黑龍江省科洛火山群火山地質(zhì)研究

張柳毅 李 霓 樊祺誠 趙勇偉 曹園園 盤曉東

1)中國地震局地質(zhì)研究所，活動構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1000292)吉林省地震局，長春 130022

黑龍江省科洛火山群火山地質(zhì)研究

張柳毅1)李 霓1)樊祺誠1)趙勇偉1)曹園園1)盤曉東2)

1)中國地震局地質(zhì)研究所，活動構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 1000292)吉林省地震局，長春 130022

科洛火山群的新生代火山共有23座，坐落于科洛河兩岸，火山巖面積約為350km2，巖性主要為堿性玄武巖。由于地處NE向斷陷盆地這一特殊的構(gòu)造位置，科洛地區(qū)的火山活動及展布主要受到區(qū)域基底斷裂的制約。火山噴發(fā)形式總體為中心式，屬斯通博利式火山?；鹕交顒涌蓜澐譃樯闲率?、更新世和全新世3期。上新世在斷陷盆地邊緣形成了一系列NE向線性展布的中心式溢出型火山，其中部分火山因風(fēng)化剝蝕而失去了原有的火山地貌特征，僅保留盾形熔巖臺地。早更新世火山活動相對平靜。中-晚更新世火山活動仍受到NE向基底斷裂的控制，但噴發(fā)中心、噴發(fā)方式及噴發(fā)強(qiáng)度均發(fā)生改變，火山由堿玄質(zhì)火山渣錐和熔巖流組成。進(jìn)入全新世以后南山噴發(fā)，其火山結(jié)構(gòu)保存完好，裸露的熔巖臺地保留了較好的微地貌特征。該期火山亦由堿玄質(zhì)火山渣錐和熔巖流構(gòu)成。在科洛火山群的火山活動過程中，其熔巖流覆蓋了早期沉積地層，并對盆地中的河流進(jìn)行了改造，最終導(dǎo)致該區(qū)斷陷盆地初始地貌的改變。

黑龍江省 科洛火山群 火山地質(zhì) 地質(zhì)年代

0 引言

科洛火山群地處黑龍江省境內(nèi)大興安嶺與松嫩平原的過渡地帶，五大連池火山群以北。前人通常將科洛火山群-五大連池火山群-二克山火山群作為一個整體來研究，稱之為富鉀火山巖帶(王承祺等，1987;邱家驤等，1991)。該火山巖帶以五大連池為中心，具有獨(dú)特的巖性和地球化學(xué)特征，因而從20世紀(jì)初開始逐漸成為火山學(xué)研究的熱點(diǎn)。王承祺等(1987)曾對五大連池的14座火山和二克山的3座火山開展了較為詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查工作，并對每一座火山的火山錐、錐體幾何參數(shù)、噴發(fā)產(chǎn)物、巖石特征、火山基底、區(qū)域地層與構(gòu)造進(jìn)行了描述。然而，對與五大連池相毗鄰的科洛火山群的深入研究，則相對較晚。

前人對于科洛火山群的研究重點(diǎn)主要集中于其深源包體及巨晶方面，對它們的類型、成因、微量元素及同位素等巖石地化特征進(jìn)行了較為深入的研究(劉蒙華，1986，1987;吳志勤，1986;金志云等，1987;邱家驤等，1987;王承祺等，1987;邵濟(jì)安等，2008b;張文蘭等，2010)，而對其火山地質(zhì)方面的研究則相對較為薄弱。邱家驤等(1991)曾對整個富鉀火山巖帶的火山噴發(fā)時代、噴發(fā)特征進(jìn)行過討論，并總結(jié)了其溢流相和爆發(fā)相產(chǎn)物。王承祺等(1987)歸納了科洛火山群部分火山的基本參數(shù)，并將科洛火山群的新生代火山巖劃分為兩大火山旋回，即新近系白榴碧玄巖和第四系上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)的堿性玄武巖，但未對其火山機(jī)構(gòu)、火山地質(zhì)特征進(jìn)行詳細(xì)研究。

火山地質(zhì)是火山學(xué)研究的基礎(chǔ)，對科洛火山群進(jìn)行系統(tǒng)的火山地質(zhì)調(diào)查可查明其現(xiàn)存完好的火山數(shù)目、火山機(jī)構(gòu)、火山空間位置等地質(zhì)參數(shù)，結(jié)合對其火山錐體、碎屑、巖流展布的分析，可進(jìn)一步完善對該富鉀火山巖帶的研究。本文以詳細(xì)的火山地質(zhì)調(diào)查結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合前人K-Ar測年數(shù)據(jù)，對科洛火山群的火山噴發(fā)時代和噴發(fā)序列進(jìn)行探討;通過實(shí)地考察對火山類型、噴發(fā)規(guī)模及空間展布進(jìn)行界定;并選取幾個典型的剖面對不同類型火山的結(jié)構(gòu)、火山噴發(fā)物特征進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述，從而深化對科洛火山群火山地質(zhì)特征的認(rèn)識。

