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作者简介:

刘嘉麒,男,1941年生。中国科学院院士,主要从事火山学和第四纪地质学研究。E-mail:liujq@mail.iggcas.ac.cn。

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目录contents

    摘要

    本文是首次对新疆“木吉火山群”综合地质调查研究结果的展示。在对该“火山群”进行全面深入野外调查和系统分析研究的基础上,笔者提出了“热火山”和“冷火山”的新概念,将泥火山和“木吉火山群”纳入“冷火山”。“木吉火山群”沿木吉河谷分布,至少有63个大小不等的“火山锥”,其中锥底直径>50 m,锥高>5 m的有13个。锥顶多具“火山口”,口中多有积水。锥体主要由灰岩组成,“火山口”水化学分析显示Ca2+、HCO-3含量高,这都与周缘山地出露岩层中富含碳酸盐岩石相呼应。这些“火山锥”主要由木吉河谷地下水、泉水和流水溶蚀碳酸盐,喷出地表,再沉积而成。它们似火山,却不是传统意义上的火山,也不同于一般的泥火山,应属于钙质泉华型“冷火山”。

    Abstract

    This paper presents the initial findings of a comprehensive geological survey of the “Muji volcano group”. Through extensive fieldworkanda systematic analysis of the volcano group, the author introduces innovative concepts such as “hot volcano” and “cold volcano”. The classification incorporates mud volcanoes, categorizing the Muji volcano group as a “cold volcano”. The “Muji volcano group” is distributed along the Muji River valley, encompassing at least 63 volcanic cones of various sizes. Thirteen of these cones have a base diameter exceeding 50 m and a cone height surpassing 5 m.The cones exhibit numerous craters at their summits, often containing substantial water. The primary composition of these cones is limestone, and hydrochemical analysis of the crater water reveals elevated levels of Ca2+ and HCO-3, aligning with the abundant carbonate rocks in the surrounding area. These volcanic cones primarily result from the dissolution of carbonates by groundwater, spring water, and running water in the Muji River valley. The expelled materials are deposited on the surface, forming structures akin to volcanoes. Despite their outward resemblance, these formations deviate from traditional volcanoes and differ from typical mud volcanoes. Consequently, they are classified as calcareous spring-type “cold volcanoes”.

  • 位于中国西部边境,隐藏在帕米尔高原深处的“木吉火山群”(全名为喀日铁米尔火山群),分布在新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县木吉乡,其神秘的姿态和壮丽的景观,近期引起了广泛关注。随着边疆地区社会经济的迅速发展,道路贯通,那里已不是封闭的原野,很多人不远万里到那里去游玩、去探秘,展示了“木吉火山群”许多优美的图片,并做了不少评述,对敞开木吉大门,关注火山研究,起到了很好的推动作用。但是,由于缺少地质专业知识和系统研究,有些评述缺乏科学性,错误在所难免,其核心问题在于“木吉火山”是不是火山?是什么类型的火山?它的地质特征如何?是怎么形成的?这些科学问题显然需要专业人员去考察和研究。

  • 2022年7月,笔者团队在当地政府的支持下,对“木吉火山群”进行了全面系统的野外地质考察,手拍和航拍了“火山区”的地貌景观,全面测量了每个“火山锥”、“火山口”的形态及其特征,系统采集了多种样品,并对采集的样品进行了综合鉴定分析。

  • 通过室内外综合考察研究,我们发现,“木吉火山”既不是传统意义的火山,也不是通常所说的泥火山,而是钙质泉华型“冷火山”,可简称为“泉华型火山”。这种火山往往被纳入泥火山范畴,但又与经典的泥火山不同,组成该火山的物质不是泥,而主要是碳酸钙晶体组成的碳酸盐岩石,碳酸钙晶体则是由钙华作用形成的。这类火山在中国尚属首次发现。

  • 1 关于火山和泥火山,“热火山”和“冷火山”

  • 这里有必要将火山和泥火山的概念进一步深化。众所周知,火山是自然界广泛分布的地质体,贯穿于地球形成的整个时空,是地球的灵魂(刘嘉麒等,2022)。火山的形态、大小、物质组成、分布区域、形成方式和产生原因多种多样。但其共同点,都是复杂的硅酸盐熔体,在地质应力作用下,经过一定的通道,喷发或者溢流到地表的产物(刘嘉麒等,2022)。多数火山呈锥体,顶部有火山口。岩浆是炽热的,是形成火山的物质基础和必要条件。这类火山可以称为“热火山”,即传统意义的火山。

