矿物岩石地球化学通报 新生代火山 Bulletin of Mineral Vol 34 No. 4, July, 2015 长白山火山研究进展 刘嘉麒,陈双双,郭文峰,孙春青,张茂亮,郭正府 中国科学院地质与地球物理研究所,新生代地质与环境研究室,北京100029 摘要:长白山火山位于中朝边界,由数以百计的火山锥和广袤的熔岩台地组成,是一个庞大的火山群,总面积达12000km2; 它有天池、望天鹅、炮台山3个喷发中心和以基性玄武岩岩流造盾,中性粗面岩熔岩筑锥,酸性碱流岩质火山碎屑、火山灰等随 后空降堆积3个主要火山喷发旋回,构成板内巨型层状复式火山。自中新世以来有10个火山幕,近代历史期间仍有过多次喷 发,现为处于休眠状态的活火山;该火山受东北亚板块体系制约,与太平洋板块俯冲和东亚大陆裂谷系密切相关。目前适逢 地质构造的活动期和千年大喷发、百年小喷发周期的节点,存在着潜在的再喷发危险。 关键词:长白山;天池;望天鹅;炮台山 中图分类号:P317文章编号:1007-2802(2015)040710-14doi:10.3969/ J- Issn.1007-2802.201504.005 Research Advances in the Mt. Changbai Volcano LIU Jia-qi, CHEN Shuang-shuang, GUO Wen-feng, SUN Chun-qing, ZHANG Mao-liang, GUO Zheng-fu Key Laboratory of Cenozoic Geology and Entironment, Institute of Geology and Geophysics Chinese Academy of sciences, Beijing 100029, China Abstract: The Mt. Changbai volcano lies in the boundary of China and DPR Korea( Democratic People's Republic of Ko- rea), covers an area of 12, 000 km and is characterized by hundreds of volcanic cones and vast lava tableland, consisting predominantly of Wangtian'e volcano in China, Tianchi volcano on the China-DPR Korea border, and Namphothe volcano in DPR Korea. Compositionally, all volcanisms appear to share a common multi-stage magma evolution that involved the early building shield of trachy basaltic magma and followed by the building cone of trachy and esitic-trachytic magma, and finally the eruption of pantellerite and pyroclastic deposits. The initiation of volcanic activities in the Mt. Changbai area occurred the Miocene period. During the period of recent history the Mt. Changbai volcano has had several major eruptions. The Cenozoic volcanism in Mt. Changbai has been controlled by Northeast Asia plate system, which is closely related with the abduction of the western Pacific Plate and the East Asian continental rift. The Mt. Changbai volcano is dormant currently nd the dormant period has been hundreds of years, which is consistent with the volcanic eruption cycle, implying the po- tential of a future eruption Key words: Mt. Changbai; Tianchi volcano; Wangtian'e volcano; Namphothe volcano 1长白山火山的时空分布 1)。