内蒙古贝力克玄武岩台地火山地质及成因探讨

陈生生 樊祺诚 赵勇伟 隋建立

(中国地震局地质研究所，北京 100029)

内蒙古贝力克玄武岩台地火山地质及成因探讨

陈生生 樊祺诚 赵勇伟 隋建立

(中国地震局地质研究所，北京 100029)

根据火山地质特征，内蒙古锡林郭勒地区的新生代玄武岩可以划分为阿巴嘎玄武岩、贝力克玄武岩和达里诺尔玄武岩，呈NW-SE向展布。贝力克玄武岩以面积小、没有火山锥体、岩性较为单一(绝大多数为拉斑玄武岩)及不含慢源包体的熔岩台地而显著区别于另两种玄武岩。贝力克玄武岩以发育4级高低错落有致、大小不一的熔岩台地为特征，各级熔岩台地标高变化依次为:1034～1057m、1070～1120m、1150～1200m和1280m以上。结合前人年代学研究结果，贝力克玄武岩台地的年代为上新世中期至更新世中期，并形成一种台地标高越高其年龄越老，即上老下新的格局，这种格局的形成是新构造运动使得地壳发生差异性抬升的结果。

内蒙古贝力克 玄武岩台地 地质特征 成因探讨

0 引言

内蒙古锡林郭勒地区存在一大片面积超过9000km2的新生代玄武岩，作为中国东部新生代玄武岩的重要组成部分之一，前人对该地区玄武岩的火山地质、火山年代学等方面进行了一些研究(林儒耕，1979;罗修泉等，1990;刘嘉麒，1999;张臣等，2004;Kung-Suan etal.，2008;刘俊杰等，2008)，但对该区玄武岩的划分和命名不尽一致:内蒙古自治区地质局1/20万区域地质报告(1974)中把贝力克牧场、蘑菇场、白银库伦军马场一带通称作辉通梁(作者注:亦称灰腾梁)玄武岩;林儒耕(1979)把这个地区一分为二，南部达里诺尔火山岩和北部阿巴嘎火山岩;罗修泉等(1992)把整个岩区叫做阿巴嘎岩区，并分为南、北2个独立台地;刘嘉麒(1999)把所谓的北部和南部2个独立台地统称为达里诺尔(阿巴嘎旗)火山群;此外还有一些如灰腾西里、白银库伦西里等不同名称。根据火山地质特征，我们将西北部的阿巴嘎地区和东南部的达里诺尔地区，以及它们之间的贝力克地区火山岩大致从西北往东南划分为3个部分:阿巴嘎玄武岩、贝力克玄武岩和达里诺尔玄武岩。本文重点讨论贝力克玄武岩台地的地质特征及台地成因，这将有助于进一步探讨锡林郭勒地区新生代火山活动的时空演化规律及动力学背景。

1 地质背景

内蒙古中东部经纬度在114°～117°E、43°14'～45°20'N之间的区域内存在着3大片大致呈NW向展布的新生代玄武岩(即阿巴嘎玄武岩、贝力克玄武岩和达里诺尔玄武岩)，其中阿巴嘎玄武岩往NW方向越过中蒙边界后与蒙古国南部的达里干加玄武岩连成一片(图1)。新生代喜马拉雅构造运动在本区有着强烈的表现:地壳的差异性升降运动和中生代及古生代断裂(主要为天山-阴山EW向断裂带与NNE向大兴安岭-太行山断裂带)的多次复活，沿着古断裂带有大面积基性岩浆喷溢，在阿巴嘎地区和达里诺尔地区别分形成了大面积的多级熔岩台地和上百个规模大小不等的火山锥，而在贝力克地区则发育4级高低错落有致的熔岩台地。本区除了出露大面积的新生代玄武岩以外，华力西晚期的中酸性侵入岩(主要为闪长岩、石英闪长岩等)也十分发育，出露的地层主要有上新统宝格达乌拉组、更新统的阿巴嘎组和全新世以风成沙为主的堆积，冲积及湖积类型和坡积、洪积类型等几种成因类型的第四系沉积物，而古生代及中生代的沉积地层很少出现。

图1 内蒙古贝力克玄武岩台地分布图(左)和钻孔XZK4剖面图(右，据罗修泉等，1990)Fig.1 Distributionmap of basalt platform in Beilike，Inner Mongolia(left)and the section of borehole XZK4(right，after Luo et al.，1990).

