云南腾冲大六冲火山机构的发现及意义*

李霓 魏海泉 张柳毅 赵勇伟 赵波 陈正全 陈生生 陈晓雯

LI Ni1，WEI HaiQuan1，ZHANG LiuYi1，ZHAO YongWei1，ZHAO Bo1，CHEN ZhengQuan1，CHEN ShengSheng2 and CHEN XiaoWen3

1. 中国地震局地质研究所活动构造与火山重点实验室，北京 100029

2. 中国科学院青藏高原研究所，北京 100101

3. 中国地质博物馆，北京 100034

1. Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China

2. Institute of Tibetan Plateau Research，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101，China

3. The Geological Museum of China，Beijing 100034，China

2014-01-10 收稿，2014-06-01 改回.

1 引言

腾冲火山区位于中国西南边陲云南省保山市腾冲县境内，东被横断山脉东南段高黎贡山阻隔，西与缅甸接壤，是我国著名的第四纪火山群分布区。该区地处滇缅弧形构造带东缘，位于印度-欧亚板块碰撞带的交界地带，构造活动强烈，岩浆活动频繁，在南北向狭长的盆地中分布着几十座火山;地震、地热活动亦相当频繁，目前火山区南部的热海热田地区仍有强烈的水热活动，地下深处仍有幔源He 的逸出(上官志冠等，2000;上官志冠和霍卫国，2001)，这在我国境内并不多见。在腾冲火山区，受区域构造作用的影响，有数条近南北、北北东向的断裂，其中以近南北向的腾冲断裂为主体，由北至南贯穿火山区，全区80%以上的火山、地震沿该断裂分布(皇甫岗，1997;皇甫岗和姜朝松，2000)。

腾冲火山的活动与印度板块和欧亚板块两个大陆板块俯冲、碰撞有关(阚荣举等，1996;王瑜，1999;Wang and Huangfu，2004;Wang et al.，2007;Xu et al.，2012)，腾冲火山岩是一套与陆内板块俯冲碰撞带环境有关的高钾钙碱性火山岩，发育在中、新生代花岗侵入岩和古生代以来的沉积盖层之上，其岩性为玄武岩-粗面玄武岩-玄武质粗安岩-粗安岩(樊祺诚等，1999;Li et al.，2012;Zhang et al.，2012)，并非岛弧或弧后环境的安山岩。前人(穆治国等，1987;Nakai et al.，1993;韩新民等，1996;姜朝松，1998;廖志杰，1999;李大明等，1999，2000;Wang et al.，2006;Zhou et al.，2012)研究工作还表明，腾冲的火山活动始于中新世，上新世后活动增强，在晚更新世达到高潮。虽然腾冲地区的火山活动已经有过大量的研究，但总体上对腾冲的火山研究多集中于晚第四纪较年轻的火山，对相对较老的火山则很少有人关注和进行系统研究。

图1 腾冲火山分布简图1-黑空山、打鹰山、马鞍山火山熔岩;2-火山碎屑岩;3-火山口Fig.1 Simplified distribution map of Tengchong volcanoes1-Heikongshan，Dayingshan and Ma’anshan lava;2-pyroclastic rocks;3-crater

受区域构造应力场的控制，腾冲火山群基本上呈南北向分布(图1)，既有黑空山、打鹰山、马鞍山等一系列晚第四纪新期火山，也有早更新世以来有过喷发活动的大六冲、余家大山、来凤山等老火山。盆地北部和中西部的火山喷发物以粗安质熔岩溢流为主，多为截顶圆锥状的中心式单成因火山，时代较新;而中东部及南部的火山喷发则相对复杂，从大六冲、青龙坡头、长坡、象塘至南部热海一带的广大范围内分布着巨量的英安质火山碎屑岩，火山碎屑喷发物占据了腾冲盆地一半以上的面积，达数千平方千米，可能存在多次喷发，相对时代较老，其岩相主要为火山爆发相。野外踏勘证实，这种中酸性火山岩的爆破式喷发是腾冲火山区第四纪早期极其重要的一种喷发类型，而大六冲火山正是其中最重要的代表性火山，它的爆炸喷发应属于腾冲火山区早第四纪以来规模最大的喷发之一。以大六冲为主火口的火山爆发成因火山碎屑流堆积物是区内中东部最为重要的喷发堆积类型，广泛分布于区内不同的主峰与山脉，并且可见于腾冲盆地堆积物中，火山碎屑喷发物占据了腾冲盆地东部数百平方千米的面积，灾害威胁极大。相对而言，东部火山喷发物中还有侵出相和溢流相，但比例较小。大六冲这种爆破性火山作用的认识对区内火山灾害预警也有着重要意义。

