內蒙古達里諾爾火山群

內蒙古達里諾爾火山群位於天山—興蒙造山帶中部，坐落於晚海西期—印支期形成的索倫克爾縫合帶上。早期造台地的拉斑玄武岩溢流式噴發規模更大，形成本區基底；晚期火山活動主要集中於台地中部並形成熔岩脊，火山活動規律是從邊部向中部遷移。

傳統上，錫林浩特南部的火山岩被分為北部的貝力克牧場火山岩區和南部的輝騰梁火山岩區。北部區由數級熔岩台地構成大致南北展布的“平頂山”地貌；南部區則是以大量形態各異的火山錐疊覆於東西向展布的熔岩台地之上。

內蒙古達里諾爾火山群地貌是中國東北地區的九大火山之一，火山錐形態各異，被稱為“五大連池火山的微縮景觀”。確認的火山中大部分都由渣錐構成，這些渣錐直徑一般都不超過1千米，錐體相對高度大多在50—130米之間，火山岩面積達3000平方千米，單個火山熔岩流面積大多小於50平方千米，屬於典型的單成因火山。

基本介紹

• 中文名：內蒙古達里諾爾火山群
• 地理位置：天山—興蒙造山帶中部、晚海西期—印支期形成的索倫克爾縫合帶上

位置境域

內蒙古達里諾爾火山群位於天山—興蒙造山帶中部，坐落於晚海西期—印支期形成的索倫克爾縫合帶上。其西北方向與阿巴嘎火山群相接，延入蒙古國，與達里乾加火山群一起，構成亞洲東部面積最大的一片新生代火山區。

地理環境

地質

內蒙古達里諾爾火山群內零星出露下古生界石英片岩以及石炭系和二疊系砂岩和板岩，區內也分布有屬於興安嶺組的侏羅系火山岩。第三繫上新統棕紅色泥岩有廣泛分布，第四系地層以沖積、湖積砂礫為主。全新統的風積砂覆蓋了研究區南部大範圍區域（渾善達克沙地），燕山期花崗岩是最主要的侵入岩，錫林浩特斷裂與林西斷裂在本區穿過。本區火山岩顏色較深，新鮮面青灰、灰黑至深黑色，斑狀結構。斑晶總體含量少，以橄欖石（5%—10%）和單斜輝石（2%—5%）為主，含少量斜長石。基質多為隱晶質，少量微—晶質，微晶有單斜輝石、橄欖石、長石、磁鐵礦等。橄欖石斑晶和捕虜晶蝕變現象極其普遍，常見熔蝕邊，呈港灣狀，部分或整體發生伊丁石化。輝石柱狀，常呈聚斑晶的形式出現。火山岩多含大小不一的氣孔，含量約10%—20%。達里諾爾火山岩薄片的鏡下特徵與本區火山岩之下的貝力克等早期熔岩台地火山岩明顯不同，前者斑晶少，主要是伊丁石化橄欖石和輝石，基質為隱晶質；而後者主要表現在斑晶明顯分為大小兩群，暗示形成於兩個世代，其中斜長石應為演化晚期結晶而成，基質已大量結晶為微晶質，微晶礦物多數清晰可辨，以細長針狀和板狀斜長石為主，鏡下薄片觀察為顯晶質結構。

貝力克牧場三級和一級台地火山岩以橄欖拉斑玄武岩為主，二級台地以石英拉斑玄武岩為主（陳生生等）。輝騰梁火山岩最底部是熔岩台地，其上分布著早、晚兩期火山錐。輝騰梁熔岩台地岩性為石英拉斑玄武岩和橄欖拉斑玄武岩，早期火山錐來源火山岩為橄欖拉斑玄武岩與鹼性玄武岩，晚期火山錐來源火山岩全部為鹼性玄武岩。