距天池火山约100km的龙岗火山区及东部的 图们江火山区也属于长白山火山区。天池火山处 长白山火山地处太平洋板块与欧亚板块俯冲于长白山火山区域的中部,望天鹅火山距离天池火 地带的中朝边境,是一座规模巨大的板内层状复式山西南35km,南炮台山火山距离天池火山东南 火山,其喷发活动始于中新世,有10个火山幕(刘45km,三者呈三足鼎立形式分布。火山锥体直径 嘉麒,1983),直到公元1903年仍有喷发记录(樊祺40km,锥体顶部由于喷发塌陷形成的巨大火山口 诚等,2006;崔钟燮和刘嘉麒,2006)。长白山火山有积水成湖,称之天池,水域面积达10km2,最大水深 3个主要喷发中心,即天池、望天鹅、南炮台火山(图373m,储水量约为20亿m3,为松花江、图们江和 收稿日期:2015-05-08收到,2015-05-23改回 基金项目:国家自然科学基金项目(41272369;41472320) 第一作者简介:刘嘉麒(1941-),男,研究员,研究方向:火山学第四纪地质学.E-mail: linq@mail. iNcas.ae
书 矿物岩石地球化学通报 ·新生代火山· ＢｕｌｌｅｔｉｎｏｆＭｉｎｅｒａｌｏｇｙ，ＰｅｔｒｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｖｏｌ３４Ｎｏ４，Ｊｕｌｙ，２０１５ 长白山火山研究进展 刘嘉麒，陈双双，郭文峰，孙春青，张茂亮，郭正府 中国科学院 地质与地球物理研究所，新生代地质与环境研究室，北京 １０００２９ 摘 要：长白山火山位于中朝边界，由数以百计的火山锥和广袤的熔岩台地组成，是一个庞大的火山群，总面积达 １２０００ｋｍ２ ； 它有天池、望天鹅、炮台山 ３个喷发中心和以基性玄武岩岩流造盾，中性粗面岩熔岩筑锥，酸性碱流岩质火山碎屑、火山灰等随 后空降堆积 ３个主要火山喷发旋回，构成板内巨型层状复式火山。自中新世以来有 １０个火山幕，近代历史期间仍有过多次喷 发，现为处于休眠状态的活火山；该火山受东北亚板块体系制约，与太平洋板块俯冲和东亚大陆裂谷系密切相关。目前适逢 地质构造的活动期和千年大喷发、百年小喷发周期的节点，存在着潜在的再喷发危险。 关 键 词：长白山；天池；望天鹅；炮台山 中图分类号：Ｐ３１７ 文章编号：１００７２８０２（２０１５）０４０７１０１４ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７２８０２．２０１５．０４．００５ 收稿日期：２０１５０５０８收到，２０１５０５２３改回 基金项目：国家自然科学基金项目（４１２７２３６９；４１４７２３２０） 第一作者简介：刘嘉麒（１９４１－），男，研究员，研究方向：火山学、第四纪地质学．Ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｊｑ＠ｍａｉｌｉｇｇｃａｓ．ａｃｃｎ． ＲｅｓｅａｒｃｈＡｄｖａｎｃｅｓｉｎｔｈｅＭｔ．ＣｈａｎｇｂａｉＶｏｌｃａｎｏ ＬＩＵＪｉａｑｉ，ＣＨＥＮＳｈｕａｎｇｓｈｕａｎｇ，ＧＵＯＷｅｎｆｅｎｇ，ＳＵＮＣｈｕｎｑｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＭａｏｌｉａｎｇ，ＧＵＯＺｈｅｎｇｆｕ ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｅｎｏｚｏｉｃＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ， ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＭｔ．ＣｈａｎｇｂａｉｖｏｌｃａｎｏｌｉｅｓｉｎｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙｏｆＣｈｉｎａａｎｄＤＰＲＫｏｒｅａ（ＤｅｍｏｃｒａｔｉｃＰｅｏｐｌｅｓＲｅｐｕｂｌｉｃｏｆＫｏ ｒｅａ），ｃｏｖｅｒｓａｎａｒｅａｏｆ１２，０００ｋｍ２ ａｎｄｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｈｕｎｄｒｅｄｓｏｆｖｏｌｃａｎｉｃｃｏｎｅｓａｎｄｖａｓｔｌａｖａｔａｂｌｅｌａｎｄ，ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｌｙｏｆＷａｎｇｔｉａｎｅｖｏｌｃａｎｏｉｎＣｈｉｎａ，ＴｉａｎｃｈｉｖｏｌｃａｎｏｏｎｔｈｅＣｈｉｎａＤＰＲＫｏｒｅａｂｏｒｄｅｒ，ａｎｄＮａｍｐｈｏｔｈｅｖｏｌｃａｎｏｉｎ ＤＰＲＫｏｒｅａ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌｌｙ，ａｌｌｖｏｌｃａｎｉｓｍｓａｐｐｅａｒｔｏｓｈａｒｅａｃｏｍｍｏｎｍｕｌｔｉｓｔａｇｅｍａｇｍａｅｖｏｌｕｔｉｏｎｔｈａｔｉｎｖｏｌｖｅｄｔｈｅｅａｒｌｙ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓｈｉｅｌｄｏｆｔｒａｃｈｙｂａｓａｌｔｉｃｍａｇｍａａｎｄｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｔｈｅｂｕｉｌｄｉｎｇｃｏｎｅｏｆｔｒａｃｈｙａｎｄｅｓｉｔｉｃｔｒａｃｈｙｔｉｃｍａｇｍａ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅｅｒｕｐｔｉｏｎｏｆｐａｎｔｅｌｌｅｒｉｔｅａｎｄｐｙｒｏｃｌａｓｔｉｃｄｅｐｏｓｉｔｓ．ＴｈｅｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｏｆｖｏｌｃａｎｉｃａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｉｎｔｈｅＭｔ．Ｃｈａｎｇｂａｉａｒｅａｏｃｃｕｒｒｅｄ ｉｎｔｈｅＭｉｏｃｅｎｅｐｅｒｉｏｄ．ＤｕｒｉｎｇｔｈｅｐｅｒｉｏｄｏｆｒｅｃｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙｔｈｅＭｔ．Ｃｈａｎｇｂａｉｖｏｌｃａｎｏｈａｓｈａｄｓｅｖｅｒａｌｍａｊｏｒｅｒｕｐｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ＣｅｎｏｚｏｉｃｖｏｌｃａｎｉｓｍｉｎＭｔ．ＣｈａｎｇｂａｉｈａｓｂｅｅｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙＮｏｒｔｈｅａｓｔＡｓｉａｐｌａｔｅｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅ ｓｕｂｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｅｓｔｅｒｎＰａｃｉｆｉｃＰｌａｔｅａｎｄｔｈｅＥａｓｔＡｓｉａｎｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｒｉｆｔ．ＴｈｅＭｔ．Ｃｈａｎｇｂａｉｖｏｌｃａｎｏｉｓｄｏｒｍａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｌｙ ａｎｄｔｈｅｄｏｒｍａｎｔｐｅｒｉｏｄｈａｓｂｅｅｎｈｕｎｄｒｅｄｓｏｆｙｅａｒｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｖｏｌｃａｎｉｃｅｒｕｐｔｉｏｎｃｙｃｌｅ，ｉｍｐｌｙｉｎｇｔｈｅｐｏ ｔｅｎｔｉａｌｏｆａｆｕｔｕｒｅｅｒｕｐｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｔ．Ｃｈａｎｇｂａｉ；Ｔｉａｎｃｈｉｖｏｌｃａｎｏ；Ｗａｎｇｔｉａｎｅｖｏｌｃａｎｏ；Ｎａｍｐｈｏｔｈｅｖｏｌｃａｎｏ １ 长白山火山的时空分布 长白山火山地处太平洋板块与欧亚板块俯冲 地带的中朝边境，是一座规模巨大的板内层状复式 火山，其喷发活动始于中新世，有 １０个火山幕（刘 嘉麒，１９８３），直到公元 １９０３年仍有喷发记录（樊祺 诚等，２００６；崔钟燮和刘嘉麒，２００６）。