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镜泊湖世界地质公园熔岩台地上的熔岩鼓包与熔岩塌陷构造 精选

已有 2130 次阅读 2019-8-19 21:15 |个人分类:地学探讨|系统分类:图片百科| 镜泊湖, 熔岩台地, 熔岩鼓包, 熔岩塌陷, 瀑布成因

镜泊湖世界地质公园熔岩台地上的熔岩鼓包与熔岩塌陷构造

吕洪波12,刘占森2,赵雨薇2,兰凤2

(1)       中国石油大学(华东)地球科学与技术学院(山东青岛)

(2)       黑龙江镜泊湖世界地质公园管委会(黑龙江宁安市,)


  黑龙江镜泊湖世界地质公园位于黑龙江省宁安市西南部的牡丹江上游,那里分布着大片的新生代玄武岩,从火山口到熔岩台地,构成了著名的火山地貌地质公园的主体。为了对镜泊湖景区内重要景点之成因机制给出明确的科学解释,本文作者于2019年07月下旬对镜泊湖景区进行了两天半的野外联合地质考察,发现镜泊湖景区熔岩台地上普遍发育着熔岩鼓包和熔岩塌陷构造,是镜泊湖世界地质公园重要的成景构造。

  镜泊湖地质公园中有很多火山相关地貌景观,但其成因至今没有阐述清楚。举例来说,作为核心景点的镜泊湖瀑布,360百科介绍如下:

 “瀑布之成因,据考察证实,是镜泊湖火山群爆发时,喷发出的熔岩在流动进程中,接触空气的部分首先冷却成硬壳,而硬壳内流动的熔岩中尚有一部分气体仍未得到逸散,及至熔岩全部硬结后,这些气体便从硬壳中排除,形成许多气孔和空洞。这些气孔和空洞后又塌陷,形成了大小不等的熔岩洞”。

360百科:https://baike.so.com/doc/5305446-5540319.html


   显然,这种描述并没有给出清晰的机制解,也没有展示关键证据,仅凭猜测是无法令人信服的。

   经过本次联合考察,作者发现熔岩台地上普遍发育着熔岩鼓包和熔岩塌陷构造,是熔岩台地上熔岩流的活动记录,为包括镜泊湖瀑布(吊水楼瀑布)在内的很多景点提供了合理的成因机制解。

1、熔岩鼓包(Lava bulge)和熔岩塌陷(lava collapse)构造

(1)熔岩鼓包(lava bulge)是指熔岩台地上表层熔岩冷凝结壳之后熔岩流前方受阻导致下面的液态熔岩局部上拱而在表面形成高达几米的丘状隆起。因为形成过程中表层熔岩已经结壳,所以表面被撑开而发育多方向的裂缝,如同蒸裂了的馒头,个别情况下还可见下面的熔岩流从表层开裂处涌出。

        国外文献一般将其称为熔岩冢,但英文名词却分别用lava tumuluspressure ridge表示。本文作者根据国内地学同仁们已有的通俗叫法采用“熔岩鼓包”一词,并建议英文用lava bulge与之对应,同时参考国外同行的命名,将凸起呈近圆形的熔岩鼓包称为熔岩冢(塚)(lava tumulus),而将明显长条状延伸的熔岩鼓包称为熔岩突脊(对应的英文为lava ridge或 pressure ridge)。无论是熔岩冢还是熔岩突脊,其下方当时必然存在着供应熔岩流的熔岩隧道(lava tube),而熔岩隧道内局部过量的液态熔岩因前方受阻而寻找薄弱点向上顶起熔岩结壳层是熔岩鼓包形成的直接原因。需要指出的是,熔岩台地上熔岩隧道纵横交错、无处不在,只因台地过于平缓,多数熔岩隧道无法排空而难以保存为地下洞穴景观,因此导致人们对其认识不够。镜泊湖世界地质公园的熔岩台地上普遍存在着熔岩冢和熔岩突脊就是良好的例证。

(2)熔岩塌陷构造lava collapse structure)是指熔岩台地上形态各异的塌陷构造,是熔岩台地表层冷凝结壳后下部熔岩隧道中的液态熔岩流减少而造成的顶板塌陷构造。其中呈近圆形的可以称作熔岩塌陷坑(lava collapse pit),而呈线状延伸的可称作熔岩塌陷谷(lava collapse trough)。如果塌陷坑内后来保留积水,则可称作熔岩塌陷湖(lava collapse lake)。