內蒙古達里諾爾火山群區火山岩的岩性主要為碧玄岩和鹼性玄武岩，少量為粗面玄武岩，二氧化矽變化範圍較大，但全鹼含量變化幅度小，均屬鹼性火山岩範疇。火山岩的微量元素呈LREE富集、HREE虧損的右傾型，顯示了岩漿低度部分熔融的特徵，且本區與鄰區火山岩可能有共同或相似的岩漿源。結合錐體剝蝕程度表征的火山年齡，暗示本區岩漿成分從鹼性玄武質和粗面玄武質逐漸演化為碧玄質，岩漿可能來自軟流圈，而且來源逐漸變深。

地貌

內蒙古達里諾爾火山群地貌是中國東北地區的九大火山之一，火山錐形態各異，被稱為“五大連池火山的微縮景觀”。確認的火山中大部分都由渣錐構成，這些渣錐直徑一般都不超過1千米，錐體相對高度大多在50—130米之間，火山岩面積達3000平方千米，單個火山熔岩流面積大多小於50平方千米，屬於典型的單成因火山；另有部分火山是由熔岩構成的盾狀火山錐，這些火山的熔岩流面積可達80平方千米，但由於熔岩流厚度一般小於30米，因此火山產物總體積小於10立方千米，也屬於單成因火山。傳統上，錫林浩特南部的火山岩被分為北部的貝力克牧場火山岩區和南部的輝騰梁火山岩區。北部區由數級熔岩台地構成大致南北展布的“平頂山”地貌；南部區則是以大量形態各異的火山錐疊覆於東西向展布的熔岩台地之上。

內蒙古達里諾爾火山群分為北部的貝力克牧場火山區和南部的輝騰梁火山區兩部分。貝力克牧場火山岩在地貌上形成三台熔岩台地，海拔最高的三級台地形成時代最早（2.31—2.41Ma，海拔1280—1300米），二級台地其次（1.34—1.67Ma，海拔1160—1200米），一級台地形成時代最晚（0.51—0.88Ma，海拔1050—1150米），具有上老下新的分布規律。輝騰梁熔岩台地與貝力克三級台地相鄰，海拔相似（1320—1350米），因此推測其形成時代在上新世—早更新世；早期火山錐風化嚴重，火山錐高/火山底部直徑小於0.01，推測形成於中更新世；晚期火山錐風化弱，火山錐頂部普遍保留厚層熔結集塊岩，火口沿窄，以鴿子山為代表的火山，其熔岩流中有保存完好的噴氣錐，由此推斷其形成時代在晚更新世—全新世。輝騰梁地區海拔最高的火山是晚期火山（1400—1650米），其次是早期火山（1350—1450米），最低是熔岩台地（1350—1370米），火山岩堆積序列總體上是下老上新的分布規律。

內蒙古達里諾爾火山群相對較新的火山還保留著火山機構，包括火山渣錐、火山口、熔岩溢出口、降落和濺落堆積物、塌陷坑、熔岩穹丘、熔岩流、噴氣錐等，它們都發育在本群火山噴發前形成的多級造熔岩台地之上，是世界上海拔較高的火山群之一。火山區整體呈四周低、中間階梯狀隆起的台地地形，在東西方向上有延伸，按高程可分為四個階梯，高度分別為1280米、1360米、1440米和1500米。台地中部分布著大量的新期火山錐，錐體整體上呈近東西向排布，部分火山錐體呈串珠狀分布，熔岩台地整體呈東西向伸展、南北斜向壓縮的“火炬”型，熔岩分布總面積約3100千米。熔岩台地的展布和火山錐的分布均呈東西走向的條帶狀，火山群的整體分布主要受東西向天山—陰山基底斷裂和北東向大興安嶺—太行山斷裂的雙重影響。

主要火山

北起錫林浩特市，南至達里諾爾湖—輝騰河一線的火山岩區統稱為達里諾爾火山岩區，所含火山統稱為達里諾爾火山群。

在衛星解譯與野外實地調查的基礎上，確認出內蒙古達里諾爾火山群88座火山錐體，另有約20座疑似火山有待進一步證實，大多為單成因火山。在野外勘查中發現北部岩區最南端的熔岩台地與南部岩區最北端在空間上相連，二者在形成時代上互有重疊。研究區內單成因火山種類齊全，噴發類型多樣，保存狀態完好，是中國板內單成因火山的典型代表。