2 阿巴嘎、达里诺尔玄武岩研究历史

阿巴嘎岩区为内蒙古草原上最大的一片玄武岩分布区，面积达6,300多km2，南北宽达160～200km，东西长为50～140km，整体成菱形展布。该岩区和蒙古人民共和国东南部的达里干加新生代玄武岩连成一片，为亚洲东部面积最大的晚新生代板内玄武岩(Kung-Suan et al.，2008)。火山活动方式有中心式喷发和溢流式喷发，形成众多火山口(锥)及大面积的熔岩台地，熔岩台地海拔高度为1000～1300m，地形呈阶梯状。罗修泉等(1990)报道了在阿巴嘎旗以北和以西共发育3层玄武岩，依次形成3级熔岩台地;也有学者在阿巴嘎旗以东观察到4层玄武岩，各层之间都有沉积夹层，表明有4次火山喷发活动，除第1级台地上没有发现火山锥外，其余3个台地均有大量的火山锥发育①刘仁民，郝先义，1983，集宁玄武岩、阿巴嘎玄武岩地质特征及时代确定(工作报告)。;张臣等(2004)把整个岩区划分为4层玄武岩层，期间有厚度不等的沉积夹层，第1次至第4次喷发形成的玄武岩厚度依次为11.3m、16.5m、40m和6.3m。玄武岩层数的不确定性说明了阿巴嘎地区火山地质的复杂性。各级熔岩台地之间一般以陡坎为接触关系，台地表面产状近水平，台地厚度各处不一，火山锥附近较厚，台地边缘逐渐变薄，柱状节理十分发育。大约有200座火山沿着NEE向展布，为全国最大的火山群，其中在中蒙边界上发育有十几座火山(张大泉，1986)。岩性主要是一套钠质碱性玄武岩，并且含有尖晶石二辉橄榄岩、方辉橄榄岩、纯橄榄岩、橄榄二辉岩等深源超镁铁质包体(杨建军，1988;张臣等，2006)。玄武岩的年代主要集中在中新世—上新世晚期(14.57～2.55Ma)(罗修泉等，1990;Kung-Suan et al.，2008)。但根据张臣等(2004)研究及本次野外考察发现，该地区存在一些保存较为完好的火山锥体，它们是第四纪火山活动的产物，不排除存在个别全新世火山。

达里诺尔熔岩台地是以东南部的达里诺尔(湖)命名的，面积约3000km2，东西长约90km，南部宽约40km，台地海拔1200m以上，从贝力克牧场西南方向开始至浑善达克沙地北缘，台地呈菱形分布。此台地发育几十个座火山，火山锥规模大小不一，年代较新的锥体保存较为完整，其形态一般有截头圆锥状、马蹄形及不规则形状。林孺耕(1979)将主要火山的坐标用经验回归方程计算，结果显示了台地上的火山锥主要受华夏(NEE向)和新华夏(NE向)所控制，在断裂交叉处的火山锥，其规模相对较大。岩区玄武岩的年龄分为2期，即中新世中期和上新世中期至第四纪(Kung-Suan etal.，2008)。其中，第1期熔岩只在白银库伦军马场XZK6钻孔中发现(罗修泉等，1990)，它属于中新世的昭乌达组，由灰绿色、灰黑色致密块状、气孔状、杏仁状玄武岩、辉石玄武岩和橄榄玄武岩组成，夹1～3层砂砾岩及1～5层粉砂质泥岩。野外调查显示，该地区存在一些锥形较为完好的火山锥，锥体外侧发育典型的“羊尾沟”，火口内壁较陡峭，植被稀疏，说明它们受后期风化剥蚀作用较弱，为第四纪火山活动的产物。个别火山锥体及火口内部喷发物保存十分完好的可能为全新世喷发的产物。