长白山火山有 ３个主要喷发中心，即天池、望天鹅、南炮台火山（图 １）。距天池火山约 １００ｋｍ的龙岗火山区及东部的 图们江火山区也属于长白山火山区。天池火山处 于长白山火山区域的中部，望天鹅火山距离天池火 山西南 ３５ｋｍ，南 炮 台 山 火 山 距 离 天 池 火 山 东 南 ４５ｋｍ，三者呈三足鼎立形式分布。火山锥体直径 ４０ｋｍ，锥体顶部由于喷发塌陷形成的巨大火山口 积水成湖，称之天池，水域面积达 １０ｋｍ２ ，最大水深 ３７３ｍ，储水量约为 ２０亿 ｍ３ ，为松花江、图们江和
物岩石地球化学通报2015,34(4) 抚松 中国 朝鲜 望 武箬 团断裂 图1东北亚大陆边缘的地质图以及长白山火山的3个喷发中心(望天鹅、天池、南炮台山火山) Fig 1 Simplified geological map of the northeast Asian continental margin and three eruption centers Wangtian'e, Tianchi and Namphothe volcano ) of the Mt. Changbai volcano 鸭绿江的源头。天池火山周围共计有16座山峰,最碎屑流的堆积,如天池火山周边的鸭绿江大峡谷 高峰为朝鲜一侧的将军峰,海拔高度为2749m,是锦江大峡谷和浮石林等,多为抗风化能力较强的黑 整个长白山火山区乃至东北地区的最高峰,西侧的色火山碎屑流堆积,峡谷最大深度近百米。 白云峰海拔2691m,是长白山火山区在中国境内的2.1以玄武岩浆喷发为主的造盾阶段 最高点。 天池火山区5Ma前开始喷发了大量的玄武质 2长白山火山岩的岩石类型 岩浆,广布于天池火山区的北部和西北部地区及东部 的图们江流域。典型剖面见于头道白河,如药水,头 长白山天池火山作用大致可以分为早期造盾、道村和抚松县泉阳镇及图们江流域的亚硐村和军舰 中期造锥和晚期碱流质喷发3个阶段(刘若新等,山等地。同时期(5~2Ma)在天池火山的东区,沿图 1998)。造盾阶段以玄武岩喷发为主,构成天池火们江流域(图们江断裂带)出露大量玄武岩。图们江 山的基座;造锥阶段以粗面岩为主,为火山椎体的流域火山岩产状以熔岩流为特征。天池火山2 主要部分;晚期以爆发性较强的碱流岩为主,呈席ⅠMa期间大量玄武质岩浆喷涌而出,如天池北部 状覆盖在椎体最上部,同时,近代喷发还伴有火山18km的头道河玄武岩(1.91±0.02Ma)。代表性剖
矿物岩石地球化学通报 ２０１５，３４（４） 图 １ 东北亚大陆边缘的地质图以及长白山火山的 ３个喷发中心（望天鹅、天池、南炮台山火山） Ｆｉｇ．１ ＳｉｍｐｌｉｆｉｅｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｍａｐｏｆｔｈｅｎｏｒｔｈｅａｓｔＡｓｉａｎｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｍａｒｇｉｎａｎｄｔｈｒｅｅｅｒｕｐｔｉｏｎｃｅｎｔｅｒｓ （Ｗａｎｇｔｉａｎｅ，ＴｉａｎｃｈｉａｎｄＮａｍｐｈｏｔｈｅｖｏｌｃａｎｏ）ｏｆｔｈｅＭｔ．Ｃｈａｎｇｂａｉｖｏｌｃａｎｏ 鸭绿江的源头。天池火山周围共计有 １６座山峰，最 高峰为朝鲜一侧的将军峰，海拔高度为 ２７４９ｍ，是 整个长白山火山区乃至东北地区的最高峰，西侧的 白云峰海拔 ２６９１ｍ，是长白山火山区在中国境内的 最高点。 ２ 长白山火山岩的岩石类型 长白山天池火山作用大致可以分为早期造盾、 中期造锥和晚期碱流质喷发 ３个阶段（刘若新等， １９９８）。造盾阶段以玄武岩喷发为主，构成天池火 山的基座；造锥阶段以粗面岩为主，为火山椎体的 主要部分；晚期以爆发性较强的碱流岩为主，呈席 状覆盖在椎体最上部，同时，近代喷发还伴有火山 碎屑流的堆积，如天池火山周边的鸭绿江大峡谷、 锦江大峡谷和浮石林等，多为抗风化能力较强的黑 色火山碎屑流堆积，峡谷最大深度近百米。 ２１ 以玄武岩浆喷发为主的造盾阶段 天池火山区 ５Ｍａ前开始喷发了大量的玄武质 岩浆，广布于天池火山区的北部和西北部地区及东部 的图们江流域。典型剖面见于头道白河，如药水，头 道村和抚松县泉阳镇及图们江流域的亚硐村和军舰 山等地。同时期（５～２Ｍａ）在天池火山的东区，沿图 们江流域（图们江断裂带）出露大量玄武岩。图们江 流域火 山 岩 产 状 以 熔 岩 流 为 特 征。天 池 火 山 ２～ １Ｍａ期间大量玄武质岩浆喷涌而出，如天池北部 １８ｋｍ的头道河玄武岩（１９１±００２Ｍａ）。代表性剖 ７１１