1 科洛火山群基本特征

科洛火山群位于黑龍江省嫩江縣境內(nèi)科洛河兩岸，地理坐標(biāo)為125°30'～126°15'E，49°10'～49°30'N，火山巖分布面積約為350km2(圖1)。前人工作(王承祺等，1987;邱家驤等，1991)及近年來的野外調(diào)查結(jié)果證實(shí)，區(qū)內(nèi)新生代火山23座。實(shí)地考察中發(fā)現(xiàn)，目前清晰可辨的火山錐有10個，依次為蕩子山、平頂山、南山、尖山、大椅山、卡山、小椅山、孤山、黑山、沐河南山，其余火山多數(shù)僅為高地或山包，已分辨不出錐體的形態(tài)。該火山群中部分火山的主要參數(shù)列于表1。

圖1 科洛新生代火山分布簡圖Fig.1 Distribution of Cenozoic volcanoes in Keluo area.

2 火山噴發(fā)期次及年代

火山噴發(fā)期次的劃分是研究火山噴發(fā)歷史的有效手段，噴發(fā)時代的確定是開展火山監(jiān)測、預(yù)測未來火山噴發(fā)危險性的基礎(chǔ)(白志達(dá)等，2008)。前人對東北地區(qū)新生代火山巖進(jìn)行過較為系統(tǒng)的年代學(xué)研究，并將該區(qū)新生代火山活動劃分為10個火山幕，其中科洛火山群歸屬于最新的五大連池火山幕(劉嘉麒，1987，1988)。東北地區(qū)新生代以來火山活動頻繁，科洛火山群亦具有多期性的特點(diǎn)。前人對于科洛火山群噴發(fā)時代的研究，最早是基于火山巖沉積夾層之間的對比(莫友忱，1982)。王承祺等(1987)將科洛-五大連池火山群的火山噴發(fā)時代劃分為4大噴發(fā)期與9個噴發(fā)亞期，其中科洛噴發(fā)期被進(jìn)一步劃分為大椅山、孤山、南山3個噴發(fā)亞期。邱家驤等(1991)總結(jié)前人沉積夾層對比結(jié)果并結(jié)合火山巖的K-Ar年齡，將科洛、五大連池、二克山3個火山群的噴發(fā)時代進(jìn)行對比劃分出了7個噴發(fā)期。而后隨著同位素地質(zhì)年代學(xué)的發(fā)展，K-Ar定年及鈾系定年方法逐步被應(yīng)用于該區(qū)火山巖的年代學(xué)研究(王承祺等，1987;邱家驤等，1991;穆治國等，1992;劉嘉麒，1999;樊祺誠等，1999，2001;邵濟(jì)安等，2008a)。

前人研究中，大部分學(xué)者將二克山-五大連池-科洛3個火山群作為一個整體來進(jìn)行年代分期，但觀點(diǎn)仍存在分歧，對科洛火山群的分期較為粗略。本文以科洛火山群的火山地質(zhì)研究為基礎(chǔ)，根據(jù)其火山結(jié)構(gòu)組成、火山地貌、火山噴發(fā)產(chǎn)物的風(fēng)化程度，結(jié)合前人已發(fā)表的相關(guān)K-Ar年齡數(shù)據(jù)，將區(qū)內(nèi)新生代火山活動劃分為上新世、更新世及全新世3期 (圖2)。主要有以下依據(jù)。

圖2 科洛火山區(qū)主要火山噴發(fā)年齡分期圖Fig.2 Division chart ofmajor volcanic eruption periods in Keluo area.

(1)火山地貌 根據(jù)遭受風(fēng)化剝蝕的程度，科洛新生代火山群的火山地貌可劃分為兩種類型:一種為遭受風(fēng)化剝蝕，錐體形態(tài)不完整，甚至缺失，僅保留有盾形的熔巖臺地，表現(xiàn)為波狀起伏的低山或者丘陵地貌，其形成時代較早。另一種則相對保存完好，錐體與其底部的盾形熔巖臺地界線清晰，錐體產(chǎn)狀較陡，熔巖臺地邊緣清晰，為晚期形成。

(2)火山機(jī)構(gòu) 從火山錐的完整性來看，早期的火山錐體低矮，火口垣較寬，錐體內(nèi)外坡度較緩，錐體頂部風(fēng)化層較厚。晚期的火山錐體完好，火口垣較窄，火口形態(tài)清晰，破火口及巖流溢出方向易于識別，熔巖流單元的結(jié)構(gòu)、分布范圍明了。在南山的熔巖流臺地中，可見到與熔巖流動相關(guān)的微地貌，如塊狀熔巖錐、裂縫、塌陷谷、流動構(gòu)造等，這些都是新近火山噴發(fā)的特征。

(3)火山噴發(fā)產(chǎn)物 較早噴發(fā)的火山，其錐體上降落堆積的火山渣土壤化嚴(yán)重，浮巖的氣孔內(nèi)壁可見蝕變礦物，如沸石;熔巖臺地上的塊狀玄武巖中長石高嶺土化嚴(yán)重，氣孔中常有后期填充的杏仁體?；鹕酵砥趪姲l(fā)產(chǎn)物則基本沒有上述現(xiàn)象。

