长白山天池火山顶部黄色物质成因的初步探讨

尹功明 樊祺诚

(中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京 100029)

0 引言

长白山天池火山是目前中国境内保存最为完整的新生代多成因层状火山，火山活动经历了造盾(早更新世2.77～1.203Ma BP)、造锥(中-晚更新世1.12～0.04Ma BP)和全新世喷发3个发展阶段，3个阶段岩浆成分从玄武质—粗面质—碱流质代表其演化过程。长白山为典型的火山地貌，长白山天池是“千年大喷发”的火山口。根据火山地质、年代学和史料记载，天池火山距今5ka以来有过多次喷发活动(刘若新等，1998)。

长白山天池火山全新世喷发物披覆于环绕天池火山口缘诸山峰顶部及锥体外侧的一些平缓阶坡上，北坡天文峰—白岩峰一带是观察不同时期喷发物的最佳地段。在天文峰，发育1套黄色“碎屑”物质，外貌特征非常突出(照1)。目前这套黄色物质被认为是距今5ka左右1次爆炸式火山作用产生的碱流质浮岩(刘若新等，1998)。但是，火山熔岩或火山物质通常为黑色、灰色。如果是一次独立的火山喷发物形成的黄色浮岩，则原始的熔浆必须为黄色。同时，这套黄色物质与下伏、周边火山物质层的界线不明显，是渐变的。因此，这套黄色“浮岩”的成因是有争议的，1980年5月18日美国圣海伦斯火山喷发物的研究为我们解开这个迷团提供了新的思路(中央电视台，2012)。

1 圣海伦斯火山

圣海伦斯火山(Mount St.Helen′s Volcano)位于美国太平洋西北区华盛顿州的斯卡梅尼亚县，西雅图市以南154km，波特兰市东北85km处，海拔2 549m，是喀斯喀特山脉的一部分。圣海伦斯火山是包含160多个活火山的环太平洋火山带的一部分。圣海伦斯火山与长白山同为碱流质。

在1980年的喷发前，圣海伦斯火山因形状匀称，山顶布满积雪，很像日本的富士山，故被称为“美国的富士山”，吸引了众多旅游者。圣海伦斯火山于1980年3月27日突然复活﹐在火山深处发生了1次4.2级地震，随后陆续发生了一系列3～4级地震和火山振颤。3月27日开始的蒸汽喷发呈现了其火山特征。1980年3月20日发现火山活动异常后，美国地质调查局和华盛顿大学迅速增设了大量监测仪器，开展了较全面的监测工作。进入5月，火山工作者观察到火山先在北侧隆起。5月18日，圣海伦斯火山喷发，分成2个阶段:首先是新隆起区的崩塌，然后是侧向喷发;停止半小时后，发生最为剧烈的喷发，烟云冲向2万m高空，火山灰随气流扩散至4 000km以外，撒落在距火山800km处的也有1.8cm厚。火山附近河流被堵塞、改道，许多道路被埋没。火山喷发后﹐附近地形发生显著变化﹐原来的火山锥顶部崩塌，形成1个长3km、宽1.5km、深125m的新火山口。

由于从3月开始，美国火山工作者进行了全方面的监测，无论是喷发前还是喷发后，都留下了丰富的实际资料。在喷发后，科学家对圣海伦斯火山喷发开展了详细的调查和研究。他们发现在这次火山口壁的顶部有几m厚的黄色物质，以前是不存在黄色物质的，也不是岩浆侵入物，更不是此次的喷发物。同时，在20km之外的本次喷发火山堆积物的底部也发现了这套黄色物质。

通过对这套黄色物质的研究，他们认为:随着岩浆的上升，带来热水，同时加上地表积雪受地下热所融化以及降雨，这些地表水向下渗透。在岩浆高热的作用下，在岩浆的顶部，原先的地表岩层中充填了大量的高温热水。这些高温热水与岩石发生化学交换，原先的岩石产生腐蚀，使原本为灰色或黑色的岩石成为黄色。由于热水作用，黄色物质的含水量相对较高。同时，由于受岩浆上升隆起作用以及发生高温热水化学作用，使岩浆上覆盖层和周边的岩石碎裂、松散。

2 长白山天池火山顶部黄色物质

长白山天池火山顶部的黄色物质有以下物征:

(1)这套黄色物质与周边的灰色、黑色岩石没有明显的界线，是渐变(照1)的，以前把黄色物质作为单独一期火山喷发时，这个现象无法解释。如果用热水交代的成因就很好解释。

(2)含水量高:根据成分分析，黄色物质的含水量明显高于周边的灰色、黑色岩石(表1)，以及其他地区的火山喷发物。黄色物质含水量高的原因以前一直没有得到很好的解释。

(3)外观破碎，不完整。很容易被认为是“浮岩”。

(4)黄色物质在天池火山顶部靠近内壁一侧局部分布，规模较小。由于是热水作用形成黄色物质，在“千年喷发”之前形成的黄色物质可能只是岩浆的盖层，经过喷发破坏后，只能局部保留下来。

照1 长白山天池火山顶部黄色“浮岩”堆积物Photo 1 The yellow material at Changbaishan Tianchi volcano.

表1 天池火山全新世火山岩主量元素(%)和微量元素(μg/g)分析结果(据樊祺诚等，1999)Table 1 The major-and trace elements contents of the Changbaishan Tianchi Holocene volcanic rocks(after FAN Qi-cheng et al.，1999)

3 长白山天池火山顶部黄色物质成因推测

上述长白山天池火山顶部黄色物质无论是外形还是产出特征，以及化学成分分析，可能不是一次独立的喷发事件的产物。类比1980年5月圣海伦火山喷发的研究成果，我们也可以推测长白山天池火山顶部黄色物质的成因如下:在“千年喷发”岩浆上升接近地表阶段时，在岩浆顶部，充满高温热水，这些高温热水与周围岩石(早期火山物质)发生交代作用，使其颜色发生变化成为黄色(褐黄色、桔黄色)，同时碎裂(或原本就是先期的火山喷发碎屑)。“千年喷发”之后只在局部保留下来。因此推测，长白山天池顶部火山黄色物质不是一次独立的火山喷发物，而是“千年喷发”时热水交代作用的产物。

本小文只是借鉴圣海伦斯火山黄色物质的成因，提出对长白山天池火山黄色物质成因的新思路，以供讨论。

樊祺诚，刘若新，魏海泉，等.1999.长白山天池火山全新世喷发与岩石地球化学特征［J］.地质论评，45(7):263—271.

FAN Qi-cheng，LIU Ruo-xin，WEI Hai-quan，et al.1999.Petrogeochemical Characteristics of Holocene Eruption of the Tianchi Volcano，Changbai Mountains［J］.Geological Review，45(7):263—271(in Chinese).

刘若新，魏海泉，李继泰.1998.长白山天池火山近代喷发［M］.北京:科学出版社.

LIU Ruo-xin，WEI Hai-quan，LI Ji-tai.1998.Recent Eruption of the Tianchi Volcano，Changbai Mountains［M］.Science Press Beijing(in Chinese).

中央电视台.2012.探秘地球:圣海伦斯火山［R］.

CCTV.2012.Discover earth:Mount St.Helen′s Volcano［R］.