  • 相对于“热火山”,还有“冷火山”。泥火山属于冷火山范畴,之所以称其为火山,是因其形态似火山,也多呈锥体,顶部有口;但组成锥体的物质不是岩浆冷凝形成的,而是由地下水携带的泥浆或其他流体沉淀而成的。泥浆和流体的温度一般处于常温状态,流体中常冒气泡,似乎在沸腾,实则温度很低,手触碰有凉感;气泡多含甲烷等烃类化合物,可以点燃(有时也可自燃),这时就成了“火山”(刘嘉麒,2003),我们称其为“冷火山”。除了由泥浆形成的泥火山,还有泉水涌出形成的“泉华型火山”,有钙华型、硅华型等,它们也是“冷火山”,“木吉火山”就是这类钙质泉华型“冷火山”。

  • 美国黄石(公园)火山是典型的“热火山”,在火山区内又拥有众多的“冷火山”,其中就包括泥火山(图1a)和泉华型火山(图1b)。

  • 2 区域地质背景

  • 木吉盆地位于青藏高原西北缘,北为西南天山,南接帕米尔高原,向东与西昆仑造山带相邻,平均海拔在3300 m以上,木吉河在该盆地内穿流而过。木吉盆地四周被高山环绕,北部为冰川覆盖的昆盖山,山脊主线在6000 m以上,主峰海拔~6678 m;南部萨雷阔勒岭平均海拔约4000~5000 m,主峰海拔~5507 m。盆内主要断裂包括木吉断裂、昆盖山南麓断裂和木吉盆地西南边界断裂,均为全新世活动断裂(陈杰等,2011)(图2)。木吉断裂为NWW走向、近直立的右旋走滑断裂,沿断裂发育断层三角面、冰碛地貌和冲击水沟(Robinson et al.,2004陈杰等,2011Chevalier et al.,2011)。昆盖山南麓断裂为SN走向、断面西倾的正断层,沿昆盖山东南段西部山前发育,错断了一系列山前冲击水沟、冲洪积扇及冰碛地貌(陈杰等, 20112016)。木吉盆地西南边界断裂位于木吉盆地内,沿木吉河发育,错断了木吉河河床、河流阶地和冲击台面。该断裂是一条呈NWW走向的右行走滑断裂,其断面向北或北东倾,倾角约为60°~70°,呈向北东向突出的弧形(陈杰等,2016)。沿该断裂,形成了一系列断层三角面、断崖或断层岩,这种现象在北侧木吉河一带的地貌上表现最为明显,可以清晰地观察到一系列右旋断错全新世阶地和冲沟的变形带。“木吉火山群”主要沿该断裂发育。

  • 木吉盆地周缘出露地层主要为古元古界布伦库勒岩群、志留系和泥盆系克孜勒陶组,这些地层中均发育有厚层的海相碳酸盐岩。古元古界布伦库勒岩群在盆地东北、西南两侧均有出露,主要为黑云石英片岩、黑云斜长片麻岩,夹斜长角闪岩、石英岩、大理岩,厚3350~6809 m(Ji Wenhua et al.,2011)。志留系是研究区内出露最广泛的地层,为一套千枚岩夹大理岩建造,主要位于昆盖山南坡及木吉盆地西部、西南部,呈近EW向带状展布(河南省地质调查院,2005)。昆盖山及其南麓的泥盆系克孜勒陶组主要为砾岩、砂岩及灰岩(李少娟等,2004),昆盖山东南部出露有二叠纪二长花岗岩及斜长花岗岩。木吉盆地南部萨雷阔勒岭则主要出露泥盆纪辉石岩、二叠纪二长花岗岩及斜长花岗岩(河南省地质调查院,2005,2005)。