(4)年代學(xué)證據(jù) 野外工作中對區(qū)內(nèi)的主要火山進(jìn)行了系統(tǒng)采樣，并對火山巖進(jìn)行了K-Ar年代測定，部分火山的K-Ar年齡列于表2。結(jié)合前人數(shù)據(jù)(王承祺等，1987;邱家驤等，1991;穆治國等，1992;劉嘉麒，1999;樊祺誠等，2001;邵濟(jì)安等，2008a)，將區(qū)內(nèi)火山活動劃分為上新世(4.14 ～3.13Ma)、更新世(0.96 ～0.11Ma)與全新世(0.0075Ma)3 期。

2.1 上新世火山

科洛火山群位于小興安嶺隆起與松遼盆地地塊北部接壤地帶，受華夏-新華夏系構(gòu)造體系的控制與影響，從上侏羅世開始，逐漸形成了NE向斷續(xù)分布的斷陷盆地，長40km，寬18km。盆地東西兩側(cè)為褶皺隆起帶(王承祺等，1987)。該斷陷盆地的基底斷裂對科洛火山群的火山活動及展布具有重要影響。

上新世時期，在這一斷陷盆地兩側(cè)的邊緣形成了一系列NE向分布的火山，依次為蕩子山、平頂山、432高地、黑山、615高地、西山、468.8高地等。受NE和NW兩個方向基底斷裂的影響，火山呈現(xiàn)出很好的線性展布?；鹕絿姲l(fā)形式總體為中心式，屬斯通博利式火山。由于形成時間較早，大部分火山的火山錐已遭剝蝕殆盡，火山的殘余錐體與熔巖臺地之間的連貫性較好，界線模糊，火口難以找到，火山碎屑物小于火山總體積的10%。該期少數(shù)火山的火山錐為熔巖錐，受熔巖性質(zhì)影響，錐體形態(tài)一般為平頂狀或圓帽狀，如黑山、平頂山和蕩子山?；鹕絿姲l(fā)過程為:巖漿上涌到近地表處時，壓力降低而巖漿內(nèi)氣體的出溶量不斷增加，巖漿體積膨脹，內(nèi)壓力增加，當(dāng)內(nèi)壓力大大超過外壓力時，上覆巖石的裂隙密度帶發(fā)生氣體的猛烈爆炸，使巖石破碎，并打開火山噴發(fā)的出口，同時盆地邊緣的基底斷裂為巖漿的上涌提供了優(yōu)選通道。隨后巖漿較為平靜地溢出，充填于溝谷等負(fù)地形之中，形成坡度較小、展布面積較大的盾形火山。除個別火山錐體保存較為完好之外，其余多遭風(fēng)化剝蝕而失去原有的火山地貌特征，錐體形態(tài)不完整，甚至缺失，僅保留有盾形的熔巖臺地，表現(xiàn)為波狀起伏的低山或者丘陵地貌。

2.2 更新世火山

該區(qū)更新世火山活動根據(jù)強(qiáng)度可分為早更新世和中-晚更新世2個階段。

早更新世火山活動相對平靜，此時期噴發(fā)的火山有尖山、沐河南山等。下文選取噴發(fā)特征較為特殊的尖山進(jìn)行詳細(xì)描述。

2.2.1 尖山

尖山位于科洛火山群的西南部，海拔341m，底座直徑EW向約250m，SN向約320m，錐體為尖峰狀，未見火口，比高約30m。從溢流的特征來看，尖山有別于一般夏威夷式火山，其錐體較為陡立，巖流展布面積較小，整個錐體基本由柱狀節(jié)理的玄武巖構(gòu)成。嚴(yán)格來說，將尖山錐體歸屬于熔巖穹丘似乎更為合理，因?yàn)樗鼘賻r漿末期噴溢結(jié)束的產(chǎn)物。其最初是巖漿的一個主溢出口，在其東邊還有另2個小的溢出口。早期巖漿從3個溢出口向四周流淌，噴發(fā)末期溫度較低，黏稠的巖漿在火山通道中無力噴溢，緩慢擠出地表，形成熔巖穹。

由于后期的人工開采，在尖山錐體西側(cè)形成了一個良好的人工剖面，將錐體內(nèi)部及底部的特征呈現(xiàn)出來。在錐體的橫切面(圖3)上可以看出，整個剖面基本全由柱狀節(jié)理構(gòu)成。柱狀節(jié)理的橫截面多數(shù)為六邊形、五邊形，也可見四邊形及三邊形，直徑為10～20cm，節(jié)理長度不一，短者幾m，長者十幾m。由于橫切面不是恰好切過尖山通道中心的位置，尖山熔巖穹中下部柱狀節(jié)理大致豎直，略微呈放射狀，從兩側(cè)向中心產(chǎn)狀逐漸變陡(172°∠45°、175°∠67°、178°∠77°、178°∠84°)，表現(xiàn)為侵出穹丘邊緣相。頂部柱狀節(jié)理產(chǎn)狀近于水平(175°∠15°)，個別地方略微傾斜(355°∠23°)，表現(xiàn)為侵出穹丘中心相。在節(jié)理的中心部位可見許多幔源包體，直徑8～10cm左右，大者可達(dá)12cm。在尖山玄武巖中還可見到一些輝石巨晶及橄欖石的捕虜晶。

圖3 尖山西側(cè)剖面圖Fig.3 Cross-section of western Jianshan volcano.