內蒙古達里諾爾火山群按錐體形態將本區火山群分為截頂單錐形火山、複合型火山、盾形火山和殘餘型等四類，由於成分相近，其風化剝蝕和保留程度暗示了噴發時代的先後關係，根據錐體剝蝕程度和H/D值對本區部分火山活動的相對時序進行了分類。錐形及複合型火山位於火山群中部，而盾形火山多沿台地邊部分布，殘餘形火山則分布廣泛，表明台地邊部火山形成時間較早。

火山活動

活動歷史

早期造台地的拉斑玄武岩溢流式噴發規模更大，形成本區基底；晚期火山活動主要集中於台地中部並形成熔岩脊，火山活動規律是從邊部向中部遷移。

根據鑽孔火山岩年齡，達里諾爾火山活動可以追溯到中—上新世，但地表玄武岩熔岩台地及其上的火山錐體主要為第四紀火山活動產物，噴發活動可能延續到全新世。

噴發特徵

• 綜述

內蒙古達里諾爾火山群內典型火山機構表明，不同的噴發方式穿插於火山噴發過程：早期火山活動多以侵出和溢流為主，逐漸轉變為岩漿爆破式噴發（強斯通博利式，斯通博利式），晚期又過渡為溢流式噴發，噴發過程大體經歷一個爆破強度弱—強—弱的轉變，多數為中心式或裂隙—中心式噴發，射汽岩漿型的火山則是以劇烈的射汽岩漿爆炸開始，後期逐漸轉弱為岩漿爆破噴發和溢流噴發。火山噴發過程中火山產物出現牛頓流體，賓漢流體，層流，顆粒流，涌流，空降等不同類型的運動形式，自火口向遠源運動，形成差異化的火山產物。岩漿的輸送速率、上升速度，以及圍岩的類型，可能是造成達里諾爾火山群多樣化噴發的主要因素。

爆破式噴發

爆破式噴發泛指以猛烈的爆炸為特點的火山噴發方式。在研究區，大部分爆破式噴發類型屬於玄武質岩漿爆發中常見的夏威夷式噴發、斯通博利型噴發與強斯通博利型噴發，在個別火山出現射汽—岩漿爆發。

夏威夷式噴發（Hawaiianeruption）

特指爆破強度弱（爆發指數小於10）的熔岩噴泉噴發。研究區內大量火山錐的頂部堆積著厚層狀濺落堆積。以將軍嶺火山為例，其頂部有近5米厚的熔結的火山集塊堆積。熔岩噴泉噴發在火口周圍堆積大量塑性與半塑性熔漿和碎屑，這些物質重新熔結在一起，形成熔結集塊岩（agglomarate）。部分碎屑堆積在高溫塑性—半塑性時發生重力崩塌，發生二次流動，其特點是流動速度慢，整體上具有熔岩流外貌，形成碎屑成因熔岩（clast—geneticlava）。

在剖面上，這些碎屑成因熔岩呈層狀分布，層間有相互運動而形成的碎屑錯動，而層內是熔結在一起的碎屑，顆粒間沒有明顯的相互運動。由此推測在夏威夷式熔岩噴泉噴發過程中，塑性熔岩團塊重新熔結後發生層流（laminarflow）流動。在流體動力學中，當流體以平行層面低速度下流動時，流體趨於順層流動而不會側向混合，流體中也沒有發生漩渦；在層流中，流體顆粒的運動是非常有序的，顆粒接近於平行於層面的直線移動。重新熔結的熔漿和碎屑形成的混合物具有粘度大的特點，其流動僅受重力影響，因此流速也較低，這些因素促使其發生層流。