712 刘嘉麒等:长白山火山研究进展 面天池北部的白龙水电站剖面( Wei et al.,2007)和天1%),基质由长石、橄榄石、辉石和钛铁矿微晶组成 池西部的漫江剖面(樊祺诚等,2005)。天池造盾玄武橄榄石大多伊丁石化,斜长石发育明显环带和熔蚀 岩呈斑状结构(图2a),斑晶为橄榄石(~3%,Φ0.5~结构。 2.0mm)、斜长石(~5%,Φ0.5~4.0mm)和单斜辉2.2以粗面岩喷发为主的造锥阶段 石(-5%,Φ0.5-4.0mm),基质(-65%)由斜长石、 天池火山在1~0.02Ma期间进入粗安岩、粗面 辉石、橄榄石微晶和磁铁矿与磷灰石及玄武质玻璃组岩及碱流岩造锥喷发阶段。典型剖面为长白瀑布 成,气孔构造发育(20%)。斜长石斑晶有明显的环带剖面:自下而上可分4个大的熔岩旋回,下部为粗面 和熔蚀结构。 岩,顶部为碱流岩;还有天池南坡小白山的粗安-粗 望天鹅火山长白期粗面玄武质熔岩分布于望面岩、天池北坡大峡谷的粗面岩以及天文峰一带的 天鹅锥体的外围构成了广阔的熔岩台地,在中国境碱流岩。小白山粗安-粗面岩位于天池南坡景区,岩 内南抵鸭绿江西至临江,熔岩流厚度大于200m。石为黑灰色粗面安山质到灰色碱性粗面岩。火山 在十三道沟与十九道沟之间的部分被后期水系的岩呈斑状结构块状构造,斑晶主要为歪长石、斜长 切割出露以双山为代表的台阶式熔岩流剖面。火石,基质为斜长石、碱性长石、辉石、钛铁矿和磷灰 山岩以黑色致密块状为代表,无斑隐晶质结构较为石微晶。天池火山粗面岩造锥喷发层序的经典剖 常见(图2b),部分流动单元含有斜长石的聚斑(含面位于天池北坡的大峡谷,同时在天池或山区的外 量20%~30%,粒径5~10mm),类似斜长石的堆晶围也有玄武质岩浆活动。天池造锥粗面岩呈斑状 结构。 结构(图2d),斑晶为透长石或歪长石(10%)、钙铁 炮台山造盾玄武岩呈斑状结构(图2c),斑晶为辉石(1%)、铁橄榄石(1%)、钛铁矿(l%)和少量石 斜长石(~10‰)、橄榄石和辉石(~3%)、钛铁矿(~英。基质由碱性长石、钛铁矿、石英的微晶组成。 ol-橄榄石;Py-辉石;Pl-斜长石;fsp-碱性长石;Q-石英 图2长白山火山岩岩相显微照片 Fig. 2 The micrograph of volcanic rocks from the Mt. Changbai volcano
刘嘉麒等：长白山火山研究进展 面天池北部的白龙水电站剖面（Ｗｅｉｅｔａｌ．，２００７）和天 池西部的漫江剖面（樊祺诚等，２００５）。天池造盾玄武 岩呈斑状结构（图 ２ａ），斑晶为橄榄石（～３％，Φ ０５～ ２０ｍｍ）、斜长石（～５％，Φ ０５～４０ｍｍ）和单斜辉 石（～５％，Φ０５～４０ｍｍ），基质（～６５％）由斜长石、 辉石、橄榄石微晶和磁铁矿与磷灰石及玄武质玻璃组 成，气孔构造发育（２０％）。斜长石斑晶有明显的环带 和熔蚀结构。 Ｏｌ橄榄石；Ｐｙ辉石；Ｐｌ斜长石；ｆｓｐ碱性长石；Ｑ石英 图 ２ 长白山火山岩岩相显微照片 Ｆｉｇ．２ ＴｈｅｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｏｆｖｏｌｃａｎｉｃｒｏｃｋｓｆｒｏｍｔｈｅＭｔ．Ｃｈａｎｇｂａｉｖｏｌｃａｎｏ 望天鹅火山长白期粗面玄武质熔岩分布于望 天鹅锥体的外围构成了广阔的熔岩台地，在中国境 内南抵鸭绿江西至临江，熔岩流厚度大于 ２００ｍ。 在十三道沟与十九道沟之间的部分被后期水系的 切割出露以双山为代表的台阶式熔岩流剖面。火 山岩以黑色致密块状为代表，无斑隐晶质结构较为 常见（图 ２ｂ），部分流动单元含有斜长石的聚斑（含 量 ２０％～３０％，粒径 ５～１０ｍｍ），类似斜长石的堆晶 结构。 炮台山造盾玄武岩呈斑状结构（图 ２ｃ），斑晶为 斜长石（～１０％）、橄榄石和辉石（～３％）、钛铁矿（～ １％），基质由长石、橄榄石、辉石和钛铁矿微晶组成。 橄榄石大多伊丁石化，斜长石发育明显环带和熔蚀 结构。 ２２ 以粗面岩喷发为主的造锥阶段 天池火山在 １～００２Ｍａ期间进入粗安岩、粗面 岩及碱流岩造锥喷发阶段。