从图1中可以看出，阿巴嘎玄武岩、贝力克玄武岩和达里诺尔玄武岩大致呈NW向展布;地理位置上，贝力克玄武岩处在阿巴嘎玄武岩和达里诺尔玄武岩的中间，面积近400km2，为三大岩区中面积最小的一个。贝力克玄武岩熔岩台地从锡林浩特市以南开始，至贝力克牧场平顶山，从位置上它虽然处在阿巴嘎玄武岩和达里诺尔玄武岩的中间，但在火山地质和岩石学特征等方面明显地区别于后两者，主要表现在:1)出露的熔岩台地面积最小;2)发育非常明显(高低错落有致、大小不一)的4级熔岩台地;3)没有发现火山锥及火山碎屑岩;4)岩性较为单一，绝大多数为拉斑玄武岩，极少量碱性玄武岩;而阿巴嘎地区和达里诺尔地区则以碱性玄武岩为主(张臣等，2004;Kung-Suan et al.，2008);5)玄武岩中没有发现深源超镁铁质岩石包体。

3 贝力克玄武岩台地地质特征

前人把贝力克和达里诺尔两个地区作为一个整体，认为该区发育2～5级熔岩台地(林儒耕，1979;罗修泉等，1990;刘嘉麒，1999)。我们根据前述的贝力克玄武岩台地地质特征，将贝力克玄武岩与达里诺尔玄武岩分开。大致从北往南方向初步划分出4级熔岩台地。第1级熔岩台地主要分布在锡林水库西岸，台地标高在1034～1057m之间;第2级熔岩台地在第1级熔岩台地以西并且主要沿着G207公路两侧分布，标高在1070～1120m之间;第3级熔岩台地分布在贝力克牧场的NW方向和SE方向，标高在1150～1200m之间，明显高出第2级熔岩台地约40m;第4级熔岩台地标高为1280m以上，主要分布在贝力克牧场SW方向的平顶山。

溢流式玄武岩常常由于分布面积和厚度较大而成为熔岩台地，但是不同古地理环境的玄武岩台地具有不同的发育过程。贝力克玄武岩的地质地貌特征主要受地质构造、后期流水冲刷及风化剥蚀作用的影响。第2，3，4级熔岩台地之间均以陡坎为接触关系，陡坎高度一般在20～100m之间，陡坎坡度一般为30°～40°;第1级熔岩台地和第2级熔岩台地之间以中生代华力西晚期闪长岩为界。这些熔岩台地一般呈顶面平展、边缘有陡坎的玄武岩平顶山地貌景观。第3级熔岩台地南部和第4级熔岩台地西南部可能还存在面积更大的玄武岩，只是被后期熔岩或第4纪沉积物所覆盖了。本地区各级熔岩台地发育大小规模不同的柱状节理，第4级熔岩台地最为发育，第3级熔岩台地次之，第2级熔岩台地的柱状体没有很好地出露，第1级熔岩台地也只在锡林水库及锡张铁路路基挖开处可见柱状体。从207国道西望贝力克熔岩台地高低错落有致、锥体大小不一，成为一道优美的地质景观(图2)。

野外调查结果显示，贝力克玄武岩为一套火山熔岩，没有发现火山锥及火山碎屑岩，但这并不意味着不存在火山锥。我们在第4级熔岩台地边缘发现熔岩台地由于受风化剥蚀及流水冲刷等强烈作用而被切割成一个个独立的小平台，由此可见后期外力作用对火山地貌的改造十分强烈。据此推测早期可能存在火山锥体，之后经过长时间的风化剥蚀及流水冲刷等外力的强烈作用，特别是新构造运动引起地壳的抬升作用加快了外力对锥体的破坏速率。贝力克地区的骆驼山可能是一座已经被后期外力严重破坏的火山锥体。

一般认为沿河谷两岸分布的，由于河流堆积和侵蚀交替作用而形成的阶梯状地形叫做河流阶地。同一级河流阶地平行于河岸分布，并且河流阶地海拔越高其离河岸越远。覆盖在河流阶地上的玄武岩通常称为阶地玄武岩，即它的成因和河流阶地演化有关。贝力克玄武岩仅分布于锡林河西侧，呈单向分布。沿锡林河西岸从东向西，地势渐高，形成海拔不同的4级熔岩台地，因此认为贝力克玄武岩为一套受多期地壳抬升作用形成的4级熔岩台地而非阶地成因。