柱狀節(jié)理的生長面通常與冷卻面相垂直，頂部柱狀節(jié)理產(chǎn)狀近于水平，個別地方略微傾斜，由此可知頂部柱狀節(jié)理的冷卻面處于垂直豎直方向，表明頂部為巖流溢出口。豎直發(fā)育的柱狀節(jié)理表明巖漿的冷卻面水平，說明噴發(fā)時巖漿是水平流動的，表現(xiàn)為邊緣相特征。柱狀節(jié)理的形成，往往要求巖漿成分相對均一、流動速度與冷卻速率較慢。這樣的錐體特性反映出巖漿作用后期動力條件較弱，這與早更新世火山活動相對間歇是一致的。

尖山錐體東側(cè)發(fā)育2個熔巖穹丘，在穹丘的頂部同樣可以觀察到發(fā)育的柱狀節(jié)理 (圖4)。由于該剖面的深度相對較淺，未能見到侵出穹丘邊緣相特征的豎直柱狀節(jié)理，而主要表現(xiàn)為水平方向的生長。柱狀節(jié)理截面為多邊形，直徑20～30cm，長度4～5m，平躺發(fā)育，表現(xiàn)為巖漿溢出口特征。

圖4 尖山東側(cè)溢出口柱狀節(jié)理Fig.4 Columnar joints at eastern overflow port of Jianshan volcano.

中-晚更新世火山活動逐漸活躍，該時期的火山活動仍受NE向基底斷裂控制，但噴發(fā)中心由盆地邊緣向盆地內(nèi)部遷移，噴發(fā)方式及噴發(fā)強(qiáng)度也發(fā)生相應(yīng)變化，形成的火山主要包括大椅山、卡山、小椅山、孤山、沐河?xùn)|南山、469高地等。該期火山主要具有以下特征:火山均由堿玄質(zhì)火山渣錐和熔巖流組成，火山結(jié)構(gòu)完整，火口清晰可辨，遭受的剝蝕程度相對較輕。錐體由早期降落的火山渣和晚期濺落的熔結(jié)集塊巖組成。

該期火山渣主要為紅色、黑色、黃褐色，形態(tài)多樣，磨圓度較差，多為棱角狀，粒徑1～10cm，氣孔極為發(fā)育，形狀不規(guī)則，氣孔體積可占80%以上。渣錐的主體主要由紅色火山渣與黑色火山渣構(gòu)成，其中紅色渣靠近火口，黑色渣則在外側(cè)，并覆蓋于紅色渣之上，兩者之間界線明顯，缺乏過渡關(guān)系。其顏色差異主要是由于火山渣降落堆積時，冷卻速度不一導(dǎo)致氧化程度差異，從而進(jìn)一步影響鐵離子的氧化價態(tài)所致。

該期大多數(shù)火山的渣錐中均可見到豐富的幔源二輝橄欖巖包體，并且在沐河?xùn)|南山及大椅山還發(fā)現(xiàn)了含金云母的二輝橄欖巖，說明地下巖漿源區(qū)較深，巖漿上升速度快，在地殼內(nèi)停留時間短。大椅山、卡山、小椅山、石頭溝子?xùn)|側(cè)高地的熔巖流受地形制約由南向北流淌，匯聚于盆地中心地勢較低的沐河河道，對其進(jìn)行改造，而后噴發(fā)的孤山熔巖流覆蓋于早期熔巖流之上，堵塞了部分河道。熔巖流對于沐河河道的改造促使其下游大量洼地、河曲和沼澤的形成。這一時期的巖漿活動同時也對斷陷盆地中心的地貌進(jìn)行了改造，新噴發(fā)的熔巖覆蓋于早期的巨厚沉積之上，形成了新的熔巖臺地地貌。下文選取中-晚更新世幾座具有代表性的火山及其典型剖面加以論述。