典型剖面为长白瀑布 剖面：自下而上可分 ４个大的熔岩旋回，下部为粗面 岩，顶部为碱流岩；还有天池南坡小白山的粗安粗 面岩、天池北坡大峡谷的粗面岩以及天文峰一带的 碱流岩。小白山粗安粗面岩位于天池南坡景区，岩 石为黑灰色粗面安山质到灰色碱性粗面岩。火山 岩呈斑状结构块状构造，斑晶主要为歪长石、斜长 石，基质为斜长石、碱性长石、辉石、钛铁矿和磷灰 石微晶。天池火山粗面岩造锥喷发层序的经典剖 面位于天池北坡的大峡谷，同时在天池或山区的外 围也有玄武质岩浆活动。天池造锥粗面岩呈斑状 结构（图 ２ｄ），斑晶为透长石或歪长石（１０％）、钙铁 辉石（１％）、铁橄榄石（１％）、钛铁矿（１％）和少量石 英。基质由碱性长石、钛铁矿、石英的微晶组成。 ７１２
物岩石地球化学通报2015,34(4) 713 在十五道沟望天鹅景区可见二者中间有一层英、长石和钛铁矿微晶组成。 厚约0.5m的红土层间隔。在十九道沟长松隧道 炮台山碱流岩呈斑状结构(图2i),斑晶为碱性 中也可见此红土层。此期火山岩组成了望天鹅火长石为主(~15%),钙铁辉石次之(~5%),基质( 山的锥体,樊祺诚等(1998)将此期火山岩分为早晚80%)为长石、石英、钛铁矿微晶组成。长石斑晶筛 两个亚期。早期火山岩构成了望天鹅火山和红头状熔蚀结构发育,辉石暗化边结构发育。 山锥体的主要部分。岩性为玄武质粗安岩和粗面 岩,斑状结构(图2e),斑晶主体为斜长石(~20%) 3长白山火山岩的地球化学特征 辉石(-5%),少量橄榄石和钛铁矿。基质(~70%)3.1主微量元素 为长石和钛铁矿微晶以及火山玻璃组成,长石斑晶 根据野外地质调查以及(K2O+Na20)-SiO2图 显示出明显的环带和筛状熔蚀结构 解(图3),望天鹅、天池、南炮台山火山的岩性特征 炮台山造锥粗面岩呈斑状结构(图2),斑晶为都落在粗面玄武岩粗面岩碱流岩岩浆演化序列上 碱性长石(-15%)、少量辉石、橄榄石和钛铁矿(-(图3)。这3个喷发中心的火山岩的SiO2值基本 5%)组成,基质(-80%)由长石和钛铁矿微晶组成。在48%-55%和61%-70%,而少有55%-61%的 2.3以碱流岩为主的晚期阶段 SiO2值,因此认为这3个喷发中心的火山岩都属于 天池火山近代喷发的火山碎屑岩和碱流质寄双峰式火山岩(图3)。里特曼指数(a=(Na2O+ 生火山熔岩,代表性剖面为天池北坡顶部的天文K2O)/(02-43))显示了较大的变化范围(1.91 峰,该剖面由5000年和千年大喷发的浮岩与气象站7.7),但其平均值大致为4.26,属于碱性岩浆系列 碱流质熔岩流组成。天池气象站碱流岩呈斑状和(图3)。此外,火山岩的Mg值[Mg"=Mg/(Mg+ 聚斑结构(图2g),斑晶为透长石(~10%)、钙铁辉Fe)]变化范围相对较大(0.37-0.01),并且在哈 石(-2%)、铁橄榄石(-1%)、少量石英和钛铁矿,克图解中SO2与大多数主量氧化物之间都有很好 基质(~85%)由钠铁闪石、钛铁矿和火山玻璃组成。的相关关系(图4),如SO2与TO2,Al2O3,TFeO 在天池火山近代喷发的浮岩之上又出现了玄武质Mg0,CaO呈很好的负相关关系,都说明结晶分异作 岩浆的喷发,如见于朝鲜境内无头峰的红色熔岩渣用在长白山火山形成过程中起到了非常重要的 (刘嘉麒,1999) 作用。 望天鹅晚期火山活动是顶部的块状碱性流纹 望天鹅、天池、南炮台山火山的微量元素含量 岩。位于红头山顶部的碱性流纹岩是望天鹅火山都相对较高,其球粒陨石标准化稀土配分以及原始 区最晚期活动的产物,相当于望天鹅火山的一个寄地幔标准化蛛网图都与洋岛玄武岩(OB)的分布模 生火山喷发产物。望天鹅碱流岩呈碎块状散落堆式相似(图5)。这些火山岩都具有明显富集的轻稀 积在红头山顶部,岩石呈斑状结构(图2h),斑晶以土元素(LREE)和大离子亲石元素(LIE),以及较 石英为主(-20%),长石次之(~10%),基质为石为亏损的重稀土元素(HREE),他们的(La/Yb)x 钾玄岩系列 流纹岩 2武若楼 安山岩 05560 4550556065 天池玄武岩[]望天鹅玄武若 炮台山基性岩[天池[天池酸性岩 望天鹅酸性岩[炮台山酸性岩 望天鹅 ]朝鲜其他地区玄武岩 图3长白山火山岩K2O+Na2O-SiO2图解及K2OSi0O2图 Fig 3 Plots of K, 0+Na, O ts. SiO, and K,O ts. SiO, for the Mt. Changbai volcanics
