辽宁宽甸新生代火山群地质遗迹的保护价值

辽宁宽甸新生代火山群地质遗迹的保护价值【摘 要】宽甸火山群是新生代形成的地质遗迹，具有多期性、多种岩石组成、含有大量的上地幔橄榄岩包体和丰富的巨晶矿物的特点，且有特殊的火山岩地貌景观；保护宽甸火山群地质遗迹对于科研和旅游具有重要的意义。【关键词】宽甸新生代火山群；地质遗迹；科研；旅游1.概述火山是探索地球内部奥秘的窗口，大批科学家对其进行考察和研究，因为它是可用以追索地球演化历史，反映地质演化过程和物理、化学条件或环境变化的重要地质遗迹。这是人类认识地质现象、推测地质环境、演变条件和恢复地质历史的科学依据。宽甸新生代火山群具有大量的上地幔橄榄岩包体、其丰富的巨晶矿物以及其岩浆演化历史是教学实习、科普教育和科学研究的基地；火山群又具有奇特壮丽的地貌景观，吸引了无数旅游者前来观光游览，它也是旅游观光的胜地。2.宽甸火山群的位置与地貌2.1 地理位置宽甸火山群位于宽甸县城北部、西部和南部，三面环绕县城。其中，黄椅山火山锥位于宽甸城西约2km ；青椅山火山锥位于宽甸城西偏北直距12km ；椅子山火山锥位于宽甸城西偏北直距10.4km ；大川头火山盾位于宽甸城北直距9km；蒲石河玄武岩柱林位于宽旬城西蒲石河两岸；甬子沟玄武岩柱林位于宽甸城南偏西8km 。火山群围绕宽甸县城分布，面积约500km2 （见图 1）。有凤城至上河口铁路经火山群北缘到达宽甸县城。鹤岗至大连的20l 国道自北而南经县城西穿过火山熔岩直通丹东，交通运输条件方便。2.2 构造位置宽甸县新生代火山群位于中朝准地台（）胶辽台隆（）营口宽甸台拱（）的东端；地处庄河宽甸桓仁北东向断裂带、营口宽甸台拱东端东西向复背斜轴部和本溪宽甸北西向断裂带三组构造带的交汇部位。2.3 火山群地貌宽甸火山群形成于10 余万年前，经过长时期的地壳变动，包括内力和外力、物理和化学的作用，一部分火山景观不可避免地遭到不同程度的破坏，而另一部分火山景观则基本上仍保持原有的形态。但在充沛的雨量和温湿的环境中表层火山岩已化为沃土，沃土之上林木茂盛、绿苹茵茵。经过绿色包装后的火山景观，不仅更加美观，还在一定程度上保护了它们的原始外貌。例如：雄伟壮观的形态和大小各异的19 座火山锥和星罗棋布的89 个火山口、坚硬无比的火山盾、奇丽多姿的玄武岩柱林、形态各异的火山弹、比水还轻的浮岩、墨绿色的火山玻璃、能防病治病的火山矿泉水等。其中黄椅山火山锥是宽甸火山群中最雄伟的火山锥。位于宽甸县城西2km ，海拔 504m，锥顶高出宽甸盆地204m，锥顶宽 650m，锥底宽 1.8km ，火山口深117m。岩浆喷发过程中南坡决口，岩浆自决口处向南滚滚奔流，形成北陡南缓的圈椅状火山锥，尤如热情好客的宽甸人民迎接远方贵宾入座的圈椅。六十年前，此山草木不生，黄土朝天，故名黄椅山。3.宽甸火山群形成机制到了新生代，由于西太平洋板块急剧向中国东部陆壳（欧亚板块）下面俯冲，导致中国东部深断裂带的复活，引起多个地段玄武岩浆的喷发，形成了著名的中国东部的新生代火山岩带。