3.1 第1级熔岩台地

主要分布在锡林水库西岸，东西长为8～10km，南北长约10km，面积大概为80km2，约占整个台地面积的20.5%。地势上，台地西侧高，东侧低，变化幅度在20m左右，这可能反映了当时的一个古地形或者岩流的方向性。西侧台地玄武岩基本被第四纪沉积物覆盖，而东侧水库边的玄武岩出露很好。锡张铁路从台地西侧穿过，在铁路路基挖开处可见很好的玄武岩剖面。在此剖面和西侧的锡林水库附近皆可见非常发育的柱状节理，将岩石切割成多边形的柱体，常见的柱面有六边形，也有四边形、五边形和七边形，柱体垂直于熔岩层的层面(Long et al.，1986;陈旭等，2008)。此熔岩台地柱状体的柱面以六边形和四边形为主，厚度在1～2m之间。六边形形状大小不一，边长最大为85cm，最小为30cm;四边形边长一般为40～50cm。东侧台地玄武岩不整合在晚更新世时期的河湖相沉积物之上(内蒙古地质矿产局，1991)，玄武岩厚度为2～3m。局部玄武岩表面有一层钙质层，隐伏的沉积层中含有白色的膏盐，反映了当时的气候比较干燥，蒸发量也比较大。此外，此台地玄武岩中气孔极其发育，多而密。气孔直径大小不一，一般为1cm，最大约5cm。

图2 贝力克地区火山地质地貌Fig.2 Volcano geology in Beilike area.

3.2 第2级熔岩台地

第2级熔岩台地主要沿着207国道以SN方向呈长条状分布，宽度变化在3.5～9km之间，长度大约20km，分布面积为160km2，占全部台地面积的41%。和第1级熔岩台地一样，从西往东，高程依次变低，变化幅度在50m左右。熔岩主要为一套气孔玄武岩，气孔大小为2～3cm，最大14cm。台地大部分被全新世的坡积、洪积物覆盖，洪积物由磨圆度及分选性差和大小不均的砾石、岩石碎屑、泥沙质混合物构成。由于第四纪覆盖较为严重，柱状体没有很好地出露。

在台地东南侧昌图敖包附近的钻孔XZK4中可见4层玄武岩，中间有沉积夹层:砂岩，砂砾岩、黏砂土和千枚岩，表明了这个地区至少发生了4次火山活动。钻孔XZK4中的沉积夹层主要为更新世湖相红色泥岩层(罗修泉等，1990;内蒙古地质矿产局，1991)。

此熔岩台地与第1级熔岩台地不呈陡坎接触关系，但它们之间以产于中生代华力西晚期的闪长岩为界。由此台地上往SW方向可见第3级和第4级熔岩台地高低错落有致，成为一道壮观的地质景观。

3.3 第3级熔岩台地

第3级熔岩台地分布在贝力克牧场的NW方向和SE方向，该台地北部从一棵树农场开荒队开始往南至平顶山风景区，标高在1150m以上，明显高出第2级台地约40m，分布面积为70km2，约占全部台地面积的18%。该台地处在第4级台地的NE方向，由于受流水冲刷作用的影响，中间比较低，南北侧比较高。顶部发育柱状节理并可见许多片状玄武岩，柱状体的顶部常常因氧化作用而呈红褐色或黄褐色，盛行的西北风使得台地的NW方向坡度比较陡而SE方向比较缓。沿第3级台地底部边缘发育一条河流冲沟，宽度2～6m，深度1～3m。台地顶部边缘的柱状体由于风化及重力作用的影响，个别柱状体有往外倒的倾向。柱状节理的发育反映了一定的环境条件，即宁静的喷发活动、较为平坦的地形及足够的岩流厚度等(徐松年，1980)。

在此台地陡坎中有一沉积夹层出露，据内蒙古自治区区域地质志可知，此夹层属于上新统宝格达乌拉组，主要为一套土黄色泥岩、砂质泥岩及粉砂岩，它与上覆的玄武岩呈假整合接触关系。在第3级台地东边约100m处，发现一些高程介于第3级台地和第2级台地之间的孤立小山，它们可能是第3级熔岩台地边缘经历风化剥蚀和流水冲刷作用的产物。