2.2.2 大椅山

大椅山位于科洛火山群的中部，海拔高度442.4m，底座直徑 EW向約600m，SN向約510m，火口內(nèi)徑約140m，火口深25m，比高62m。由于火口近西北方向有缺口，呈椅形，故被當(dāng)?shù)厝朔Q為大椅山。該火山地形東部較陡，西北部相對平緩，火山錐坡度角30°～35°。其南側(cè)有一人工采場，對其南坡的破壞較嚴(yán)重，在采場內(nèi)可看到火山錐較底部的紫紅色巨厚層狀熔巖、熔結(jié)集塊巖，上部依次為紅色及黑色火山渣?；鹕皆鼮榻德涠逊e的產(chǎn)物，主要為玄武質(zhì)，粒度較粗，以3～5cm為主，總體松散，呈明顯分層，底部出現(xiàn)弱熔結(jié)現(xiàn)象，在該采場內(nèi)可見大量的幔源包體及橄欖石捕虜晶。北側(cè)也有一人工采場，形成一人工剖面，橫切錐體(圖5)，為典型的近火山口降落堆積物，可見類似于層理的噴發(fā)堆積韻律，剖面堆積序列及厚度如下:

⑩風(fēng)化土層，約0.5m;

⑨黑色火山渣，頂部發(fā)育薄層熔巖，約3m;

⑧黑色火山渣，松散堆積，含火山彈，產(chǎn)狀外傾(28°∠27°)，約5m;

圖5 大椅山錐體北側(cè)剖面圖Fig.5 Cross-section of northern Dayishan volcanic cone.

⑦黑色火山渣，松散堆積，弱熔結(jié)，含火山彈，約7m;

⑥黑色火山渣與紅色火山渣堆積，界線明顯，約15m;

⑤薄層熔巖，覆蓋于松散堆積的紅色火山渣之上，約4m;

④紅色火山渣，松散堆積，弱熔結(jié)，含火山彈，產(chǎn)狀外傾(25°∠33°)，約4m;

③頂部(靠火口內(nèi)側(cè))為大塊的紅褐色熔結(jié)集塊巖，底部為紅色火山渣，可細(xì)分出數(shù)十層逆粒序韻律層，約8m;

②薄層熔巖覆蓋于強(qiáng)熔結(jié)的紅色火山渣之上，見逆粒序韻律層，約3m;

①頂部(靠火口內(nèi)側(cè))為大塊的紅褐色熔結(jié)集塊巖，底部為紅色火山渣，強(qiáng)熔結(jié)，可細(xì)分出數(shù)十層逆粒序韻律層，產(chǎn)狀外傾(24°∠46°)，約5m。

上述堆積序列表明，火山錐由玄武質(zhì)火山渣、火山彈、熔結(jié)集塊巖等構(gòu)成。造錐噴發(fā)方式發(fā)生過多次變化，且具有韻律性與階段性?？拷鹂趦?nèi)側(cè)主要表現(xiàn)為濺落與降落交替進(jìn)行，濺落的熔結(jié)集塊巖夾雜覆蓋于紅色火山渣之上，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)的火山渣高度熔結(jié)，在熔結(jié)面上可見到清晰的淬火邊。由內(nèi)向外，錐體的產(chǎn)狀逐漸變緩，降落渣的厚度變薄，靠外側(cè)的黑色火山渣熔結(jié)程度較低。大椅山的火山噴發(fā)過程大致為早期發(fā)生較強(qiáng)爆破，降落堆積，形成一個較為完整的降落渣錐，降落渣錐的形成過程又可以根據(jù)紅色、黑色火山渣的接觸關(guān)系及逆粒序堆積韻律層推斷為階段性、間歇性造錐。噴發(fā)后期，爆破作用減弱，巖漿碎屑化程度降低，降落與濺落交替進(jìn)行，在火口垣上形成濺落堆積的熔結(jié)集塊巖。火山活動末期，熔巖流從錐體底部溢出，裂解火山錐，沖破西北側(cè)火口垣，形成近西北的破火口。從破火口溢流出的熔巖流向西流淌，遇到西側(cè)中新世432高地的熔巖臺地受阻，略微爬升覆蓋，而后向北側(cè)地勢最低的盆地中心流淌，堵塞了沐河南側(cè)的部分河道。

2.2.3 小椅山

小椅山位于大椅山東側(cè)約6km處，由東西2個降落渣錐疊置構(gòu)成火山錐的主體，東西兩錐體各有一個火口。西側(cè)錐體海拔高度456m，比高66m，底座直徑約500m。火口近圓形，火口垣內(nèi)坡角23°，外坡角19°，內(nèi)陡外緩，火口垣寬度在8m左右，破火口方向?yàn)?65°。東側(cè)錐體海拔高度439m，比高59m，底座直徑約400m，火口近圓形，破火口方向?yàn)?00°。西側(cè)錐體已被人工開采，從剖面上可看出其幾乎全由降落渣錐組成。堿玄質(zhì)火山渣為降落堆積的主要產(chǎn)物，粒度較粗，以3～5cm為主，總體松散，呈明顯分層，底部出現(xiàn)弱熔結(jié)現(xiàn)象。剖面橫切錐體 (圖6)，堆積結(jié)構(gòu)如下:

⑦紅色熔結(jié)集塊巖，約4m;

⑥松散堆積紅色夾黑色火山渣，呈現(xiàn)堆積層理，產(chǎn)狀內(nèi)傾(284°∠27°)，夾雜火山彈、熔巖餅(直徑0.2～0.5m)，5～10m;