斯通博利型噴發（Strombolianeruption）

在研究區，這種類型噴發所產生的碎屑分布在火口附近，構成火山碎屑錐。以雙敖包火山錐體剖面為例，錐體總體堆積較為鬆散，剖面中常常夾雜熔岩團塊或熔岩層，其中碎屑粒度較粗，以1至5厘米紅褐色、灰褐色火山渣為主，中間夾雜大量火山彈、熔岩餅，火山灰含量低，局部出現弱熔結現象，略顯層理。碎屑錐頂部濺落堆積由褐紅色厚層碎屑熔岩構成，其中火山彈、熔岩餅等碎屑重新熔結，在堆積表層出現似熔岩流構造。利用捲尺對雙敖包火山碎屑錐剖面的粒度統計（統計樣本總量76件）顯示，火山碎屑粒徑集中在1—5厘米，占總數的95%。總體上反映了火山噴發過程中爆破強度較弱。

彈道拋射是斯通博利式噴發中常見的碎屑搬運方式。火山爆破噴發過程中，碎屑物質從火口高速向四周拋射，其初速度角度約在70—90度。碎屑物質受重力與空氣阻力影響沿彈道軌跡飛行並堆積於火口周圍。隨著火山碎屑在火口周圍的逐漸堆積，受重力作用沿斜坡發生垮塌。在研究區，發現大量碎屑錐剖面中都出現逆粒序層序結構，以雙敖包火山錐為例，它的剖面上顯示出是由大量相互不熔結的剛性碎屑顆粒組成，每一層中都出現逆粒序層序結構。在火山噴發過程中，垮塌的碎屑可能是以顆粒流（grainflow）的形式流動。在顆粒流中，顆粒間的介質（空氣）僅僅起到潤滑的作用，依靠顆粒間的互相碰撞使顆粒保持懸浮。在顆粒流中小的顆粒受重力影響從大的顆粒間隙中落下，因此造成逆粒序層序結構。

強斯通博利型噴發（violenceStrombolianeruption）

早期的火山學研究常把斯通博利式與強斯通博利式（或稱亞布里尼式）混淆在一起。作者先前的研究以阿爾山地區哈拉哈河—綽爾河火山群高山和焰山為例總結出這種不同於典型斯通博利式火山的特殊的噴發類型所產生的碎屑特徵。ValentineandGregg也對類似的噴發提出相似的認識，認為應把這種噴發作為單成因玄武質火山噴發方式的一個端元類型。這種類型的噴發與斯通博利型噴發的區別在於噴發指數更高，噴發過程中形成持續的噴發柱，火山產物中有空降火山碎屑席，如焰山、高山（趙勇偉和樊祺誠）。達里諾爾火山區內大敖包火山就屬於強斯通博利式噴發。由於大敖包噴發時間較為久遠，沒有發現火山錐周圍廣泛分布的空降火山碎屑席。因此本文從火山錐體火山渣剖面上碎屑粒度分選來說明其與斯通博利式噴發的區別。在野外利用捲尺對大敖包碎屑剖面的統計表明（統計數據2095件），99%的碎屑粒徑小於1厘米，91%的碎屑粒徑小於2毫米。這反映了火山噴發時爆破強度大，大部分岩漿物質破碎成為火山灰，以空落的形式堆積在火口周圍。

空降堆積見於噴發強度較強的超斯通博利式噴發中，如上文所述大敖包火山，其在噴發過程中有持續的噴發柱，大量碎屑在上升熱氣流持續作用下升至高空，最終受重力影響降落堆積在火山周圍，形成局部粒度分選較好的空降火山渣堆積。

射汽—岩漿噴發（phreatomagmaticeruption）

射汽—岩漿噴發是岩漿在向地表上升的過程中，遇到淺層的地下水、冰川或潮濕沉積物（含水層）時，水受熱轉化為蒸汽而引起的爆發，其產物有水蒸氣和圍岩或岩漿的碎屑，以急流的形式緊貼地面流動，稱為基底涌流或基浪（basesurge），最終形成涌流凝灰岩（surgetuff）。在伊和烏拉火山，存在大量射汽—岩漿噴發的地質證據。伊何烏拉火山頂部為鬆散的火山礫與火山塊構成的火山渣錐，而底部主體由凝灰岩（火山灰加圍岩碎屑等基浪堆積物）構成。這些凝灰岩廣泛分布在渣錐的四周，其中多為弱膠結的淺灰黃色圍岩碎屑，不同比例地夾雜著灰黑色脆性破裂的玄武岩塊以及不同程度磨圓的火山礫。凝灰岩中平行層理極發育，層理產狀大致平行於山坡。在射汽岩漿噴發過程中，噴發物以基底涌流的形式，貼近地表高速運動，顆粒間互相摩擦造成磨圓。這是顆粒流的一種特殊形式，其中碎屑物與氣體混合形成低密度流體，以非常快的速度運動，以聖海倫斯火山為例，其涌浪的速度可高達90—110米/秒（Schmincke）。