  镜泊湖世界地质公园的熔岩台地上普遍发育着熔岩塌陷构造,如北门之外的空旷地带分布着很多熔岩塌陷坑和熔岩塌陷谷,而在“喷气碟”景点附近则存在多个熔岩塌陷湖。

  显然,这些塌陷坑或塌陷谷下方当时存在着熔岩隧道,而隧道内的熔岩流因在下游找到突破口而快速流失便造成熔岩塌陷构造的形成:随着下面的液态熔岩流逐渐排走而减压下降,上方半固结的熔岩结壳层失去液态熔岩的浮力支撑而下陷或垮塌,于是在地表形成了明显的负地形—熔岩塌陷坑或熔岩塌陷谷。其显著特点是:熔岩塌陷坑(或谷)的边缘不完全是固态崩塌,而是具有一定的塑性变形特征,于是保留了原始结壳层表面由坑边缘的近乎水平到逐渐向坑底变陡的弧形表面,这可作为判别熔岩塌陷构造的重要标志。

      值得一提的是,镜泊湖熔岩台地上很多熔岩塌陷湖恰恰是由熔岩冢塌陷而成,这就让我们将熔岩鼓包和熔岩塌陷坑的成因机制有机地联系在一起:当一次大规模的玄武岩喷发形成一片熔岩台地雏形时,台地表面首先形成相对平坦均匀的冷凝结壳层,然而充满于熔岩隧道中的高温液态熔岩流却非常活跃,一直在寻找薄弱点和突破口,对上覆结壳层的压力也一直在变化。如果下游受阻致使熔岩流无法流出就必然增加向上的压力而形成熔岩鼓包,反过来如果下游重新找到突破口而排泄出隧道内的熔岩流就会减少对上覆结壳层的支撑而形成熔岩塌陷构造,这就是熔岩台地上普遍发育熔岩鼓包和熔岩塌陷构造的根本原因。而发育熔岩鼓包的地方下面的熔岩隧道往往规模相对大,所容纳的液态熔岩也相对多,一旦下游出现新的突破口,这些地方的液态熔岩也最容易流失,因此也是容易发生熔岩塌陷的地方。这就是镜泊湖熔岩台地上分布着诸多熔岩冢塌陷湖的原因。

2、镜泊湖瀑布的形成机制

  在镜泊湖熔岩台地上的考察发现为我们解决镜泊湖瀑布的成因提供了重要的线索。我们两次对镜泊湖瀑布下游谷地和沿岸进行考察,终于在观瀑桥北侧附近发现了熔岩塌陷构造的直接证据。

  其熔岩塌陷标志就是:从边缘的熔岩台地向峡谷方向保留了表层熔岩结壳层倾斜度逐渐变大的斜坡。尽管结壳层被大量的裂缝所切割,但其产状逐渐变化的特征与前述典型的熔岩塌陷构造完全一样,是熔岩塌陷时形成的。这说明观瀑桥以西存在着大型熔岩塌陷构造,这就是镜泊湖瀑布形成的直接原因。

  镜泊湖瀑布上方的熔岩台地与下方的深潭落差超过10米,陡崖显示为一次巨厚的熔岩流冷凝成岩,而下游的河谷狭窄,当谷地被熔岩流充满时很容易阻塞,可在该区形成多处熔岩鼓包。随着熔岩流的进一步活动,一旦在下游找到突破口就会在其上游引发结壳层之下的熔岩流快速流失,因此就在该区形成至少一个大型的熔岩塌陷构造。当河流通过这个大型的熔岩塌陷构造时就形成初始瀑布,而随着每年洪水的爆发将塌陷构造底部的岩块搬走,瀑布也逐渐向上游方向后退,这便是今天我们所看到的镜泊湖瀑布。

  显然,我们为镜泊湖瀑布提供的成因机制解更加清晰和科学。


3、结论

  在镜泊湖景区内外保留了大面积的熔岩台地,其表面到处分布着熔岩鼓包和熔岩塌陷构造。其中熔岩鼓包构造包括熔岩冢和熔岩突脊,而熔岩塌陷构造包括熔岩塌陷坑、熔岩塌陷谷和熔岩塌陷湖,构成了重要的火山地貌景观,为地学科研和科普提供了重要的自然资源。

  上述发现也为镜泊湖瀑布提供了科学的成因机制解:镜泊湖瀑布就是河流经过熔岩塌陷构造边缘陡崖所致。

鸣谢:本次科学考察是在镜泊湖世界地质公园管理委员会的组织和支持下完成的,作者在此深表谢意!

注:本文为参加国家林草局即将于2019年09月在北京延庆世界地质公园主办的“中国地质公园主题宣传活动”而撰写的初稿,由吕洪波执笔,不当之处由吕洪波负责,敬请批评指正。镜泊湖地质世界公园管委会同仁正在进行进一步修订。最终文稿可能在相关杂志上发表,请转载人士务必注明:转载自科学网吕洪波的博客






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