地处营口宽甸古隆起东端东西向复背斜轴部的宽甸地区，也受到控制中国东部中新生代基性超基性岩浆岩分布的郯庐断裂及其北延部分的影响，使次一级北东向深达上地幔的桓仁宽甸庄河断裂带发生强烈的拉张作用，先后发生了新第三纪中新世（ N2 ）、第四纪早更新世（ Q1）、中更新世（ Q2）、晚更新世（ Q3）的玄武岩喷发。其中，中新统玄武岩（ N2?）以裂隙式喷发为主，沿南北向与东西向的追张断裂分布，玄武岩浆直接覆盖在盆地基底元古宙变质岩和吕粱期花岗岩之上，或覆盖在盆地基底上的仅数公尺厚的上新统河流和砂砾石层之上。这一期玄武岩多分布于蒲石河河谷，其玄武岩以碧玄岩为主，含多量的橄榄岩包体和高温高压条件下结晶的矿物巨晶（见图2）。全岩 K-Ar 年龄值为 824 万年，属于中新世。早更新统玄武岩（ Q1?）多见直接覆盖于中新统碧玄岩（ N2?）之上，喷发规模小，厚度仅有 10 20m，形成水平展布的玄武岩柱林，其全岩 K-Ar 年龄值为 6156 万年，并伴随中更新统玄武岩（ Q2?）产出，两者皆为碱性橄榄玄武岩。中更新统玄武岩（ Q2?）喷发规模大，广布于宽甸盆地和青椅山盆地，最厚可达 91m（见于孙家堡子一带） 。此期玄武岩明显受东西向背斜轴部及北东向和北北东向次级深断裂控制，岩浆大量喷发，冷凝后形成了粗大而不太规则的玄武岩柱林（见图3）。此时面型分布的玄武岩火山盆地的格局已基本形成，他们的全岩 K-Ar 年龄值为 36 27 万年。晚更新统玄武岩（ Q3?）、安山岩（ Q3 ）受东西向复背斜轴部的北西向与北东向追张断裂交汇处控制，或南北向与东西向追张断裂交汇处控制，以中心式喷发为主，主要形成气孔状、角砾状的橄榄拉斑玄武岩，在火山口附近还堆积了厚大的火山角砾岩和浮岩，其全岩 K-Ar 年龄为 12 万年。晚期在盆地北部还形成小范围分布的安山玄武岩和安山岩。这一时期形成了黄椅山、青椅山、椅子山等直立于盆地中的火山锥。如黄椅山火山锥，晚更新世的橄榄拉斑玄武岩（Q3?） 、安山岩（ Q3）呈平行不整合覆盖在中更新世的碱性橄榄玄武岩（ Q2?）之上，从火山锥的下部到上部可分为灰黑色角砾状橄榄拉斑玄武岩，厚达 72m。其上为厚 3m 的灰黑色多气孔状橄榄拉斑玄武岩（浮岩），上为厚达 120m 的角砾状橄榄拉斑玄武岩。位于火山口的火山通道相为橄榄拉斑玄武岩的火山角砾岩，其半风化产物呈紫红色，新鲜岩石仍为灰黑色。火山锥向南决口形成扇状熔岩被，覆盖在中更新世的碱性橄榄玄武岩（ Q2?）之上，组成黄椅山火山锥的晚更新世橄榄拉斑玄武岩（ Q3?） 、安山岩（ Q3 ）总厚度达 200m，是区内这一时期玄武岩出露最厚之所在。青椅山火山锥与之类似，其差别表现在青椅山火山口的溢流相是以多气孔的玄武岩（浮岩）为主，包括大量的火山弹也是多气孔的玄武岩，说明青椅山火山喷发是在含有丰富的火山喷气的岩浆状态下强烈喷发的。到喷发末期喷气急剧减少，以至位于火山口的火山通道相仍为含极少气孔的致密块状拉斑橄榄玄武岩。4.宽甸火山群的特点与保护价值4.1 宽甸火山群的特点4.1.1 宽甸火山群是多期岩浆喷发形成的经过中国科学院地质研究所、国家地震局地质研究所、中国地质科学院矿产资源研究所和北京矿产地质研究所等单位的科学家数十年的研究确定，宽甸火山群地质遗迹是距今 824 万年到 12 万年期间经多次喷发遗留下来的自然遗迹。