  • 3 野外调查和采样

  • 本次研究使用大疆无人机对木吉泉华型“冷火山”集中区进行高密度拍摄,在此基础上构建了高分辨率数字高程模型(DEM),结合传统测量方式,对锥体形态进行分析。

  • 野外拍摄在2022年7月10日至7月13日完成,拍摄期间天气晴朗,光照适中,风力较小。无人机配备相机型号为FC3411,分辨率5472×3648 dpi,焦距8.38 mm;拍摄时飞行高度128 m;以“Z”字形飞行路线覆盖锥体集中区域,共拍摄照片322张,拍摄面积~2.4 km2。使用Agisoft Metashape软件对拍摄照片进行处理,获得具有空间坐标参数的数字高程模型(DEM)及正射投影图。本次集成处理的图片共7组分,1组总图及选取的6组典型单个锥体图片。总图地面分辨率3.5 cm/pix,二次投影误差1.22 pix,海拔误差3.54356 m,总误差5.25804 m。野外考察过程中对部分锥体的岩石和水样进行了采集,共采集29组岩石样品及10组水样。

  • 图1 美国黄石公园“冷火山”照片(笔者2019年9月拍摄)

  • Fig.1 “Cold volcanoes” in Yellowstone Park, United States of America (taken in September 2019)

  • 图2 木吉盆地区域地质图(据河南省地质调查院,2005,2005

  • Fig.2 Regional geological map of the Muji basin (modified from Henan Academy of Geology, 2005, 2005)

  • 4 “火山”锥体分布及形态特征

  • 野外调查发现,“木吉冷火山群”沿木吉河谷呈NW-SE向呈串珠状分布在两个区域内。一个在木吉乡东侧~1 km,延续~3 km,是“木吉冷火山”的集中分布区,区内存在61个大小不一的火山锥(图3a),其中有25个锥体顶部具有“火山口”,其内积水成潭,部分潭中积水不断得到地下水的补充而从顶部流出(图3d);在大型“火山锥”周围常存在数量不等的小型次生“火山锥”(图3b),多数“火山锥”的外坡具有因泉水自高向低流淌的过程中,发生化学沉淀逐渐固结,形成的阶梯状叠覆沉积现象(图3c),且有的锥体岩层仍在生长中(图3c)。另一个“冷火山群”分布在木吉乡西北部~17 km的地方,范围较小,“火山锥”数量也少,大型锥2个,小型锥5个,共7个。

  • 统计及测量结果显示(表1,图4),68个(木吉乡东侧61个,木吉乡西北部7个)“火山锥”中,有46个锥体特征明显,多呈近标准圆锥形,锥顶“火山口”与锥底为同心圆;少数为偏圆形锥体,“火山口”与锥底为非同心圆。锥底直径最大的~110 m,最小的仅~3 m,大于50 m的有14个;“火山锥”最高达18 m,最低不到1 m,高于5 m的有14个;顶部“火山口”直径从~0.6 m至~30 m不等;锥面坡度从~6°至~43°。

  • 图3 木吉“冷火山”集中分布区正射投影图(拍摄范围见图2)

  • Fig.3 Orthographic projection map of the concentrated distribution area of “Muji cold volcanoes” (the shooting range indicated in Fig.2)

  • 本文选取6个具有代表性的“火山锥”为例(表1,MJ2213A、MJ2216A、MJ2226、MJ2230、MJ2235A、MJ2239),建立高精度数字高程模型(DEM),并通过Global Mapper软件对其形态参数进行了精确测量。6个锥体的“火山口”及锥底都呈近圆形,其中锥体MJ2213A、MJ2216A、MJ2226、MJ2230的“火山口”及锥底的长、短径之比均小于1.1(越接近1,圆度越高,图4)。锥体MJ2235A、MJ2239由于被河流冲刷破坏,其锥底圆度不足;MJ2213A“火山锥”体型巨大,坡度有所差异,但并不明显(22°~27°);MJ2216A锥体坡度变化不大(24°~25°),无缓坡陡坡之分;MJ2226“火山锥”体积较小,坡度均一且平缓(13°~15°);锥体MJ2230东北侧坡度较缓(~13°),西南侧坡度较陡(~30°);锥体MJ2235A由于锥体受到河流冲刷破坏,导致除东侧和东南侧坡度较缓(24°~26°),其余侧坡度均较陡(36°~43°);锥体MJ2239未被破坏一侧坡度也无明显差异(17°~21°)(图4)。锥体MJ2230、MJ2235A、MJ2216A、MJ2213A体型都较大,计算其体积都约在10000 m3以上;锥体MJ2235A、MJ2239受河流冲刷破坏,其锥体形态不规则;6个锥体的破口垣都近似处于同一水平面上,并无明显高差,区内其他未被破坏的锥体也几乎都符合这一特性。