矿物岩石地球化学通报 ２０１５，３４（４） 在十五道沟望天鹅景区可见二者中间有一层 厚约 ０５ｍ的红土层间隔。在十九道沟长松隧道 中也可见此红土层。此期火山岩组成了望天鹅火 山的锥体，樊祺诚等（１９９８）将此期火山岩分为早晚 两个亚期。早期火山岩构成了望天鹅火山和红头 山锥体的主要部分。岩性为玄武质粗安岩和粗面 岩，斑状结构（图 ２ｅ），斑晶主体为斜长石（～２０％）、 辉石（～５％），少量橄榄石和钛铁矿。基质（～７０％） 为长石和钛铁矿微晶以及火山玻璃组成，长石斑晶 显示出明显的环带和筛状熔蚀结构。 图 ３ 长白山火山岩 Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ－ＳｉＯ２ 图解及 Ｋ２ＯＳｉＯ２ 图解 Ｆｉｇ．３ ＰｌｏｔｓｏｆＫ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏｖｓ．ＳｉＯ２ ａｎｄＫ２Ｏｖｓ．ＳｉＯ２ ｆｏｒｔｈｅＭｔ．Ｃｈａｎｇｂａｉｖｏｌｃａｎｉｃｓ 炮台山造锥粗面岩呈斑状结构（图 ２ｆ），斑晶为 碱性长石（～１５％）、少量辉石、橄榄石和钛铁矿（～ ５％）组成，基质（～８０％）由长石和钛铁矿微晶组成。 ２３ 以碱流岩为主的晚期阶段 天池火山近代喷发的火山碎屑岩和碱流质寄 生火山熔 岩，代 表 性 剖 面 为 天 池 北 坡 顶 部 的 天 文 峰，该剖面由 ５０００年和千年大喷发的浮岩与气象站 碱流质熔岩流组成。天池气象站碱流岩呈斑状和 聚斑结构（图 ２ｇ），斑晶为透长石（～１０％）、钙铁辉 石（～２％）、铁橄榄石（～１％）、少量石英和钛铁矿， 基质（～８５％）由钠铁闪石、钛铁矿和火山玻璃组成。 在天池火山近代喷发的浮岩之上又出现了玄武质 岩浆的喷发，如见于朝鲜境内无头峰的红色熔岩渣 （刘嘉麒，１９９９）。 望天鹅晚期火山活动是顶部的块状碱性流纹 岩。位于红头山顶部的碱性流纹岩是望天鹅火山 区最晚期活动的产物，相当于望天鹅火山的一个寄 生火山喷发产物。望天鹅碱流岩呈碎块状散落堆 积在红头山顶部，岩石呈斑状结构（图 ２ｈ），斑晶以 石英为主 （～２０％），长石次之 （～１０％），基 质 为 石 英、长石和钛铁矿微晶组成。 炮台山碱流岩呈斑状结构（图 ２ｉ），斑晶为碱性 长石为主（～１５％），钙铁辉石次之（～５％），基质（～ ８０％）为长石、石英、钛铁矿微晶组成。长石斑晶筛 状熔蚀结构发育，辉石暗化边结构发育。 ３ 长白山火山岩的地球化学特征 ３１ 主微量元素 根据野外地质调查以及 （Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ）ＳｉＯ２ 图 解（图 ３），望天鹅、天池、南炮台山火山的岩性特征 都落在粗面玄武岩粗面岩碱流岩岩浆演化序列上 （图 ３）。这 ３个喷发中心的火山岩的 ＳｉＯ２ 值基本 在 ４８％～５５％和 ６１％～７０％，而少有 ５５％～６１％的 ＳｉＯ２ 值，因此认为这 ３个喷发中心的火山岩都属于 双峰式 火 山 岩 （图 ３）。里 特 曼 指 数 （σ＝（Ｎａ２Ｏ＋ Ｋ２Ｏ）２／（ＳｉＯ２－４３））显示了较大的变化范围（１９１～ ７７），但其平均值大致为 ４２６，属于碱性岩浆系列 （图 ３）。此 外，火 山 岩 的 Ｍｇ＃值 ［Ｍｇ＃ ＝Ｍｇ／（Ｍｇ＋ Ｆｅ２＋ ）］变化范围相对较大（０３７～００１），并且在哈 克图解中 ＳｉＯ２ 与大多数主量氧化物之间都有很好 的相关关系 （图 ４），如 ＳｉＯ２ 与 ＴｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＴＦｅＯ， ＭｇＯ，ＣａＯ呈很好的负相关关系，都说明结晶分异作 用在长 白 山 火 山 形 成 过 程 中 起 到 了 非 常 重 要 的 作用。 望天鹅、天池、南炮台山火山的微量元素含量 都相对较高，其球粒陨石标准化稀土配分以及原始 地幔标准化蛛网图都与洋岛玄武岩（ＯＩＢ）的分布模 式相似（图 ５）。这些火山岩都具有明显富集的轻稀 土元素（ＬＲＥＥ）和大离子亲石元素（ＬＩＬＥ），以及较 为 亏 损 的 重 稀 土 元 素 （ＨＲＥＥ），他 们 的 （Ｌａ／Ｙｂ）Ｎ ７１３