图2 大六冲火山锥体剖面示意图Fig.2 Schematic profile of Daliuchong volcanic cone

2 大六冲火山机构的发现

位于腾冲火山区中东部的大六冲火山山势高峻，外形呈圆锥状，顶峰高耸，海拔2763m，是本区的最高峰。多次的野外地质调查工作发现，大六冲山体由一系列巨厚层爆发相火山碎屑堆积物和中上部火山通道相岩石及少量熔岩构成，三者交互分布，有些地方难以辨别火山碎屑岩和火山熔岩的明显区别，岩相上存在过渡。总体上，靠近山顶的岩石以火山通道相岩石为主，也有近源相熔结角砾岩，山腰中上部有少量溢出熔岩，中、远源相为熔结程度不等的火山碎屑岩类(图2)。

图3 大六冲火山机构产物(a)-顶峰熔岩穹丘，已破碎成角砾;(b)-顶峰南侧直立产出的火山颈;(c)-火山颈细部照片，近直立产出的岩层边界由平行于岩颈边界的层节理控制;(d)-顶峰东北侧英安岩岩墙;(e)-横卧产出的柱状解理组成的岩墙;(f)-火口近源相火山角砾岩Fig.3 Products of Daliuchong volcanic edifice(a)-lava dome in the summit，which is broken into blocks of rock;(b)-volcanic plug intruded in southern summit;(c)-close-up view of volcanic plug，the roughly verticle rock boundries were controlled by inner layer joints paralleling to the plug rim;(d)-dacitic dyke just below northeastern summit;(e)-dyke with horizontal columnar cleavages;(f)-volcanic breccia in proximal facies

表1 火山颈有关参数及描述Table 1 Relavant parameters and brief descriptions of the volcanic plug

大六冲顶峰附近为熔岩穹丘，是粘度较大的高硅岩浆缓慢挤出冷凝而成，有些熔岩已破碎成角砾(图3a)。在大六冲最高峰东南方向向下约100m 处，首次发现了外表灰褐色近直立产出的英安岩熔岩，岩石坚硬致密而抗风化能力强，与周边产状平缓的熔结凝灰岩和熔岩组成的山脊相比显得非常突兀，在它们的接触带并未观察到岩层裂隙或断层，代之以随处可见的产状近直立的原生岩浆流动构造。因此这些近直立的英安岩被确定为火山通道中岩浆上升冷凝后留存的火山颈(图3b，c)。顶峰东北约800m 处可见裂隙式英安岩岩墙，其节理呈阶梯状排列(图3d)。在接近山顶的北侧朝云宫一带见灰白色英安质岩墙，冷凝收缩时产生了近水平向分布的横卧柱状节理(图3e)，大致呈扇形排列。在大六冲西南方向还有两座高大的山包，分别是距之2km 和2.5km 的小茏苁和尖山，从大六冲沿山脊向小茏苁方向，沿途可见近火口相的大块火山角砾岩(图3f)，其在大六冲顶峰也有少量分布。因此火山颈、熔岩穹丘、岩墙、火山角砾、爆发相与溢流相喷发堆积物构成了大六冲完整的火山机构，此前在对腾冲火山区的多年研究中从未有人报导过。需要说明的是，大六冲、小茏苁和尖山这几个地质体的岩性相同，均由英安质熔岩及火山碎屑岩组成，空间分布位置也相近，后两者的山体高度和规模均小于大六冲，属于环绕大六冲火山的放射状山脊，因而本文把小茏苁及尖山这两个较小的地质体也归并到大六冲的火山机构内。

大六冲火山通道中陡立产出的英安质火山颈岩石非常致密，抗风化能力较强，陡壁上可以观察到火山颈管中熔岩上侵流动时产生的流面、流线及横、纵、层节理等原生构造和次生构造，其中顺层节理最为发育，节理面平行于流面，大部分倾角在65° ～80°之间。而纵节理的倾角均为近直立，在80° ～90°间变化，时常呈现弧形。在大六冲火山机构中，平行于流面的层节理的产状可以代表火山颈挤出时的产状，因此在山脊上沿着火山颈边缘进行考察，测量了多处点位和产状，数据见表1。

根据野外实地考察、沿火山通道相外缘的空间分布及测量结果，完全可以证实大六冲顶峰以南100m 处的确存在着一个平面大致圆形、东南略尖、直径超百米的火山通道(图4)，晚期侵入岩浆已直立冷凝堵塞在通道中形成火山颈，其规模较大，可能是区内更新世早期火山喷发的主通道，这是我们近年来在腾冲进行野外地质调查工作中的最重要发现，腾冲火山区内大六冲附近上百平方千米范围内的火山碎屑岩可能正是由大六冲火山通道喷出和降落堆积的，根据大六冲火山碎屑物所占喷发物的体积比例来看，毫无疑问，当时曾发生过爆炸式大喷发。