  • 为了研究和区分方便,基于典型“火山锥”的地形地貌特点,我们对其中的17个“火山锥”进行了命名,包括东区15个(其中12个锥底直径大于50 m,且锥高大于5 m;3个未形成明显锥体,但其内存在大量积水),西区2个。东区从西到东分别为:黄色丘、天眼渊、碧水潭、三星潭、河岸锥、偏口锥、浅口锥、尖山、偏坡锥、双口锥、同心锥、月牙锥、双目潭、半壁锥、东山。西区则为黑泉锥和溢泉锥。

  • 黄色丘(MJ2234,74.4924°E,39.0074°N,图5a):木吉“冷火山群”西北~1 km处独立存在。锥口浅平干涸,直径10.3 m,锥底直径66.3 m,锥高约为8 m。体积较大,整体表面为黄色土状物,命名为黄色丘。

  • 天眼渊(MJ2230,74.5023°E,39.0020°N,图5b):位于木吉“冷火山群”西侧,是该“冷火山群”中“火山锥”和“火山口”最典型的一座“冷火山”,锥口直径~20.3 m,锥底直径~83 m,锥高~7 m。锥体体积较大,顶部存在较大的圆形封闭状“火山口”,其内有青色积水,有气体溢出,积水深度超80 m,成渊,景色绝佳,有“帕米尔之眼”美誉。

  • 表1 木吉“冷火山”锥体位置及形态参数

  • Table1 Cone locations and shape parameters of “Muji cold volcanoes”

  • 注:*为代表性锥体:MJ2213A为区内体积最大锥体;MJ2216A为近标准圆锥,区内分布最多;MJ2226为小型锥体;MJ2230为非标准圆锥,破口最深,内有大量积水;MJ2235A为大型锥体;MJ2239为被河水破坏锥体。

  • 碧水潭(MJ2228,74.5100°E,38.9970°N,图5c):是一座比较平缓的“火山锥”,锥体不很显著,火山口却很开阔,直径达45 m,其内有大量积水,成为湖泊,积水呈碧绿色,景色秀丽,命名为碧水潭。

  • 三星潭(MJ2236,74.5093°E,38.9990°N,图5d):三个“火山口”相聚在一起,未形成明显锥体,“火山口”直径分别为7 m、5 m和5 m。“火山口”内积水,均有气体溢出,称其为三星潭。

  • 图4 木吉“冷火山”锥体坡度图(a~f)及相对应的剖面图(g~l)

  • Fig.4 Cone slope images (a~f) and corresponding cross-sectional profiles (g~l) of “Muji cold volcanoes”

  • 河岸锥(MJ2235A,74.5091°E,38.9996°N,图5e):位于木吉河河道旁,锥口较小,口中无水,直径~17 m,锥底直径~85 m,锥高~18 m。锥体体积较大,但部分锥体因河流冲刷而残缺,称其河岸锥。

  • 偏口锥(MJ2216A,74.5100°E,38.9970°N,图5f):锥口直径~19.8 m,锥底直径~53 m,锥高~7.5 m。锥体形态较为规则,但“火山口”内部一边低一边高,口底倾斜,命名为偏口锥。

  • 浅口锥(MJ2215,74.5100°E,38.9969°N,图5g):锥底直径~82.6 m,锥口直径~25.4 m,锥高~5 m。“火山口”深度较浅(约1.5 m),整个锥体形态较为规则,呈扁平状,故称为浅口锥。

  • 尖山(MJ2213A,74.5130°E,38.9956°N,图5h):锥口直径~26.4 m,锥底直径~85.2 m,锥高~16.2 m,没有明显的“火山口”,呈典型圆形锥状山,是区内最大的一座“冷火山”,称其为尖山。

  • 图5 木吉命名“火山锥”照片

  • Fig.5 Photographs of the named “volcanic cones” in Muji

  • 偏坡锥(MJ2212,74.5142°E,38.9957°N,图5i):锥口直径~11.8 m,锥底直径~67.4 m,锥高~11.2 m。锥体形态不规则,其西坡角度明显大于东坡,故命名为偏坡锥。

  • 双口锥(MJ2211A,74.5150°E,38.9948°N,图5j):锥口呈椭圆形,长轴~24.3 m,锥底直径~86.4 m,锥高~5.5 m。锥体顶部存在一大一小紧挨的两个“火山口”,故命名为双口锥。