宽甸火山群的火山喷发始于新第三纪中新世，距今约824 万年，沿北东向的蒲石河断裂喷发，形成了区内最早一期（新第三纪）火山岩（ N2?）。经过休眠，到距今 60 多万年前再次喷发，形成了第二期早更新世火山岩（Q1?），其喷发规模和强度都小于第一期。到了距今约36 万年 27 万年期间为岩浆喷发的高峰期，有数十个火山口相继喷发，喷出大量的火山熔岩遍布于宽甸盆地和青椅山盆地，形成了区内广泛分布的第三期中更新世火山岩（Q2?）。直到 10 余万年前，第四次火山喷发后逐渐终止，形成了至今还屹立于地上的晚更新世火山锥（ Q3）。组成宽甸火山群四个时期火山岩的分布。其中，第一期火山喷发的时代与中国东北地区新生代火山幕的第 6 幕老爷岭火山幕相当；第二期、第三期和第四期则与第 9 幕白头山火山幕相当。4.1.2 宽甸火山群火山岩由多种岩石组成宽甸火山群主要由富碱的基性火山岩组成，属于碱性玄武岩系列。到了晚期，火山岩的碱度降低，酸度增高，形成了橄榄拉斑玄武岩、安山玄武岩和安山岩（详见表l ）。显示了由碱基性岩基性岩一安山岩的演化过程，这个特点在其它有名的火山岩区（如五大连池、镜泊湖和腾冲等地）是见不到的。4.1.3 宽甸火山群火山岩含有大量的上地幔橄榄岩包体宽甸火山群的火山岩内含有奉富的来自上地幔的尖晶石二辉橄榄岩和方辉橄榄岩包体，特别是火山群早期喷发的碧玄岩和碱性橄榄玄武岩内随处可见，垂手可得。在晚期喷发的橄榄拉斑玄武岩内还发现有非常稀少的上地幔分凝岩石榴石尖晶石二辉岩包体，它们都是本区玄武岩形成源区的岩石，代表了熔融玄武岩浆的难熔残体，由玄武岩浆从上地幔带到地球表面来的上地幔岩，当今世界上众多科学家都在研究地球的岩石组成和演化，特别是地幔岩已成为地球科学研究的热点。我们知道，地幔位于地下数十公里深处，可以说是看不见摸不着，而宽甸火山群内有丰富的上地幔岩包体，构成了天然的地幔岩博物馆，这是其它地区火山岩无与伦比的。这些包体是研究上地幔的窗口，已有国内众多科学家作过研究，今后势必吸引愈来愈多的国内外科学家前来考察。4.1.4 宽甸火山群火山岩内含有丰富的巨晶（捕虏晶） 矿物经初步研究，宽甸火山群火山岩内已发现有较多的大矿物晶体，地质学家把它们叫巨晶或捕虏晶。如：黑色油亮的普通辉石、棕褐色半透明的顽辉石、黄绿色透明的橄榄石、深红红色透明的镁铝榴石蓝色和黄色透明的刚玉（蓝宝石）、无色透明的锆石、乳白色无色透明的歪长石（月光石）、褐黑色的角闪石、棕色的金云母和八面体的磁铁矿等。它们的粒径都大于0.2cm，一般为 0.5 2cm，大者达 68cm。这些巨晶矿物不仅具有观赏价值，有的已达宝石级。它们都是在深部岩浆房内高温（1430 1390）、高压（ 1825kb）条件下从玄武岩浆房内结晶的。当玄武岩浆由岩浆房内上升时，压力和温度的变化使晶体与岩浆的平衡关系破坏，包于岩浆内的这些巨晶矿物会发生熔融，晶体表面被熔蚀而圆化或形成壳状反应边就是发生过这种作用的证明。因此，只在那些岩浆上升速率较大的岩筒或岩颈才得以保存。