）、中性（52%～65%）、基性（45%～52%）和超基性（＜45%）.酸性巖漿黏性大，不易流動，溫度變化越大凝固越快.長白山黑曜巖（錦屏峰樣品）SiO2含量為74.27%，F(xiàn)e2O3含量為2.02%，MnO含量為0.05%（表1）.

3　物理特征

在美國和墨西哥，純黑色的黑曜巖被稱做“烏金黑曜石”是所有黑曜巖中的上品，也是寶石級別的黑曜巖.長白山錦屏峰、三奇峰下的黑曜巖當(dāng)屬此類（圖3）.

此外，長白山氣象站火山、天池北黑風(fēng)口等地均發(fā)現(xiàn)了氣象站期不同階段噴溢的黑曜巖，只是SiO2含量、成分、密度稍有變化（表2）.

圖3　錦屏峰下采集的黑曜巖樣品Fig.3　Specimen of obsidian from Jinpingfeng

表1　長白山黑曜巖主要化學(xué)成分表

表2　長白山黑曜巖物理指標(biāo)檢測結(jié)果

長白山錦屏峰、三奇峰黑曜巖光性特征為勻質(zhì)體，不透明，玻璃結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造，玻璃光澤，貝殼狀斷口，折射率1.49，密度2.65～2.84 g/cm3，硬度6.5～7.0，為非晶質(zhì)SiO2膠質(zhì)體，是測試的幾個(gè)樣品中品級最高的黑曜巖.

長白山錦屏峰、三奇峰黑曜巖是火山錐第一次坍塌后，沿著構(gòu)造通道在北西、南東方向噴出的酸性巖漿，是在氣象站期火山噴發(fā)第四、第五階段形成的，其特點(diǎn)是中心式噴發(fā)，呈塊狀.此期的黑曜巖爆發(fā)力強(qiáng)，冷凝速度快，無雜質(zhì)，密度大，成分復(fù)雜，具有優(yōu)良品質(zhì)和硬度.在中國歷史上，用黑曜巖做成的石曾經(jīng)承載過長白山肅慎人傳奇的歷史文化.

4　結(jié)論與建議

長白山黑曜巖由于形成的年代久遠(yuǎn)，是長白山火山多次噴發(fā)、溢流的產(chǎn)物，是我國境內(nèi)唯一一座中心式噴發(fā)大型復(fù)合式火山產(chǎn)出的特殊礦產(chǎn)，還是東北地區(qū)長白山歷史文化的載體，是難得的長白山寶物，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和歷史價(jià)值.因此，對長白山黑曜巖的保護(hù)開發(fā)建議如下:

（1）建立長白山黑曜巖博物館.在長白山管委會域內(nèi)或撫松縣內(nèi)建立長白山黑曜巖博物館，采用地質(zhì)沙盤，現(xiàn)代聲、光、電技術(shù)，介紹長白山黑曜巖的形成、噴發(fā)、演化過程，介紹長白山黑曜巖的物化性能和特點(diǎn).通過介紹黑曜巖，導(dǎo)出長白山歷史文化.

（2）開發(fā)長白山特定產(chǎn)品.對目前發(fā)現(xiàn)的多處長白山黑曜巖產(chǎn)地實(shí)行分類保護(hù)、分級管理.對達(dá)到寶玉石級別的黑曜巖，要統(tǒng)一納入保護(hù)規(guī)劃，融入長白山文化元素，統(tǒng)一開發(fā).對適合做工藝品類的黑曜巖，要?jiǎng)?chuàng)立長白山黑曜巖品牌，使其有別于外來的黑曜巖制品.

（3）融入長白山歷史文化范疇中.長白山文化包括自然景觀、歷史、人文，更包含以長白山黑曜巖為內(nèi)容的火山地質(zhì)景觀、地質(zhì)文化內(nèi)涵.國家地質(zhì)旅游文化的推進(jìn)和推廣，正是弘揚(yáng)中華民族傳統(tǒng)文化的體現(xiàn).應(yīng)當(dāng)以長白山黑曜巖作為地質(zhì)文化的切入點(diǎn)，推動長白山石文化建設(shè).

［1］王季平，編.長白山志［M］.長春：吉林文史出版社，1989：1—3.

［2］金伯祿，張希友.長白山火山地質(zhì)研究［M］.延吉：東北朝鮮民族教育出版社，1994：21-27，49-57.

［4］董佩信.長白山地區(qū)火山地質(zhì)［J］.地質(zhì)與資源，2014，23（S2）：1—7.

［5］劉祥，向天元，王錫魁.長白山地區(qū)新生代火山活動分期［J］.吉林地質(zhì)，1989（1）：30—41.

［6］劉嘉麒，王松山.長白山與天池的形成時(shí)代［J］.科學(xué)通報(bào)，1982，27 （21）：30—35.

Characteristics and thermal evolution histry of source rocks in the Wenchang-A sag, Pearl River mouth basin

LIN Jing-yin1,DONG Pei-xin2
1.Jilin Team,China Geological Survey Center for Building Materials Industry,Changchun 130012,China; 2.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China

The obsidian in Changbaishan area is the result of volcanic activities.It is formed by the specific eruption of the Changbaishan volcano,with special geological characteristics.The obsidian is also the evidence for the history and culture of Changbaishan Mountain.Based on analysis of chemical composition and tests of physical properties,this paper preliminarily studies the characteristics,formation,distribution and genesis of the obsidian from Changbaishan Mountain, which would provide areference for the developmentand utilization ofthe obsidian in thearea.

obsidian;geological characteristics;genesis;Changbaishan Mountain

1671-1947（2016）02-0204-04

P588.14

A

2016-03-07；

2016-03-22.編輯：張哲.

中國地質(zhì)調(diào)查局“地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)信息集成服務(wù)產(chǎn)品開發(fā)”項(xiàng)目（編號1212011120419）.

林景胤（1962—），男，碩士，教授級高級工程師，從事非金屬地質(zhì)礦產(chǎn)研究工作，通信地址吉林省長春市東環(huán)城路5188號，E-mail// 369578389@qq.com