溢流式噴發

溢流式噴發是指熔岩沿岩漿通道以較平靜的方式噴出地表，形成熔岩河，熔岩湖等。大多數爆破式噴發漸近結束之際，都會轉變為熔岩從火口溢流噴發。但有的火山噴發從始至終就是平靜的溢流式噴發。這是兩種不同的岩漿噴發過程，與火山活動的構造控制、岩漿上升通道乃至岩漿成分有關。研究區的熔岩台地，無論形成時代早晚，都沒有見到明顯的火山碎屑錐，由此推測，它們最主要的形成方式就是溢流式噴發。在貝力克牧場花特敖包中更新世形成的一級熔岩台地上，結殼熔岩表層構造明顯。熔岩在此處形成一個南北走向的小型台地，台地中央部分是寬300米，長約2千米的低地。推測岩漿沿裂隙狀岩漿通道上涌，在地表形成火山簾，向兩側噴溢岩漿，噴髮結束後，由於裂隙式岩漿補給通道冷卻收縮，形成這種特殊的裂隙式熔岩溢出火口。由此可以推測，溢流式噴發在達里諾爾火山群中普遍存在，早期的熔岩台地可能都是這種噴發的產物。

有的溢流式噴發沿中心式岩漿通道，在地表形成坡度低緩的火山，它們有時也會有少量碎屑組份，但總體上以熔岩流構成，外形特徵上與碎屑錐明顯不同。這種單成因火山的溢流成因火山在平面外形上為圓形或橢圓形，地貌上形成盾形，稱為盾形火山（scutulumtype）。在達里諾爾火山群，盾形火山數量只有10餘座，但它們熔岩流分布面積通常很大。以阿斯根火山為例，熔岩盾體平面上呈橢圓形，長軸直徑達到1200米，火山坡度約為5°，熔岩流分布面積超過80平方千米。

侵出

當岩漿粘度大時，粘性熔岩受到內力擠壓，從相對狹小的岩漿通道中擠出，形成侵出成因的岩穹或岩牆。達里諾爾火山群內岩漿侵出現象常見，分為岩牆、岩穹與岩脊。

岩牆

鴿子山火山口保存有平行火山口走向的一系列岩牆，這些岩牆在火山口內呈平行的階梯狀分布，每個岩牆產狀近於直立，常曝露出一側岩牆面，在這些表面上可以見到小型水平柱狀節理髮育，表面相對光滑，推測在火山噴發最後階段，半塑性熔岩被擠出火口，剛出地表即冷卻成固結。因其等溫面平行豎直的岩漿通道，所以形成水平柱狀節理。

在伊和烏拉火山中也發育大量侵出岩牆。在凝灰岩構成的火山基底中，斷續有侵出岩牆出露，其中的裂理似正花狀構造，岩牆中央裂理為豎直方向，向邊部過渡為平行邊坡產出。岩牆中緻密熔岩破裂為稜柱狀，在岩牆項部表層以及岩牆與凝灰岩接觸面上發育球粒構造，反映出其經歷過快速侵出冷動的過程。

岩穹與岩脊

以白音庫侖，大黑山等為代表的火山，由一條或數條熔岩脊構成，有時形成數條熔岩脊呈放射狀展布。岩穹或熔岩脊的頂部見到自碎角礫岩，以及被同成分膠結形成的角礫熔岩。這種侵出有時發生在爆破式噴髮結束後，如白音庫倫、大敖包，有時火山本身從開始就以侵出為主。