  • 同心锥(MJ2206,74.5176°E,38.9943°N,图5k):锥口直径~13.3 m,锥底直径~56.1 m,锥高~7.9 m。锥体顶部“火山口”呈双层建造,近似为同心圆,亦与锥体底面呈近似同心圆,故命名为同心锥。

  • 月牙锥(MJ2205A,74.5180°E,38.9939°N,图5l):锥口直径~24.6 m,锥底直径~65.3 m,锥高~5.1 m。锥体顶部“火山口”形态为弯月状,故命名为月牙锥。

  • 双目潭(MJ2242,74.5192°E,38.9944°N,图5m):两个紧挨的“火山口”,直径分别~16.4 m、~18 m。两处“火山口”均未形成明显锥体,其内存在积水,均有大量气体溢出,大小相似,故命名为双目潭。

  • 半壁锥(MJ2239,74.5208°E,38.9931°N,图5n):锥口直径~5.5 m,锥底直径~52 m,锥高~6.2 m。锥体位于木吉河道旁,因受河流冲刷,邻河一侧的部分锥体被冲掉,形成半壁“火山锥”,不过锥顶圆形火山口仍保持完整,命名为半壁锥。

  • 东山(MJ2241,74.5212°E,38.9933°N,图5o):位于木吉河在木吉村最东边的弯曲处,是木吉“冷火山”群中最靠东的一座大型“冷火山”,锥口直径~5 m,锥底直径~73.7 m,锥高~8.3 m,称其为东山。

  • 黑泉锥(MJ2201,74.3325°E,39.0821°N,图5p):这是木吉西北“火山群”中的一座小型“冷火山”,锥口直径~0.6 m,锥底直径~15.8 m,锥高~2.3 m。锥口有水和气体溢出,锥体因被研究人员加装气体检测设备而受到破坏。锥体整体呈黑色,为区内唯一黑色外表锥体,故命名为黑泉锥。

  • 溢泉锥(MJ2202,74.3325°E,39.0821°N,图5q):也是木吉西北“火山群”中的一座小型“冷火山”,锥口直径~3.5 m,锥底直径~11.6 m,锥高~1.4 m。锥口有水和气体溢出,且溢出水较为清澈,似泉水溢出,故命名为溢泉锥。

  • 5 岩石特征

  • 为避免混乱,采集的岩石样品编号与岩石所在的锥体编号相同。样品经清水清洗、自然风干、初步观察后,进行薄片制备和镜下观察,初步确定样品矿物组成并拍摄显微照片。按优选大型“火山锥”、存在积水“火山锥”岩石样品的原则,在总共29件样品中挑取20件,磨制200目岩石粉末进行X射线衍射(XRD)分析测试。X射线衍射使用仪器型号为日本理学DMAX-2400,样品垂直放置,使用Cu靶Kα射线,工作电压60 kV、电流100 mA,扫描范围10°~60°(2θ),步进扫描,步长0.02°(2θ)。

  • “火山锥”表面多有薄层土状物(0.2~1 mm),呈红褐色、赭黄色。“火山锥体”主要由层状岩石组成,多孔隙,较松软,致密状岩石相对较少,几乎全为碳酸盐岩,按其结构特征可分为皮壳状灰岩、豆状鲕状灰岩及皮壳状鲕状灰岩三类。三类岩石在区内多数锥体均有发育,在空间分布上无明显的变化规律,其中皮壳状灰岩含量较少,总量小于5%,豆状鲕状灰岩及皮壳状鲕状灰岩含量较多,总量大于90%。岩石均呈层状产出,层厚在0.3~10 cm不等。

  • 皮壳状灰岩(图6a、b):主要由细晶方解石、粉晶方解石及泥晶方解石组成,方解石多呈纤维状,岩石可见似皮壳状、波状构造,内有少量孔隙,呈似透镜体、不规则状,大小0.5~2 mm,星散分布。副矿物为磁铁矿和磷灰石。

