1 长白山天池火山的区域地质构造概况
长白山天池火山位于中国东北大陆东部, 41°20′~42°40′N, E127°00′~129°00′E, 是一座大型复合层状火山。天池火山区位于西太太平洋板块俯冲带前缘, 处在中-朝古老克拉通北缘附近, 同时位于北东、北西及东西走向的断层的交汇部位。它的独特构造背景一直受到中外火山及地质工作者的关注。它的近代 (约1000年) 发是全球2000年来最大的喷发之一。长白山火山历史上发生过多次大规模喷发, 形成了大面积分布的玄武岩、粗面岩及碱流岩等。上新世至更新世以来, 长白山地区地壳上隆, 与此相距120km处的珲春地区深源地震发育, 形成了独特的区域地质构造背景。
2 区域断裂带的特征
长白山及其邻区以北东、北西及北北东为主的几条大规模的断裂或断裂带构成本区的新生代以来的主体构造格局。
2.1 依兰-伊通断裂带
位于松辽盆地东侧, 南起叶赫一带, 向北北东向延伸, 经伊通、舒兰、尚志、依兰、萝北, 进入俄罗斯境内。断裂带总体上构成一地堑式槽地, 由一系列断陷、隆起组成。沿断裂带发育新生代玄武质火山活动。中新世活动强烈, 从南到北都有含超镁铁质岩石包体的碱性玄武岩质岩浆喷发。随后, 火山活动逐渐减弱, 进入第四纪几乎完全停止。
2.2 敦化—密山断裂带
裂谷带的东北部分在俄罗斯境内。国内部分, 北东端起于黑龙江省密山一带, 向南西经敦化、桦甸至清原、抚顺, 全长1000km。总体走向N45°-50°E。以桦甸、清原为界, 可将全带分为三段。研究区内只见其中、北段。中段由相互平行的东、西二支对冲的逆断层组成, 严格控制着中、新生代地层沉积。沉积厚度达3700米。太古界逆冲于下第三系之上。该断裂带与依兰-伊通断裂带一样, 早期形成于中生代中晚期, 于新生代早中期形成伸展断陷。沿断裂带发育大量的新生代玄武岩喷发。
2.3 鸭绿江-甑峰山断裂
该断裂北东走向, 切过长白山天池火山以及相关的中生代的花岗岩。断层面为高角度, 并表现出右行走滑的特征。选取甑峰山山角切过花岗岩处的断层泥, 利用K-Ar法测定断层泥中的伊利石 (2M型) , 得到70Ma左右的年龄值。在断裂出露的不同地区进行了研究和踏勘, 并没有发现明显的断层切过第四系沉积层的证据。
2.4 图们江断裂
图们江断裂沿图们江呈北东走向。断裂在部分地段影响到了晚第三纪-第四纪的沉积层。利用TL、ESR法测定了断层 (带) 的断层泥, 得到最小的年龄值都大于10ka, 表明此时间以来断层没有强烈活动。有证据表明, 沿图们江断裂有近东西走向发育的岩墙, 该岩墙切过了2.77Ma的玄武岩, 可见其形成晚于2Ma。这与3Ma以来近东西方向的挤压作用所形成的浅层次的剪切特征相一致。可能为剪切作用形成的岩墙。
3 深源地震活动与火山地震活动的关系初探
3.1 岛弧火山活动与俯冲带的关系
全球几乎所有岛弧火山活动都与俯冲板块有关, 而且是火山前缘大体位于俯冲板片插入100km深的位置。不管俯冲角度大小, 不管海沟与火山带距离远近, 几乎所有俯冲带, 如阿留申、日本、汤加都是这样。这意味着俯冲板片下插到100km深处发生蛇纹石脱水相变, 生成橄榄石, 同时产生的水向上运移减低了上覆岩石的固相线, 促使产生部分熔融。
3.2 太平洋板块俯冲板片的深震活动
太平洋板块在日本海沟向下插, 大致以25°的角度俯冲到我国东北的上地幔底界附近, 形成了一条从日本海沟到中国吉林省东部的NWW-SEE向的深源地震带。吉林东部火山区位于太平洋板块下插、俯冲、消减带的前缘区, 正是洋壳物质和上地幔物质的交换区。长白山火山活动与日本弧俯冲带有关, 国内火山学和地质学研究的学者提出长白山火山形成的一种物理模型是:日本俯冲带向下俯冲, 俯冲板片中间的某些部分直到上地幔底界仍具有保持稳定的超水相, 这些超水相的破坏, 使某些水从板进入上覆地幔楔, 引起长白山天池火山活动以及深源地震。刘若新等 (1998) 提出天池火山三阶段和双层岩浆房的演化模式, 认为天池火山及其附近的岩浆源分别来自地壳岩浆囊和地幔岩浆囊。95110302专题研究报告更进一步认为包括玄武质-粗面质-碱流质在内的天池火山岩, 来源于同一地幔源区, 而深达600km以上的俯冲带前缘有可能导致深部的地幔组分的局部对流, 使得包括天池火山各类岩石在内的东北东部新生代火山岩既有来自地幔深部的原始地幔 (PM) 组分, 又叠加了受俯冲板块交代富化地幔组分 (樊祺诚, 魏海泉, 1999) 。流体地球化学3He/4He和关系图上长白山天池火山与西太平洋俯冲带位置几乎相同 (上官志冠, 1997) , 进一步说明了二者之间的紧密关系。