和第4级熔岩台地相比，在第3级台地顶部较少或没有发现柱状节理，可能是因为第3级熔岩台地地势比较低，受风蚀作用的影响比较小，一些柱状体没有很好地暴露出来。

此熔岩台地NE方向与第2级熔岩台地呈陡坎接触关系。

3.4 第4级熔岩台地

第4级熔岩台地标高在1,280m以上，出露面积为80km2，占全部台地面积的20.5%，主要分布在贝力克牧场平顶山并向SW方向延伸，往西到达新庙，往南至布尔等希热，越过一片全新世以风成沙为主的堆积物后就是著名的达里诺尔玄武岩。此熔岩台地形成时代最早、标高最高，因此受后期外力作用最强。顶部可见最为明显的柱状节理，厚度可达数m，它们呈六边形、不规则四边形等，在台地边缘往往形成陡崖峭壁，柱状体的顶部常常因氧化作用而呈红褐色或黄褐色。此台地面平坦开阔，前缘陡坎明显，坎高一般为50～150m，坡角为30°～40°，局部近90°而成为峭壁。因长期风化剥蚀作用及流水冲刷作用，台地中部特别是边缘冲沟尤其发育，冲沟一般成树枝状，宽度一般1～5m，深度一般1～3m(图2)。这些冲沟把台地边缘部分切割成一个个小的独立平台。这些平台有的呈孤立的截头圆锥体;有的因后期严重破坏，顶部平台消失而成圆锥体。这种受流水作用形成的圆锥体直径一般在100m以上。在熔岩台地的陡坎中间可见一套原划分为中更新世的湖沼白色沉积层，它与上覆的灰黑色气孔状玄武岩呈平行不整合接触关系，玄武岩厚度10～20m(罗修泉等，1990)。

钻孔XZK4中B25、B26和B27层位的玄武岩年龄和第4级台地玄武岩年龄相似，说明可能有更多的第4级台地玄武岩隐伏在不同时代的熔岩台地中。钻孔中玄武岩之间的沉积夹层说明了此次火山活动具有多旋回的特点(张大泉，1986)。

站在此台地上往南望，可见一大片达里诺尔的火山群，非常壮观!

4 贝力克玄武岩台地时代问题

有关贝力克玄武岩台地的年代学研究，由于它不像阿巴嘎地区和达里诺尔地区那样发育大规模的火山锥，因此很少引起有关研究者的注意，有的甚至把它归并为达里诺尔玄武岩的一部分。目前只有罗修泉等人(1990)对其进行过年代学工作。结合阿巴嘎地区和达里诺尔地区玄武岩的年龄资料，以下对该区玄武岩的年代学问题做初步的探讨。

阿巴嘎玄武岩年龄跨度在14.57～2.55Ma之间。火山喷发活动开始于中新世中期，而在晚中新世达到高潮，上新世晚期基本结束(罗修泉等，1990;Kung-Suan et al.，2008);没有精确的年龄数据显示第四纪的火山活动，但是根据野外考察发现阿巴嘎地区存在大规模的保存较为完好的火山锥，推测该地区的火山活动可能持续到第四纪，这个结论和张臣等(2004)的研究结果相一致。达里诺尔玄武岩年龄基本上集中在上新世中期到第四纪((3.27±0.27)Ma至0.16Ma)，只在一个钻孔中发现了中新世中期(15.12±0.92)Ma的玄武岩。内蒙古的阿巴嘎玄武岩及其相邻的处在蒙古国境内的达里干加玄武岩中亦发现了中新世的熔岩(Kononova et al.，2002)，说明锡林郭勒地区中新世的熔岩可能有大面积的分布，只是被后期的年代较新的熔岩或第四纪沉积物所覆盖。罗修泉等(1990)研究表明，贝力克玄武岩主要为上新世中期到更新世中期((3.27 ±0.25)Ma至(0.47 ±0.2)Ma)火山活动的产物。

