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腾冲火山之地心游记

2019-9-4 8:52:37 来源:万博manbetxapp下载 作者:梁凤华 戚学祥

儒勒·凡尔纳早在一个半世纪以前就用他的科幻小说《地心游记》带我们领略过那些神秘火山内部可能的构造和景观。他用那个年代的地质认知,在小说里大胆想象出地心内部的巨大地下湖和恐龙等远古生物。那么,一个半世纪以来,随着地质科学的发展,我们对于火山、对于地球内部又有了怎样新的认知呢?让我们来深入中国云南腾冲的火山区一探究竟吧。

腾冲火山区位于云南省西南边陲,是我国最著名的火山区之一,区内有新生代火山69座,其中可见各种类型的火山锥、火山口,数级熔岩台地,丰富多彩的各类火山熔岩构造景观,以及熔岩流堰塞湖泊等火山地貌。除此之外,腾冲地区更蕴藏着巨量的地热能源,高温热泉、钙华、硅华、硫华等水热蚀变现象随处可见,是我国环保能源、绿色能源开发的重要基地。

那么,美丽壮观的腾冲火山群是在什么时候形成的呢?储量巨大的地热资源深部成因是什么?腾冲地下是不是还有火热的岩浆在翻滚?会不会再喷发?

据记载,腾冲火山最后一次喷发可能在1609年(《徐霞客游记·滇游日记九》),但由于该记载缺乏具体情景和年代证据,这一时间尚存争议。不过李根源在《烈遗山记》中曾描述“腾冲多火山,志载明成化、正德、嘉靖、万历年间火山爆发多次”,说明几百年前,腾冲火山有过多次喷发活动。当然这都只是腾冲火山群——在漫长的地质历史长河中——偶尔醒过来打了几个小喷嚏而已,可绝不是腾冲火山群开始形成的年代。

为了重塑腾冲火山的演化历史和地下结构,地质科学家们运用各种可能的手段努力为人们揭开其神秘面纱。尽管上天、入地、下海之中入地最难,但地质科学家们也有了自己的“金刚钻”——科学钻探。

比如,中科院刘佳麒院士与中国地质科学院戚学祥研究员于2008~2013年领衔开展了“云南腾冲火山-地热-构造带科学钻探选址预研究”课题,这项研究隶属于国家正在开展的入地计划“地球深部探测专项”。经过几年的钻探取芯和科学研究,科学家们又进一步解密了腾冲火山的更多成因信息。

原来,腾冲地区的火山分布并不是随机的,而是集中分布于狭窄的北东-北北东向的弧形盆地中,受盈江大断裂控制。从大地构造位置上看,腾冲火山位于西南三江(金沙江、澜沧江、怒江)构造带中的腾冲地块中,东西两侧分别被怒江缝合带和缅甸东部密支那缝合带夹持,处于印度板块与欧亚大陆挤压碰撞带的前缘地带。由于同时受控于近场应力场和远场应力场的相互作用,形成四周挤压、内部伸展的构造样式。

腾冲火山熔岩构造

而其中,分布于腾冲地块内部的大盈江左行走滑断裂带,是直接控制腾冲地块内火山活动和热泉空间分布的主要构造带,具有多期构造活动的特点,在西南部早期以右旋韧性走滑剪切变形为主,后期叠加左行压扭性脆性变形构造,中北部则以拉张的脆性变形为主,正是这些拉张变形控制了腾冲-梁河一带火山岩和热泉的空间分布。

研究表明,腾冲的火山活动也不是一蹴而就的,而是不同时代多期次火山活动的叠加。早期的火山活动在约两千万年前就已经开始了。两千万年以来,腾冲大的火山活动可归纳为4期:第一期以东部陇川断裂带附近最强,向西减弱,以熔岩溢出为主;第二期受大盈江-古永户型断裂带控制,中心腾冲一带活动较强;第三期分布于腾冲南北一线第二期火山活动范围内,是强度最弱的一期;第四期位于腾冲以北至固东街一带,呈南北向串珠状分布。