⑤松散堆積黑色火山渣夾棕黃色火山渣，左側(cè)見紅色薄層熔巖，巖流表面見流動拉伸構(gòu)造，約6m;

④松散堆積黑色火山渣，呈現(xiàn)堆積層理，產(chǎn)狀趨于水平，約7m;

③黑色火山渣夾棕黃色火山渣，松散堆積，約8m;

②黑色火山渣夾棕黃色火山渣，弱熔結(jié)，約7m;

①底部黑色火山渣夾雜棕黃色火山渣，呈現(xiàn)堆積層理，產(chǎn)狀外傾(284°∠27°)，約12m。

剖面的組成結(jié)構(gòu)表明，小椅山噴發(fā)時爆破強(qiáng)度較大、巖漿碎屑化程度高，屬于強(qiáng)斯通博利式噴發(fā)。造錐過程為:早期強(qiáng)爆破形成降落渣錐，火山渣粒度小、棱角分明，展布面積廣。而后間歇性噴發(fā)形成不同的堆積層理，其間不斷有半塑性熔漿團(tuán)塊拋出，降落到渣面上，冷凝固化為熔巖餅。堆積層理的產(chǎn)狀可以指示降落及堆積的方式。隨著爆破程度降低，巖漿濺落在火口垣之上形成熔結(jié)集塊巖。后期巖漿溢出，破壞錐體，流向盆地中心低洼地帶，覆蓋在早期沉積地層之上。

圖6 小椅山西南側(cè)剖面圖Fig.6 Cross-section of southwestern Xiaoyishan volcanic cone.

小椅山東側(cè)的錐體形成機(jī)制與其西側(cè)類似，都屬于比較強(qiáng)的爆破成因。與該期其他火山相比，小椅山爆破強(qiáng)度更大。

2.2.4 小孤山

小孤山位于科洛斷陷盆地的中心，海拔高度329m，比高39m，底座直徑約200m?；鹂谠珒?nèi)側(cè)坡度較緩，約15°左右，外側(cè)坡度上緩下陡，上部約15°左右，下部可達(dá)30°。火口被后期熔巖流改造而殘缺，有2個溢出口，主溢出口方向?yàn)?0°，次溢出口方向?yàn)?20°。東側(cè)火口垣被熔巖流拖拽拉長，火口垣較寬，寬約15m，西側(cè)火口垣被熔巖流沖斷帶離主錐，在殘缺火口的西北側(cè)留下一殘余火口垣。小孤山錐體相對較小，由火山渣及熔巖疊加形成，在其西南側(cè)有一人工開采的剖面(圖7)，堆積序列如下:

④風(fēng)化土質(zhì)層，頂部有濺落堆積，下部為帶氣孔薄層熔巖，約5m;

③中厚層較致密熔巖，頂部發(fā)育氣孔，氣孔拉長，具一定的定向性，約10m;

②厚層致密熔巖，氣孔較少，但發(fā)育條帶結(jié)構(gòu)，夾雜薄層氣孔狀浮巖質(zhì)條帶，約15m;

①紅色火山渣，松散堆積，粒度中等，磨圓差，與上部厚層熔巖強(qiáng)熔結(jié)接觸，約5m。

錐體剖面上的堆積層序在一定程度上反映了火山噴發(fā)及造錐的過程。火山噴發(fā)早期，巖漿中揮發(fā)份含量較高，較強(qiáng)爆發(fā)形成降落渣錐，降落碎屑物為堿玄質(zhì)紅色火山渣，含有少量火山彈、熔巖餅。其后由于巖漿中揮發(fā)份減少，噴發(fā)能量減弱，巖漿碎屑化程度變小，火山活動轉(zhuǎn)變?yōu)閹r漿噴溢，大量的巖漿溢出，破壞早期形成的碎屑錐，在20°、320°方向形成2個溢出口，將火口垣拆分破壞。溢出的巖漿向北側(cè)地勢最低的沐河河谷流淌，占據(jù)了河道的大半部分;向南地勢相對較高，巖漿沒有足夠動力將錐體完全破壞，只能覆蓋穿插于渣錐之上;向東流淌的熔巖流遇到先期噴發(fā)的巖流，疊加其上。噴發(fā)后期少量的巖漿濺落到錐體內(nèi)側(cè)頂部，形成較為陡立的內(nèi)壁，主要為熔結(jié)集塊巖。剖面中部的熔巖層表現(xiàn)出巖漿上下冷凝差異。熔巖層靠下部冷凝慢，較為致密，氣孔少而小，定向性較差。中部致密程度相對降低，氣孔向上逐漸發(fā)育，呈現(xiàn)出一定的定向性，指向頂部。頂部巖漿冷凝最快且流動性最大，在剪切力控制下普遍發(fā)育薄層熔巖，可見氣孔定向排列，指向巖漿流動方向。由于頂部巖漿的快速冷凝，導(dǎo)致一些揮發(fā)份來不及完全逃逸便被圈閉于熔巖之中，等到完全固結(jié)成巖后常常可見致密的薄層熔巖層中間夾著氣孔狀玄武質(zhì)浮巖，兩者相熔結(jié)。后期由于差異風(fēng)化，浮巖先被剝蝕，導(dǎo)致出現(xiàn)一組組平行的似節(jié)理縫隙，而致密部分破碎呈瓦片狀。

圖7 小孤山西南側(cè)剖面圖Fig.7 Cross-section of southwestern Xiaogushan volcanic cone.