  • 豆状鲕状灰岩(图6c、d):主要由豆状颗粒、鲕状颗粒、砂级内碎屑及填隙物组成。豆状颗粒呈椭圆形、不规则状,大小一般2~5 mm,部分5~7 mm,杂乱分布,为岩石主体部分。鲕状颗粒呈椭圆形、不规则状,大小一般0.5~1 mm,部分1~2 mm,星散状分布。豆状颗粒、鲕状颗粒同心层宽窄不一,断续不完整,核心为含铁泥晶灰岩及细晶灰岩,同心层为含铁泥晶方解石和纤柱状方解石。砂级内碎屑为泥晶灰岩、粉晶灰岩,次棱—次圆状,大小一般0.5~1 mm,部分1~2 mm,少部分0.2~0.5 mm,星散状分布。填隙物为纤维状亮晶方解石,大小一般0.5~1 mm。岩内可见孔隙,呈透镜状、不规则状,大小一般0.5~2 mm,星散状分布。含副矿物磁铁矿和磷灰石。

  • 皮壳状鲕状灰岩(图6e、f):主要由鲕状颗粒、豆状颗粒、砂级内碎屑、铁质及填隙物组成。鲕状颗粒为同心鲕,呈椭圆形、不规则状,大小一般0.5~1 mm,部分1~2 mm,杂乱分布。豆状颗粒圆形、不规则状,大小一般2~5 mm,杂乱分布。豆状颗粒、鲕状颗粒核心为亮晶鲕粒灰岩、(含铁)泥晶灰岩,同心环为含铁泥晶方解石和纤柱状方解石,同心层宽窄不一,断续不完整。砂级内碎屑为泥晶灰岩,次棱状—次圆状,大小一般0.05~0.25 mm,部分0.25~0.5 mm,星散状分布。填隙物为亮晶胶结物及泥晶基质,亮晶胶结物为亮晶方解石,可分为马牙-晶粒两个世代,一世代方解石纤柱状,分布在粒屑边部,垂直其边界生长;二世代方解石呈他形粒状,大小一般0.01~0.02 mm,部分0.02~0.05 mm,镶嵌状分布在孔隙中心。泥晶基质为泥晶方解石,他形粒状,0.001~0.01 mm,填隙状分布。含铁泥晶方解石、纤柱状方解石相间似纹层状,绕孔隙分布构成似皮壳状构造。

  • 岩石粉末的XRD分析结果显示(图7),组成岩石的矿物主要为方解石,部分样品中存在文石(图7c、d),未发现白云石等矿物。方解石中MgCO3的摩尔百分含量均小于5%,为低镁方解石。因此,从物质成分上来说,构成锥体的岩石为碳酸盐岩。这些碳酸盐岩主要由木吉河谷地下水和地表流水溶蚀富含Ca2+、HCO-3离子的石灰岩后,溢出地表再沉积而成,故“木吉火山”属钙质泉华型“冷火山”。

  • 图6 木吉“冷火山”岩石(a、c、e)及岩石显微镜镜下照片(b、d、f)

  • Fig.6 Photos (a, c, e) and photomicrographs (b, d, f) of rocks in “Muji cold volcanoes”

  • 6 木吉泉华型“冷火山”成因初步分析

  • 木吉泉华型“冷火山群”在约6.3~2.7 ka期间由东南向西北方向陆续形成(方解石U-Th定年结果,详细数据另文发表),不同的锥体形态、规模等均有所差异。因此,在明确其物质来源和沉积环境的基础上,还需探究控制“冷火山”锥体形态、规模的因素。

  • 所取水样的化学及δD-δ18O同位素特征表明(详细数据另文发表),木吉“火山口”积水及木吉河水都具有很高的Ca2+、HCO-3含量,主要补给来源都是大气降水或冰雪融水。木吉盆地周缘山地的冰雪融水及大气降水沿“冲击水沟”进入木吉断裂和昆盖山南麓断裂,对地下水进行补充,导致地下水压力升高。水体在运移的过程中,不断溶解围岩中的碳酸盐岩,引起地下水Ca2+、HCO-3含量的升高。地下水沿木吉盆地西南边界断裂上涌至地表的过程中,水中的CO2分压高于周围大气分压,CO2从水中逸出,使水中CaCO3过饱和而发生碳酸盐岩沉淀(刘再华等,2002);水动力条件在不同时间的强弱差异,引起水介质不同程度的搅动和碳酸钙不同方式的沉淀,进而形成了鲕状、皮壳状等不同类型的碳酸盐岩(梅冥相,2012);地下水的持续涌出造成碳酸盐岩不断沉积,形成锥体,进而形成木吉钙质泉华型“冷火山群”。此外,木吉“冷火山”顶部积水夏季温度~10℃,且构成锥体的方解石Mg含量较低,说明其形成温度较低,应为冷泉沉积(Katz,1973Mucci and Morse,1990陈兆杰等,2023)。