3.3 深震活动与火山活动的关系
太平洋俯冲带向北西西俯冲, 在吉林省东部附近地区已经到达上地幔底层。从林口县南部, 经过东宁-汪清附近, 珲春到日本海盆西部, 震源深度为500km~600km, 形成一条长480km宽100km的北北西的的深震带。与此对应, 从土顶子山、长白山天池、小白山、胞胎山、绿峰、黄峰等也形成的北北西向排列的火山带。五百公里深震带和长白山火山带大致平行。这条深震带并不与俯冲方向垂直, 而是以一个角度斜交。
近代长白山曾有多次有记载的喷发, 仅从1597到1702年的105年间, 就连续喷发了3次。根据史料记载, 长白山火山区的几次喷发都伴有区内或临界区的较大地震发生, 例如:1597年10月6日中国东部七省记载了一次地震事件, 高山泰等认为这是一次深、强震事件, 地震发生的当天和第三天, 长白山附近的朝鲜咸镜道三水郡发生两次火山喷发, 并伴有强烈地震。两次火山喷发和地震的地点恰恰位于事件的有感范围内。1902年7月3日在吉林汪清发生6.6级地震, 1903年5月天池火山喷发。由上述资料可见, 长白山天池火山的喷发, 可能与强地震相伴发生, 反映了当地动力学背景的活动。由于日本海西部及我国东北部地区的深源强震是俯冲板块的插入引起的, 进而可以理解为板块边界俯冲活动可能对长白山天池火山区的岩浆活动产生重要影响。
1997年下半年以来, 在日本海西部发生7次深震, 震级小, 强度低, 但频率高。1999年4月8日, 汪清发生7.0级深源地震, 震源深度是540km。2002年6月29日, 珲春发生7.2深源地震, 震源深度为566km, 震中位于东经130.3度, 北纬43.4度, 汪清县复兴镇区域内。地震发生在太平洋板块向欧亚板块撞击的俯冲带上, 震幅波及全东北、河北、山东乃至浙江省的部分地区也都有震感。表现出俯冲带上强震活跃的趋势。2002年9月15日在林口县南端又发生M6.4地震, 震源深度达586km。 (见图1)
根据天池火山地震观测站的记录, 自1985年至1990年六年的季节性观测中, 共记录地震52次, 地震平均年频次为9次, 震级一般在ML1.8级以下, ML≥2.0级3次, 最大震级为ML2.4级。自1973年以来在长白山天池周围50km以内, 发生了5次ML≥2.0的地震, 自1978年长白山火山区平静了8年之后, 1986年发生了ML3.7级地震。但自2002年下半年以来长白山火山区地震活动明显增强, 表现为频度高、震级大, 显示了火山内部活动的异常, 引起研究者高度关注。
1997年以来发生的系列深源地震和长白山近年来发生的高强度高频度火山地震似乎存在着某种必须的联系。尤其是2002年6月29日珲原发生7.3级深震后, 长白山火山出现了有地震记录以来最强烈的火山地震活动, 相继记录到震群活动38次, 最高震级达ML4.4级, 火山地震活动一直持续到2005年下半年才逐渐开始减弱 (图1) 。
4 结语
通过以上分析, 我们有理由认为2002年6月29日珲原发生的7.3级深震导致了长白山火山区浅部岩石应力集中而形成震群活动, 这种火山地震活动的发展趋势有以下两个可能。
一个可能是短期扰动, 然而扰动未能彻底破坏这一地区的热力学平衡, 之后会逐渐平静。
另一种可能是扰动逐渐发展, 最终彻底破坏这一地区的热力学平衡, 而导致岩浆活动, 从而形成更大的火山地震活动乃至火山爆发。
从目前掌握的火山地震、形变、温泉水化学资料看, 深震后火山地震活动加剧, 温泉水化学指标出现异常, 火山锥体迅速抬升, 然后至2005年下半年各项异常活动渐渐趋于平静, 正对应了第一种可能, 只是产生了一种短期振动现象。
虽然这只是一个短期的扰动现象, 然而岩浆系统已经开始打破了原有的平衡出现了活动的迹象, 我们应该密切监测火山地震的活动趋势, 密切关注下一次深源地震的发生, 如果再发生大的深源地震, 很有可能对岩浆系统产生更大的影响, 发生更强烈的火山地震活动。
摘要：2002年6月29日珲春发生7.3级深震后, 长白山火山出现了有地震记录以来最强烈的火山地震活动, 相继记录到震群活动38次, 最高震级达ML4.4级, 火山地震活动一直持续到2005年下半年才逐渐开始减弱。本文从板块构造的角度分析了长白山火山活动与深源地震活动的关系。
关键词：深震,长白山,火山,构造
参考文献
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