科学家们通过对地下深处取出的岩芯样品和地表样品的岩石学、矿物学、地球化学、各种同位素特征等的研究,揭示出腾冲火山活动的原始岩浆是来源于富集地幔的(>45km深处)。中新世-更新世,印度板块东构造结持续向北东方向挤压,引发了盈江断裂的强烈活动,在这一背景下,盈江断裂东北段的伸展造成了带有富集地幔同位素特征的原始岩浆脉动式注入岩浆房后分离结晶,并在同化混染了沿路的地壳组分之后,最终形成带有不同化学特征和同位素特征的喷发旋回。不同深度水平的岩浆房中原始岩浆分离演化,并在熔体与围岩、熔体与流体、流体与围岩之间存在复杂而频繁的物质与能量交换。这一过程中,流体对冻结岩浆房的活化起到了关键作用,因为若缺乏深部流体(或熔体)的补充,岩浆房将渐渐冷却冻结,而腾冲火山群断续活跃了两千万年,可见深部流体作用的活跃。

当然,流体的作用还有一个我们喜闻乐见的好处,那就是腾冲无处不有的地热温泉。腾冲新生代火山区的温泉具有分布广、数量多、水温范围大和类型多样等特点,平均每100km2就分布着一个水热活动区。温泉的来源正是沿着大盈江断裂、龙川江断裂和槟榔江断裂上升的地热流体。热源来自于腾冲火山区地下存在着的岩浆囊,并进一步来自上涌的软流圈地幔,而断裂带则为流体被加热之后上升提供了通道。

腾冲的地热资源除了为人们提供便利和舒适之外,也是地质科学家用以监测腾冲火山活动性的最重要指标之一。因为腾冲火山被归属为有活动迹象的火山,其危险性仅次于长白山天池火山。火山灾害预测成为地质科学家们面临的一大挑战。

腾冲火山地下存在的3个岩浆囊

云南地震局赵慈平研究员在深部探测的课题中,首次利用卫星红外遥感MODIS夜间月平均地表温度数据和方法,确定了腾冲地区地温异常的空间范围。他通过对腾冲火山区上地壳温度场、幔源物质释放场和岩浆囊现今温度的综合研究,以及结合深部探测、活动性监测和前人的研究结果等,提出腾冲地区现今地下存在3个岩浆囊:第1岩浆囊位于腾冲县城和清水一带,第2岩浆囊位于马站和曲石一带,第3个岩浆囊位于五合、龙江、团田和浦川一带。实验测试结果显示,3个岩浆囊释放挥发物质的幔源比例依次为70%、60%和30%;埋藏深度分别为5~25km之间、10~25km之间、7~14km之间;现今温度分别为第1岩浆囊平均555℃、第2岩浆囊平均532℃、第3岩浆囊平均679℃,最高温达1200℃。

在综合分析各项指标之后,赵慈平研究员团队给出了腾冲火山地下3个岩浆囊的活动性对比和监控建议:第1岩浆囊(位于腾冲县城和清水一带)集相对地热梯度、幔源物质释放、形变和地震活动等异常于一身,岩浆囊正在接受幔源岩浆的补充,活动性最强,直接位于腾冲县城之下,喷发将造成最为严重的损失,需重点监视;第2岩浆囊的幔源物质释放强度也引人注目,岩浆囊可能也正在接受幔源岩浆的补充,需持续监测;第3岩浆囊规模大,埋深较浅,幔源物质释放较弱(30%),目前幔源岩浆的补充可能比较微弱,但岩浆囊温度依然较高,仍需注意。

总的来说,幔源流体对热泉的产生具有重要的贡献,这也表示流体的通道一直没有关闭,因而火山活动也没有真正停止。

地质科学家们正在从地热流体监测、地震监测、三维应力场模拟、大地电磁测深等各个方面严密监控腾冲火山的活动性,以最大程度保障国家和人民的生命财产安全。

而作为普通游客,当我们在尽情欣赏美丽壮观的火山地貌的同时,可以通过了解火山的形成机制来充分感受来自地心的磅礴力量;当我们在惬意享受养生健身的地热温泉的同时,也可以通过了解地热的来源和火山活跃现状等,来充分体验如在地心游弋般的感受。□

(作者单位:中国地质调查局地质研究所)

网站编辑:宫莉

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