大黑山是侵出式成因的最典型代表。大黑山總體形態為以主峰為中心，向多個方向呈放射狀分布多條山脊。山脊的中心部位為緻密熔岩，邊緣是呈疊瓦狀分布的板狀熔岩，最表層是紫紅色熔結的火山渣。這些火山渣粒度分選好，以火山礫為主，其中沒有熔漿團塊、熔岩餅等焊結介質。在垂直剖面上，這些火山渣呈現從表層向深部熔結程度遞增的規律。在熔結火山渣之下是侵出熔岩脊。這些熔岩脊坡度陡峭，大多大於45度，表層是薄層自碎熔岩角礫層，底部是厚層的緻密熔岩，這些熔岩當中常含有剛性火山岩碎塊，是熔岩尚處塑性時，在侵出過程中捲入表層自碎角礫所致。

這些現象表明，在熔岩侵出時，已經產生一定的屈服強度，表現出賓漢（Bingham）型塑性流體（非牛頓流體中的一種）的流變學行為。正是由於這種特性，熔岩侵出時在強大擠壓力作用下，像牙膏一樣被擠出火口，在距離火口不遠的地方，形成邊坡陡峭的熔岩山脊。在侵位過程中，山脊中心高溫的塑性流體對表層的物質，如表層冷凍自碎的岩塊和先前空降的火山渣，進行重新熔結並形成大黑山熔岩脊剖面中的各種地質現象。與之作為對比的是，在溢流式噴發中，基性岩漿流體在高於液相線溫度條件下粘度相對較小，像水流一樣受重力作用向低處流動，此時更接近牛頓流體。

定向排列

內蒙古達里諾爾火山群中很多火山的火口沿高度有規律地不對稱分布，火山錐的西北側火口沿具有較低的海拔高度，而東南側火口沿普遍具有較高的海拔高度。濺落堆積物大量出現在東南側火口沿，形成厚層熔結集塊岩堆積，在東南側火口內坡上，也布滿順坡固結成層的碎屑成因熔岩；而在西北側火口沿，濺落物只是零散地以薄層出現，西北側火口內坡上沒有碎成熔岩；這種現象普遍出現在區內火山中。

科學研究

價值意義

內蒙古達里諾爾地區火山活動規模大，持續時間長，保存逾百座單成因火山。豐富的第四紀火山產物提供了絕佳的研究樣本，使這裡成為研究大陸板內火山作用理想的天然實驗室。內蒙古達里諾爾火山群中對未來火山噴發災害最有啟示意義的晚第四紀（中更新世晚期以來）火山作為研究對象，在火山地質調查基礎上，開展火山地質與形貌研究，限定岩漿通道系統在深部的特徵，致力於探索火山作用與構造活動相互關係。

中亞造山帶是一條橫亘在西伯利亞—俄羅斯克拉通與華北—塔里木克拉通之間的一條巨型的造山帶。它的形成過程始於約10億年前，代表了顯生宙以來亞洲大陸的一次重要的增生過程。達里諾爾火山群位於中亞造山帶中部，地處索倫縫合帶附近，在北東東向的錫林浩特斷裂與林西斷裂之間。其所處構造背景遠離現代板塊俯衝帶與碰撞帶等板塊邊緣環境，是中國最為典型的板內單成因火山群。為了解釋單成因火山的成因機制，研究火山岩漿通道系統特徵必不可少。岩漿通道系統的性質在很大程度上影響著火山噴發物理過程與火山類型。岩漿通道在地表的出露位置決定著火山口的方位，通道的形態決定著火山物質噴射方向和最終堆積位置，而岩漿通道中岩漿輸送的速率和頻率與火山的噴發強度、活動時間、噴發次數、火山產物多少直接相關。由於岩石力學特性，岩漿通道在岩石圈淺部常常以岩漿補給裂隙的形式出現。對火山群內岩漿補給裂隙（通道）或岩牆控制因素的研究對理解火山作用的方式，以及評估一個地區火山噴發危險性有重要意義。通過野外火山地質地貌的參數化定量研究，結合室內模擬實驗研究，確定岩漿補給通道的控制因素，是火山學研究的新熱點。