通常一个大火山颈(一个主火山残余部分)四周常有较小的火山颈，考察中发现，在小茏苁西南部靠近山顶的地方也存在着同样产状和岩性的直立火山颈，只是规模略小，它们应是与大六冲主火山通道中的英安质熔岩大致同时上侵并冷凝的，推测它们来自于地下同一个岩浆房。

大六冲喷发的火山碎屑流以火口为中心呈放射状分布，其近源相、中源相、远源相相对清晰:近源相的喷发产物在大六冲山顶附近为英安岩质强熔结凝灰岩，顶板还发育有紫红色致密英安岩熔岩，顶板下即火山通道相的岩石，陡立产出(图3b)。此外，在主峰西侧出现了灰白色集块岩，岩块大小约0.4 ～5m，产状凌乱，一些稍小的岩块为火山角砾岩(图5a)，这些喷发产物都是近火口相的标志。中源相即大、小茏苁的短山脊，以熔岩为主，岩相向碎屑岩过渡。在其侧翼及前端常可见薄层剪切节理发育的熔岩，节理面大致平行于流动方向。中源相岩石中暗色矿物比例高于近源相，以针状角闪石为主，浅色矿物多为长石，晶形以长柱状为主。大六冲山脚以远的中、远源相物为比较典型的凝灰岩，由于距火口较远，火山碎屑物平铺产出，因此发育近水平向的薄层凝灰岩(图5b)，熔结程度从较强、中等到较弱均有，玻屑、晶屑明显，其中角闪石晶屑自形针状，是大六冲中、远源相火山碎屑岩中的典型特征，可能是碎屑流定位冷却过程中重新结晶生成的(Grunder et al.，2005;Carey et al.，2008)。

图4 大六冲火山通道的卫星影像Fig.4 Satellite image of Daliuchong volcanic conduit

3 大六冲火山喷发物岩性

大六冲火山的岩浆成分主要为中酸性的英安岩，山腰大丫口一带存在少量的流纹岩。由于粘度较大，大六冲火山发生爆炸式喷发，其喷发物主要为火山碎屑岩，在大六冲的酸性岩浆火山活动中溢流相较为少见，相对于主体为火山碎屑岩的大六冲来说，其火山熔岩只占据较小部分。次火山岩相为英安岩质侵出岩，仅有少量溢流相为英安质和流纹质熔岩。

3.1 火山岩

据野外所见，大六冲次火山岩相包括顶峰挤出式熔岩穹、火山颈(垂直流动构造发育的致密英安岩)、放射状岩墙(水平向柱状节理发育的英安岩)以及少量侵位于火山碎屑岩层间的小岩枝。侵出相次火山岩岩性主要为英安岩质(图6a)，因粘度较大，多分布于火山顶部火口附近以及火口通道内，岩石致密坚硬。少量火山岩呈气孔状或球粒状，还有英安质角砾、集块熔岩等。其中，球粒结构(图6b)发育的流纹质熔岩最具代表性，岩石致密块状，表面因遍布球粒而显得粗糙不平，球粒大小约1mm，颜色浅灰和灰黑，镜下呈现一团团的圆圈，指示为流纹质岩石的典型结构。该类结构由碱性长石和石英两种矿物构成，形成于很快速的过冷条件之下。因其野外特征明显可作标志层，主要集中分布于大六冲西南方向山腰及尖山附近。少量火山角砾、集块熔岩则分布于厚层熔岩流的底部或顶部。

3.2 火山碎屑岩

大六冲火山碎屑岩的种类非常多，根据其中火山碎屑物的含量和种类，可分为晶屑凝灰岩(图7a)、玻屑晶屑凝灰岩、岩屑晶屑凝灰岩、浆屑晶屑凝灰岩等，以前二者为主，它们的共同特点是晶屑含量较高，最高的晶屑含量可达30% ～40%。因爆发强烈，火山碎屑物尤其是晶屑和玻屑炸得较为破碎，晶屑、浆屑等火山碎屑物因残留的热量冷却后靠火山灰等微粒胶结在一起，也有少量出现了熔结结构，可见塑性浆屑(Koralay et al.，2011;Boyce and Gertisser，2012)。这些火山碎屑岩的胶结程度强弱不等，近火口相更接近火山碎屑熔岩，说明大六冲火山碎屑物在喷发堆积后仍具较高温度，部分处于可塑状态，可见碎屑熔岩结构，并且随着与火口距离的增加，其熔结程度逐渐减弱(Gifkins et al.，2005;Shea et al.，2010)。除集块岩和角砾岩外，还有熔结凝灰岩，在大六冲外围远源端出现的火山碎屑岩为弱熔结的凝灰岩。大六冲火山碎屑岩中出现的构造有假流动构造、层理构造(图5b)、条纹斑杂构造(图7b)等。此外，大六冲一些山脚采石场剖面很好地展现了其底部凝灰岩的标志性现象——球状风化，暗示了喷发年代较为久远，较大的凝灰岩球体甚至超过成人身高、重达几吨。

根据野外地质调查结果得知，腾冲火山区中部大范围分布的火山碎屑岩表明大六冲一带曾发生过大规模武尔卡诺或布里尼式爆炸喷发，喷发柱垮塌后高温火山碎屑及气体混合物四处喷射，或从火口喷出即沿地形地貌横扫堆积，大量火山碎屑物质堆积成巨厚层状，因温度、重力作用而熔结或压结成岩，即是大量火山碎屑岩的成因;其间亦有少量酸性熔岩涌出，因火山碎屑物相对松散，后期上拱溢流的英安质、流纹质岩流从中溢出并覆盖在先期堆积的火山碎屑物之上，多分布在山腰附近;顶部挤出的高粘度熔岩则形成了大六冲顶峰的熔岩穹丘，构成整个山体岩石单元的顶部岩流;喷发最晚期岩浆失去活力，上侵岩浆冷凝堵塞在火山通道内形成火山颈。

图5 大六冲火山爆发相典型喷发物(a)-火山角砾岩;(b)-远源相薄层状凝灰岩Fig. 5 Typical explosive eruption products of Daliuchong volcano(a)-volcanic breccia;(b)-thin layered volcanic tuff of distal facies

图6 大六冲火山颈岩石及溢流火山岩(a)-英安质火山颈岩石;(b)-球粒流纹岩Fig. 6 Daliuchong volcanic plug and other overflowing volcanic rocks(a)-dacitic volcanic plug;(b)-pyromeride

图7 火山碎屑岩及其构造(a)-晶屑富集，可见角闪石及长石晶屑;(b)-条纹斑杂构造Fig.7 Volcaniclastics and their texture(a)-volcaniclastics with abundant amphibole and feldspar crystal fragments;(b)-eutaxitic texture

图8 大六冲破碎山体及垮塌滑坡体Fig. 8 Cracked hillside and its collapsed landslide of Daliuchong volcano

从地形上看，大六冲爆炸喷发的火山碎屑物呈放射状发散分布，以主峰为中心，向北冲盖到北侧的余家大山，岩石非常破碎;向西越过马站公路到达打鹰山;西南方向的火山碎屑流到达侍郎坝水库一带;东侧和东南方向的大六冲火山碎屑堆积物被北东向的大盈江断裂所错断。此外，腾冲盆地东部的地势低洼处也有大六冲的火山碎屑物堆积，分布面积达数百平方千米。

4 火山活动时代分析

受区域构造活动限制的南北向腾冲盆地内火山活动是多期次的，据穆治国等(1987)对腾冲火山岩的年代学系统研究表明，腾冲火山区的火山活动规律为从东西两侧到中间变新，大六冲的喷发年龄为0.537 ±0.086Ma，时代为中更新世;姜朝松(1998)则认为大六冲的喷发时代为早更新世;我们在中国地震局地质研究所年代学实验室所做的K-Ar 同位素定年结果表明大六冲喷发产物的时代为早更新世和中更新世均有，说明它的喷发为多期次。李大明等(2000)对腾冲火山区上新世以来的火山活动做了仔细分析，也认为腾冲火山活动从外围向盆地中心迁移和扩展，还把火山活动分为三期，第三期即最后一期火山活动的起始和终止过程在空间上呈现由中北部向南部逐渐变新的规律，即显示火山活动从北向南迁移的趋势。虽然前人(穆治国等，1987;姜朝松，1998;李大明等，2000;Wang et al.，2006)的年代数据各有差异，但显然位于盆地中部的大六冲火山活动属于腾冲火山区相对较早和规模最大的喷发，野外地质证据也支持这一点，不仅表现在其海拔最高、火山通道超过百米、喷发物分布范围广泛，作为山体组成部分的火山碎屑岩已有部分风化并垮塌，而且这些火山碎屑岩也构成打鹰山等后期火山喷发的基底部分而被熔岩流覆盖其上。