2.3 全新世火山

進(jìn)入全新世以后，南山噴發(fā)，為斯通博利式噴發(fā)的火山。南山位于科洛火山群的南部，海拔高度447.1m，比高87m，底座直徑約800m。火口內(nèi)徑140～150m，火口垣寬約20m。其火口渾圓，且保存完好。在其北西側(cè)山腰處發(fā)育一寄生火山錐，火口為漏斗狀，有松散碎屑覆蓋。寄生火山錐靠近主火山口的一側(cè)坡度大，而向錐腳方向逐漸變緩。南山由堿性玄武質(zhì)火山渣錐和熔巖流組成，規(guī)模較大，錐體及火口保存完好，巖漿溢出率高，流動距離較遠(yuǎn)，覆蓋面積達(dá)19km2(王承祺等，1987)。火山活動經(jīng)歷了早期較強(qiáng)爆發(fā)和晚期大規(guī)模巖漿溢出過程:早期降落錐主要由火山渣和少量火山彈組成，火山渣紅色黑色兼有，晚期濺落堆積的熔結(jié)集塊巖疊加其上(圖8)。在其火口內(nèi)壁上還可見噴氣孔。

南山火山爆發(fā)后期有大規(guī)模的熔巖流溢出，向東、西、南3個方向流淌，充填于溝谷和低洼地帶，不同期次熔巖流單元堆疊交匯，形成近EW向展布、北高南低的波狀熔巖臺地。在其南側(cè)熔巖流臺地中，可見到與熔巖流動有關(guān)的微地貌，如塊狀熔巖錐、裂縫、塌陷谷、流動構(gòu)造，這些都是新近火山噴發(fā)的特征。南山噴發(fā)后期溢出的大量熔巖流對科洛河下游的河道進(jìn)行了改造，熔巖流侵占了部分河道，改變了科洛河的原始流向。河流的截直為曲，河曲發(fā)育，下游未干涸的沼澤、洼地等都是科洛河道被改造的證據(jù)。

作為區(qū)內(nèi)最新的火山，南山保留了較為完整的火山結(jié)構(gòu)和清晰的火山地貌。

圖8 南山火山錐體地質(zhì)圖Fig.8 Geologicalmap of Nanshan volcanic cone.

3 火山活動演化

科洛火山群位于科洛-五大連池-二克山富鉀火山巖帶的北緣，3個火山群近NS向呈帶狀分布，在構(gòu)造位置上位于NNE向斷裂帶(大興安嶺、嫩江、松嫩裂谷西緣)與NW向斷裂帶(小興安嶺及松嫩裂谷北緣)派生的構(gòu)造線上(邱家驤等，1991)。在科洛火山區(qū)內(nèi)，由這2個斷裂帶派生的構(gòu)造十分發(fā)育，如NNE向斷裂主要包括沐河斷裂、西荒-田家窩棚斷裂等;而NW向斷裂，主要有西山后屯斷裂、葡山斷裂、洛河斷裂等(王承祺等，1987)。這些次一級的斷裂相交匯構(gòu)成了網(wǎng)格狀構(gòu)造，而斷裂的交匯點(diǎn)對火山群中火山口的位置起到了一定的控制作用。

上新世以來，科洛火山群的火山開始活躍并噴發(fā)，早期以中心溢流噴發(fā)為主，區(qū)內(nèi)黑山、蕩子山、平頂山等以此種方式噴發(fā)，溢出較大規(guī)模的熔巖流，在斷陷盆地邊緣形成范圍較大的盾形熔巖地貌?；鹕藉F呈NE-SW向線性排列，與區(qū)內(nèi)的斷裂發(fā)育相對應(yīng)。

進(jìn)入早更新世后，火山活動相對平靜，火山噴發(fā)數(shù)量少，且規(guī)模較小。中更新世到全新世，科洛地區(qū)火山活動開始進(jìn)入活躍期，這一時期也是科洛-五大連池-二克山富鉀火山巖帶集中噴發(fā)的時期，其中五大連池中更新世噴發(fā)的火山達(dá)12座，噴出物分布范圍約530km2(邱家驤等，1991)，二克山也在這一時期噴發(fā)。中-晚更新世科洛火山群的火山活動進(jìn)一步改造了斷陷盆地中心的地貌特征，大椅山、小椅山、卡山、小孤山等火山陸續(xù)噴發(fā)，其熔巖流匯聚于盆地中心，相互疊置，覆蓋于早期的沉積地層之上。這一時期的火山活動對盆地內(nèi)分布的河流同樣起到了改造作用。沐河、科洛河受到影響，河道變窄、彎曲、部分干涸，下游形成許多洼地、河曲以及沼澤。