714 刘嘉麒等:长白山火山研究进展 10 27 受 口 07580 SiO,/%o 天池基性岩⑦望天基性岩炮台山基性岩 □前人数提 天池酸性岩⑦望天鹅性岩 炮台山酸性岩 前人数据 图4望天鹅、天池、南炮台火山的哈克图解 Fig 4 Plots of selected major elements versus SiO, for Wangtian'e volcano, Tianchi volcano and Namphothe volcano (6.48~13.54)和(La/Sm)x(1.62~3.56)值相对 将近半个世纪。近20年来,随着国家对火山及灾害 高,并具有明显的T负异常和Pb正异常。所有的领域科研投资力度的加大,吸引不少火山学家对长 碱流岩都显示明显的Eu、Ba、Sr负异常。 白山火山区进行深入研究,地球化学方法的加入 3.2Sr-Nd同位素 大量年代学结果发表,使长白山火山活动序列的研 望天鹅、天池、南炮台山火山岩具有较大变化究取得了更多的进展,尤其是天池和望天鹅两个喷 范围的sr/sr值(0.7046~0.7101),而4Nd/lld发中心的活动期次变得越来越清晰。另外,据Ri 值(0.5125~0.5127)的变化范围则相对较小。其(193)的研究发现,朝鲜境内长白山火山的火山层 Sr-Nd同位素特征相对较为富集,主要落在OIB的序可以总结为:上新世普天统玄武岩(相当于中国 范围内(图6)。碱流岩的sr/sSr值(0.7088-境内的军舰山组和白山组的玄武岩);早更新世的 0.7101)明显要比玄武岩和粗面岩的3Sr/sr值绿峰组的粗面岩和北雪峰组的碱性流纹岩对应与 (0.7046~0.7054)大得多,这可能是由于在碱流岩天池南小白山组粗安岩和粗面岩;中更新世喷发层 形成过程中有地壳物质的混入有关。 为北胞胎山(炮台山)的碱流岩和粗面岩;晚更新世 4长白山火山3个喷发中心和三大喷为天池火山的玄武岩和向导峰将军峰等的粗面岩 发旋回 和碱流岩喷发层,最后为富含浮岩的碎屑岩层。刘 嘉麒等2002年和2004年对炮台山火山区及朝鲜普 长白山火山区的火山序列的研究工作开展已天和吉州进行了系统考察。对炮台山及邻区火山
刘嘉麒等：长白山火山研究进展 图 ４ 望天鹅、天池、南炮台火山的哈克图解 Ｆｉｇ．４ ＰｌｏｔｓｏｆｓｅｌｅｃｔｅｄｍａｊｏｒｅｌｅｍｅｎｔｓｖｅｒｓｕｓＳｉＯ２ ｆｏｒＷａｎｇｔｉａｎｅｖｏｌｃａｎｏ，ＴｉａｎｃｈｉｖｏｌｃａｎｏａｎｄＮａｍｐｈｏｔｈｅｖｏｌｃａｎｏ （６４８～１３５４）和（Ｌａ／Ｓｍ）Ｎ（１６２～３５６）值相对较 高，并具有明显的 Ｔｉ负异常和 Ｐｂ正异常。所有的 碱流岩都显示明显的 Ｅｕ、Ｂａ、Ｓｒ负异常。 ３２ ＳｒＮｄ同位素 望天鹅、天池、南炮台山火山岩具有较大变化 范围的 ８７ Ｓｒ／８６ Ｓｒ值（０７０４６～０７１０１），而 １４３ Ｎｄ／１４４ Ｎｄ 值（０５１２５～０５１２７）的变 化 范 围 则 相 对 较 小。其 ＳｒＮｄ同位素特征相对较为富集，主要落在 ＯＩＢ的 范围 内 （图 ６）。 碱 流 岩 的 ８７ Ｓｒ／８６ Ｓｒ值 （０７０８８～ ０７１０１）明 显 要 比 玄 武 岩 和 粗 面 岩 的 ８７ Ｓｒ／８６ Ｓｒ值 （０７０４６～０７０５４）大得多，这可能是由于在碱流岩 形成过程中有地壳物质的混入有关。 ４ 长白山火山 ３个喷发中心和三大喷 发旋回 长白山火山区的火山序列的研究工作开展已 将近半个世纪。近 ２０年来，随着国家对火山及灾害 领域科研投资力度的加大，吸引不少火山学家对长 白山火山区进行深入研究，地球化学方法的加入， 大量年代学结果发表，使长白山火山活动序列的研 究取得了更多的进展，尤其是天池和望天鹅两个喷 发中心的活 动 期 次 变 得 越 来 越 清 晰。另 外，据 Ｒｉ （１９９３）的研究发现，朝鲜境内长白山火山的火山层 序可以总结为：上新世普天统玄武岩（相当于中国 境内的军舰山组和白山组的玄武岩）；早更新世的 绿峰组的粗面岩和北雪峰组的碱性流纹岩对应与 天池南小白山组粗安岩和粗面岩；中更新世喷发层 为北胞胎山（炮台山）的碱流岩和粗面岩；晚更新世 为天池火山的玄武岩和向导峰将军峰等的粗面岩 和碱流岩喷发层，最后为富含浮岩的碎屑岩层。刘 嘉麒等 ２００２年和 ２００４年对炮台山火山区及朝鲜普 天和吉州进行了系统考察。对炮台山及邻区火山 ７１４