5 灾害评价

大六冲火山岩主要为中酸性的英安岩，少量为酸性更强的流纹质，其喷发性质与岩流展布与基性火山岩完全不同，众所周知，中酸性火山岩因粘度大，其爆发的强度、规模、灾害性以及波及范围都更大，腾冲盆地广泛分布的凝灰岩已经反映了这一特点。火山碎屑物灾害主要表现为对火山周围的掩埋以及大范围火山灰的影响。受区域应力及风化蚀变作用的共同影响，以及火山碎屑岩本身的岩性特点，大六冲山体的岩石普遍破碎，极易形成垮塌滑坡体。野外调查发现，在大六冲东侧约1.5km 处的2393 高地东北方向因人工开采的影响，出现了较大规模滑坡(图8)，垮塌的凝灰岩块堆积物垂直高差约150m，山顶岩石构造节理发育，大小不一的垮塌岩块填满了一侧沟谷。此外，在大六冲南侧约3km 处的2170 高地东南方向以及大六冲西侧约2km 处也都发现了滑坡体，岩石破碎严重，产状杂乱，发育密集节理带，应是近距离的垮塌造成的。大六冲附近还有不少村庄和居民，更有甚者，在其西南约4km 处新建有一片高尔夫球场和别墅群，相对高大而破碎的大六冲山体来说距离仍是相当近，未来的滑坡和泥石流等地质灾害风险不容忽视，对当地的工程和道路建设也将有很大影响，因此亟需建立一定程度的地质灾害预警，事先对这些灾害风险在灾害区划图上进行一一标注，尽可能避免人员生命和财产的重大损失。

火山灾害评价的一条基本原则是“将古论今”，即火山区内的同一个地区都可能受到与过去频率相同、类型相同、规模相同的未来喷发事件的影响(Tilling，1989)。毋庸置疑，第四纪以来，腾冲火山区内曾经发生过以大六冲为代表的爆炸式火山喷发，火山碎屑喷发物遍及腾冲盆地中部及南部，这种爆破性火山作用的认识对区内火山灾害研究有重要意义;腾冲存在壳内岩浆囊，一些温泉的逸出气体具典型的火山放气性质(周真恒等，1996);区内最新的火山喷发活动距今仅七千余年(王非等，1999;Wang et al.，2006);且樊祺诚等(1999)认为，由岩浆演化趋势推测，腾冲火山区之下的壳-幔边界或壳内岩浆房的岩浆将向更具爆炸性和灾害性的富硅、碱的酸性岩浆演化，即未来腾冲仍有发生爆炸性喷发的可能，未来火山灾害风险仍很大，这也是研究大六冲火山机构的意义所在。大六冲火山机构及其滑塌物的发现，不仅可以解释腾冲火山区大范围分布的火山碎屑岩的来源，也为防治以后类似大规模喷发可能造成的次生地质灾害提供了理想的研究样本和未来灾害预警。

6 结论

通过几次野外地质调查工作，已初步查清了本区第四纪早期火山作用的特征，即本区中部大六冲在早更新世以来发生过一次巨型中心式爆破性火山喷发与碎屑物搬运堆积的过程，同时伴有局部小规模英安质、流纹质熔岩溢流式喷发过程，后者局限在山顶及山腰附近。野外调查首次发现了大六冲的火山通道，火山颈、熔岩穹丘、岩墙、集块岩、爆发相与少量溢流相喷发堆积物构成了大六冲完整的火山机构，其岩浆主体成分为英安质，强烈的爆发形成了玻屑晶屑凝灰岩、晶屑凝灰岩、岩屑晶屑凝灰岩等多种类型火山碎屑岩。

受区域构造应力及风化蚀变作用的共同影响，以及火山碎屑岩本身的岩性特点，大六冲山体岩石普遍破碎，极易形成垮塌滑坡体，未来地质灾害的潜在风险非常大，对附近的建筑、工程和公路建设会有很大影响。

大六冲一带火山岩相主要为爆发相，溢流相的比例很小，这种爆破性火山作用的认识对区内火山灾害研究有重要意义，即第四纪早期腾冲曾发生过以大六冲火山为代表的大规模爆炸式喷发，未来还可能发生类似喷发，这些情况却从未引起人们的注意，这很不应该，而国外类似的爆炸喷发曾造成了极为严重的人员和财产损失，因此本文大六冲火山机构的发现和研究为未来的火山灾害防治提出了预警。

致谢 感谢中国地震局地质研究所于红梅、中国地质科学院地质力学研究所杜星星等课题组全体成员在野外的艰苦付出!感谢南京大学周新民老师对部分岩石鉴定方面的指导!

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