進(jìn)入全新世以后，位于盆地西南部的南山噴發(fā)，形成新一期的熔巖地貌，如塊狀熔巖錐、裂縫、塌陷谷、流動構(gòu)造等。

由此可知，本區(qū)火山活動的遷移、展布、噴發(fā)方式與區(qū)內(nèi)的斷裂發(fā)育緊密相關(guān)。噴發(fā)中心的遷移可能是由于盆地邊緣溢流的巖漿冷卻固結(jié)堵塞了早期的巖漿通道，導(dǎo)致噴發(fā)中心向內(nèi)部遷移，因而選擇更為薄弱的破裂噴發(fā)的結(jié)果。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)科洛火山群的火山結(jié)構(gòu)組成、火山地貌、火山噴發(fā)產(chǎn)物的風(fēng)化程度，結(jié)合前人已發(fā)表的關(guān)于科洛火山的K-Ar年齡數(shù)據(jù)，將區(qū)內(nèi)新生代火山活動劃分為上新世、更新世與全新世3期?；鹕交顒友莼瘡纳闲率篱_始，中更新世到全新世進(jìn)入活躍期，而該時期也是整個科洛-五大連池-二克山富鉀火山巖帶火山活動的活躍期。

(2)本區(qū)構(gòu)造斷裂的發(fā)育與火山活動密切相關(guān)。上新世開始在盆地的東西兩側(cè)邊緣形成NE向線性展布的火山，其展布方式與基底斷裂相呼應(yīng)。早更新世火山活動相對平靜。中-晚更新世到全新世，火山活動進(jìn)入高潮期，噴發(fā)中心由盆地邊緣向盆地中心遷移。此時期火山的熔巖流覆蓋斷陷盆地的大部分區(qū)域，并對盆地內(nèi)河流進(jìn)行改造。簡言之，斷陷盆地制約了火山活動，而火山活動又反過來改造斷陷盆地。

(3)科洛火山群大多數(shù)火山由堿玄質(zhì)火山渣、熔結(jié)集塊巖和堿玄巖組成，屬于斯通博利式噴發(fā)的火山。

致謝 中國地震局地質(zhì)研究所陳生生同志在野外工作中提供了幫助;文章校正修訂得到了中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所胡妍同志的幫助，在此一并表示感謝。

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GEOLOGICAL STUDIESON KELUO VOLCANIC CLUSTER，HEILONGJIANG PROVINCE

ZHANG Liu-yi1)LINi1)FAN Qi-cheng1)ZHAO Yong-wei1)CAO Yuan-yuan1)PAN Xiao-dong2)

1)Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China
2)Earthquake Administration of Jilin Province，Changchun 130022，China

Keluo volcanic cluster，which covers an area of ca.350km2，is located between the Greater Khingan Mountains and the Songnen Plain，Heilongjiang Province，and in the north of the famous Wudalianchi volcanic cluster.Twenty-three Cenozoic volcanoes that primarily consist of alkaline basalts are distributed along the Keluo River.The activities and distribution of this volcanic cluster are largely controlled by the regional basement faults，and consistentwith the special tectonic setting of NE-trending fault basin.The Strombolian-type central eruption is the predominant eruptive type in this area.Volcanic activities in this area can be divided into three periods，namely，Pliocene period，Pleistocene period and Holocene period.

During the Pliocene，a series of central-overflow-type volcanoes，which situated on the edge of the basin，were formed along the NE-trending faults.However，except for some shield lava platforms，most of the original volcanic geomorphic features have been destroyed by weathering.The volcanic activities of early Pleistocene were relatively quiet.But the eruption activities of the Mid-and Late-Pleistocene were also controlled by the NE-trending basement faults，and the eruptive center，type and intensity were all changed aswell.These volcanoes aremainly composed of alkali-basaltic scoria cones and lavas.The Holocene volcanoes，as represented by Nanshan，have similar eruptive type and composition to the former ones，but their volcanic structures are well preserved.Somemicro-morphological characteristics can be easily recognized at their outcrops.On the whole，the lava covered the former sedimentary strata and changed the river flows attributed to the volcanic activities of Keluo volcanic cluster，as a result，the original geomorphy in the basin was totally altered.

Heilongjiang Province，Keluo volcanic cluster，volcanic geology，chronology

P317.3

A

0253-4967(2012)01-0145-15

10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.014

2011-12-13收稿，2012-02-02改回。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40672043)、地震動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(LED2010B07)和中國地震局地質(zhì)研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)(IGCEA-1102)共同資助。

張柳毅，男，1985年出生，2009年畢業(yè)于成都理工大學(xué)地球化學(xué)專業(yè)，中國地震局地質(zhì)研究所在讀碩士研究生，現(xiàn)主要從事火山巖巖石地球化學(xué)研究，電話:010-62009171，E-mail:zhangshuaiyi09@mails.gucas.ac.cn。