  • 流体静压力、水动力条件、CaCO3过饱和度及地表形态等是控制泉华型“冷火山”形态和规模的重要因素。木吉盆地地下水来自周缘海拔较高的山地冰雪融水及大气降水,在盆地内部产生了较高的液体静压力,这为形成较高的锥体提供了重要条件(最高约18 m)。木吉“冷火山”锥顶泉水弱碱性的水体、较高的CaCO3过饱和度及薄层的水动力条件(图3),均有利于碳酸盐岩的快速沉淀,这对形成大型泉华型“冷火山”锥体相对较陡的坡面(20°~45°)尤为重要。木吉泉华型“冷火山”多发育在木吉河两岸Ⅰ级阶地,地势较为平坦,泉眼形成后泉水多向四周均匀溢流,故而形成此处多呈近标准圆锥形的“冷火山锥”。直径较大、形状规则泉口的形成则与较高的地下水静压力有关,但较快的碳酸盐岩沉积速率也容易导致“火山口”的自我封闭,在内部高静水压力下使泉水从旁侧逸出,进而形成大型“冷火山锥”旁发育数量不等小型次生“冷火山锥”的景观(图3)。串珠状分布的“冷火山”以及从东南向西北方向逐渐变年轻的方解石U-Th年龄,则反映出“冷火山”活动的定向迁移(图3),这与盆地内断裂定向扩张和高地下水静压力作用有关。

  • 图7 木吉部分岩石样品X射线衍射图谱

  • Fig.7 X-ray diffraction spectra of partial rock samples in Muji

  • 7 结论

  • (1)火山是自然界广泛分布的地质体,其形态、大小、物质组成、形成机理多种多样,以岩浆形成的火山为“热火山”,非岩浆地下流体喷出形成的类似火山的地质体为“冷火山”。

  • (2)沿木吉河谷呈NW-SE向分布有大小不等的“冷火山锥”68个。东区集中分布61个,锥体多呈近标准圆锥形,锥底直径大于50 m、锥高大于5 m的有12个。这12个主要“火山锥”被命名为:黄色丘、天眼渊、河岸锥、偏口锥、浅口锥、尖山、偏坡锥、双口锥、同心锥、月牙锥、半壁锥、东山;此外,还有3处“火山口”虽未形成明显“火山锥”,但存在大面积积水,本文对其分别命名为:碧水潭、三星潭、双目潭。西区7个,其中两个较大的命名为黑泉锥、溢泉锥。

  • (3)“木吉火山”由周围山地的冰雪融水及大气降水溶解周缘岩层中的碳酸盐岩,进而喷出地表再沉积形成,是钙质泉华型“冷火山”。这种类型的火山在中国尚属首次发现。

  • (4)木吉河谷三条全新世活动断裂为地下水的补给、运移提供了必要条件,地下水静压力高,以及泉水中CaCO3过饱和度高促使泉华型“冷火山”形成的数量多、规模大。活动断裂的定向迁移形成小型串珠状泉华型“冷火山”群。

  • (5)区内仍有部分锥体在继续生长阶段,表现为锥顶泉水仍持续受到地下水补给,并沿锥顶溢出,发生化学沉淀逐渐固结,形成的阶梯状叠覆沉积现象(图3c),统计得仍在继续生长的锥体共有25个。其余锥体已停止生长,锥顶封闭,只留下类似于破火山口的建造,锥体坡面受到不同程度的风化剥蚀和人为破坏(图5a)。

  • 致谢:肖文交院士、王峰、张留生、杨志国、鲁乐乐、李兆伟等同志为野外工作的顺利开展提供了极大的便利和协助,成文过程中与郑国东研究员、周晓成研究员、杨耀、赵文斌、张茂亮等同志进行了多次不同形式的讨论,实验测试得到薛丁帅、刘艳红、郭倩等老师的帮助,审稿专家提供了宝贵的修改建议,笔者在此表示由衷的感谢!

  • 注释

  • ❶ 河南省地质调查院.2005.库尔干幅(J43C002001)1∶250000地质图.

  • ❷ 河南省地质调查院.2005.艾提开尔丁萨依幅(J43C002002)1∶250000地质图.

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