宽甸火山群火山岩内保存有丰富的巨晶矿物，特别是下部碧玄岩和碱性橄榄玄武岩内含量最高，说明宽甸火山群岩浆喷发速率最大，巨晶矿物保存最多。这是其它地区火山岩，如五大连池、镜泊湖、长白山及腾冲火山岩见不到的。可以称宽甸火山群本身就是一座全国独一无二的高温高压条件下从岩浆结晶出来的天然矿物晶体博物馆，不仅成为罕见的自然遗迹和天然旅游景观，更是难得的科研、教学和科普教育基地。4.2 宽甸火山群保护价值宽甸火山群地质遗迹在国内外具有极其典型意义，对研究地质历史演化、追溯地质历史事件和旅游观光具有很高的科学价值和观赏价值，其保护的价值主要体现在以下几点：宽甸火山群是多期次地质年代喷发形成的，从距今约824 万年的中新世开始形成，经过休眠到距今60 多万年的早更新世大规模喷发，形成了现在黄椅山和青椅山两大盆地，直到 10 余万年前火山喷发逐渐终止。 面积达 500km2，89 个火山口，现仍保存 19 座火山锥，其规模之大属历史上罕见。宽甸火山群是在国内和大区域内具有典型地学和对比意义的地质景观，对研究火山岩由碱基性岩基性岩安山岩的演化，是国内其它火山群至少在东北地区各火山群所无法比拟的，而且火山群内多处玄武岩柱林，无论在出露面积上，还是在构造剖面、形迹和节理形态上都属国内之最。宽甸火山群火山岩中含有大量的上地幔橄榄岩包体及丰富的巨晶矿物，这些奇特独有的橄榄岩包体和矿物巨晶是玄武岩浆从上地幔带到地球表面上来的，具有极大的科研价值，是当今世界许多科学家都在研究地球深部的岩石组成和演化的热点。4.3 保护宽甸火山群地质遗迹的必要性和可行性宽甸火山群的多期次喷发、火山岩的多种岩组成和来自上地幔的橄榄岩色体及丰富巨晶矿物，加之比较独特的地质地貌景观，这些在我国其它有名的火山群（如五大连池、镜泊湖和腾冲等）是见不到的。正是因为宽甸火山群地质遗迹的特殊性，必定会吸引国内外科学家、学者来考察和游人的观赏，因此保护好这些地质遗迹是非常必要的；同时，也会受到上级有关部门的支持，所以，保护这些地质遗迹以是切实可行的。致谢：在完成初稿之后，中国地质科学院矿产资源研究所邹天人研究员在百忙之中审阅了全文，并提出了宝贵的修改意见，谨表示诚挚的谢意！参考文献：1 路凤香等辽宁宽甸黄椅山玄武岩岩浆起源问题的讨论J 地球科学 1981， 1：183 197。2 罗照华 吉林辉南大椅山碱性玄武岩及其成因 J 地球科学武汉地质学院学报 1984， 1： 81 86。3 刘嘉麒 中国东北地区新生代火山幕 J 岩石学报1988， 1： 1 10。4 郑晓非 辽宁宽甸火山群特征与开发利用 J 辽宁师范大学学报（自然科学版） 2001，1：75 77。5 吴茂炳等 辽宁宽甸新生代火山岩和地幔包体的稀有气体同位素组成及其演化意义 J 岩石矿物学杂志 2003， 3：254 258。6 李春锋等 长白山天池火山的地质构造背景 J 地震地磁观测与研究 2006， 5：43 48。7 孟涛等 伊通火山群地质遗迹的科考与旅游价值J吉林地质2008，3： 80 83。作者简介：单洪仁，（ 1960-），男（汉族），辽宁宽甸人，1987 年 8月毕业于长春地质学院（函授）地质系，从事地质找矿、勘查工作，地质高级工程师。