罗修泉等(1990)把贝力克地区划分成3级玄武岩台地(时代分别为更新世中期、上新世晚期、上新世中期)，在他们研究的基础上，并根据野外调查结果，我们重新把第1级台地再分为2个独立的台地，证据如下:1)这一级台地由2个不相连的小台地组成，它们之间被中生代的闪长岩隔开;2)这2个小台地的高差也有所不同(分别为1034～1057m和1070～1120m);3)2个小台地的年龄跨度比较大(左侧小台地玄武岩时代为中更新世，右侧小台地时代为早更新世)。因此，认为第4级熔岩台地年龄为上新世中期;第3级熔岩台地年龄为上新世晚期;第2级熔岩台地年龄为更新世早期(即昌图敖包钻孔XZK4最上层B24);第1级熔岩台地年龄为更新世中期。这样就形成了一种熔岩台地标高越高其年代越老的现象，即上老下新的格局。有关熔岩台地更为全面的年龄测试工作正在进行中，这将有助于进一步分析贝力克地区火山活动的时空规律及玄武岩台地演化过程。

5 贝力克玄武岩台地成因探讨

亚洲东部广泛分布着新生代的板内火山活动，其活动分散、火山锥体较小，由中心式喷溢产生的熔岩范围一般＜30km2(Barry et al.，2003)。Barry等发现在中国的华北至蒙古的一些地区广泛分布的玄武岩具有相似的地球化学特征，说明这些玄武岩具有一个相似的地幔源区或岩浆过程，但是目前关于整个亚洲东部玄武岩浆产生的机理还存在着一些争论。Chung等(1994)认为，印度板块向欧亚板块碰撞或者太平洋板块向欧亚板块俯冲引起岩石圈的被动扩张或者软流圈的上涌，从而导致了岩浆作用的发生;有的学者通过研究蒙古高原玄武岩后认为是地幔柱与岩石圈相互作用的结果，局部地区发育的断裂则是印度板块与欧亚板块碰撞后的远程效应(Brian，1993)。此外，还有一些学者认为是地幔柱或热点成因。无论是哪一种情况，都不能给出完美的答案。但毫无疑问，它们可能引发了新构造运动的发生，主要表现在以下2点:1)断裂性质发生了改变，一般由原来的压性或压扭性改变为张性或张扭性，而拉张的环境有利于火山活动的产生;2)局部地区地壳的阶段性、差异性抬升运动。

自上新世以来，贝力克地区频繁的火山活动形成多期玄武岩，同时伴随着构造抬升和之后强烈的风化剥蚀作用，最终在锡林水库至贝力克地区出现众多大小不一的玄武岩平顶山，依次从低到高形成4级熔岩台地，其时代依次为更新世中期、更新世早期、上新世晚期、上新世中期，这样便形成一种台地高程越高其年龄越老的格局。这些玄武岩熔岩台地在锡林河以西地区呈单向分布，锡林河以东地区主要为中生代花岗岩，因此有别于沿河流两侧对称分布的河流阶地，推测贝力克熔岩台地这种“上老下新”的现象是新构造运动抬升作用的结果。

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GEOLOGICAL CHARACTERISTICS AND GENESIS OF BASALT PLATFORM IN BEILIKE，INNER MONGOLIA

CHEN Sheng-sheng FAN Qi-cheng ZHAO Yong-wei SUIJian-li
(Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China)

Cenozoic basalts distribute along NW-SE direction in Xilinguole，Inner Mongolia.According to volcanic geology，they are divided into three volcanic fields，namely，Abaga basalt，Beilike basalt and Dalinuoer basalt.The Beilike basalt is distinctive to the other two basaltic areas，for its characteristics of simple petrology of tholeiite，no volcanic cones or vents surviving from aging，and mantle derived xenoliths free.Geographically，Beilike basalt forms four steps of lava platforms at different heights:1034 ～1057m，1070 ～1120m，1150 ～1200m and 1280m，respectively.Isotopic dating reveals the ages of the Beilike basalt varying from middle Pliocene tomiddle Pleistocene，and the upper lavas are older than the lower ones.According to this fact，we can tell the scenario of the Beilike basaltas that the Cenozoic volcanic eruptions form the lava shield，then it is elevated by episodic uplift of the Neotectonic movement.

Beilike Inner Mongolia，basalt platform，geological features，genesis

P317.3

A

0253-4967(2011)02-0430-10

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.02.016

2011-01-04收稿，2011-03-28改回。

国家自然科学基金(40972047)资助。

陈生生，男，1986年生，中国地震局地质研究所在读硕士研究生，研究方向为火山地质学与火山岩地球化学，E-mail:shengshengqiuqiu@163.com。