火山的构造

1. 火山的构造

由火山口，岩浆通道和火山锥 组成在地球上已知的“死火山”约有2000座；已发现的“活火山”共有523座,其中陆地上有455座，海底火山有68座。火山在地球上分布是不均匀的，它们都出现在地壳中的断裂带。就世界范围而言，火山主要集中在环太平洋一带和印度尼西亚向北经缅甸、喜马拉雅山脉、中亚、西亚到地中海一带，现今地球上的活火山绝大部分都分布都在这两个带上。火山出现的历史很悠久。有些火山在人类有史以前就喷发过，但不再活动，这样的火山称之为“死火山”；而有史以来曾经喷发过，但长期以来处于相对静止状态的火山，此类火山都保存有完好的火山锥形态，仍然具有火山活动能力，或尚不能断定其已丧失火山活动能力，人们称之为“休眠火山”；人类有史以来，时有喷发的火山，称为“活火山”。地壳之下100至150千米处，有一个“液态区”（软流层)，区内存在着高温、高压下含气体挥发份的熔融状硅酸盐物质，即岩浆。它一旦从地壳薄弱的地段冲出地表，就形成了火山。火山活动能喷出多种物质，在喷出的固体物质中，一般有被爆破碎了的岩块、碎屑和火山灰等；在喷出的液体物质中，一般有熔岩流、水、各种水溶液以及水、碎屑物和火山灰混合的泥流等；在喷出的气体物质中，一般有水蒸汽和碳、氢、氮、氟、硫等的氧化物。除此之外，在火山活动中，还常喷射出可见或不可见的光、电、磁、声和放射性物质等，这些物质有时能致人于死地，或使电、仪表等失灵，使飞机、轮船等失事。

2. 火山结构

虽然不同的火山在形态上不同，但基本的结构是相似的，火山通常由火山锥(volcanic cone)、火山口(crater)和火山喉管(chimney)组成(图 12-2)。
火山锥是指火山喷发物(液体和固体物质)在地表堆积形成的锥形地貌，在外形上为圆锥体，但不同的火山物质构成形态不同。
火山口是火山锥顶部的环形凹坑，上大下小，常成漏斗状或碗状，底部与火山喉管相连。
火山喉管是岩浆从岩浆库向上运移喷出地表的通道。火山喉管的形状与火山的喷发类型有关。中心式喷发的常具有一个主要的通道，铅直方向，似圆筒状，称为火山筒或火山管(vol- canic pipe); 裂隙式喷发的火山喉管为长条状。

图 12-1 中国火山(岩)分布图(据刘嘉麒，1999)


图 12-2 火山结构略图

3. 火山构造

火山构造或称火山机构，包括火山通道、火山锥、火山口等(图15-1)。

图15-1 火山机构图

(据徐邦梁，1998)
1.火山通道
火山通道是岩浆由地下上升的通道。既可以是由多条断裂构成的裂隙通道，也可以是由若干条断裂交会处形成的管状通道，称为火山喉管，现代火山大部分属这种类型。火山通道在火山喷发结束后往往被熔岩或碎屑堵塞，冷凝成管状岩体称为火山岩颈，为次火山岩。最坚硬、最贵重的金刚石常产于其中。
2.火山锥、火山口
火山喷出的碎屑物和熔岩，大部分在火山口周围堆积下来，形成锥形高地，称为火山锥；位于火山锥顶部或旁侧的漏斗形喷口，称为火山口。粗大碎屑常堆在火山口周围，细粒碎屑则堆在较远的地方。围绕火山口常因冷却收缩形成环状或放射状裂隙，随后裂隙可被熔岩所填充，形成环状或放射状岩墙群。有的火山锥主要由熔岩构成的，坡度很缓，如同盾状，称为盾状火山。
由于火山多次活动，往往在原来的火山口旁侧或锥坡上出现许多小火山锥，称为寄生火山锥。如意大利西西里岛上的埃特纳火山共有300多个寄生火山锥。
火山如经过多次猛烈喷发，火山口不断碎裂扩大，或由于岩浆冷却收缩，不断塌陷，形成巨大的外形不完整的盆状火山口，称为破火山口。如日本阿苏山破火口南北长23km，东西长16km，好像一个小盆地或小平原，称为火口原。火口原上还往往分布着若干村落。火山口中如积水成湖叫火山口湖，如长白山主峰白头山顶上的天池(周围11.3km，深313m，图15-2)、广东湛江的游览胜地湖光岩，都是有名的火山口湖。

图15-2 长白山天池是一个火山口湖

(据Internet)

4. 什么是火山构造

火山构造或称火山机构，包括火山通道、火山锥、火山口等。
(一)火山通道
是岩浆由地下上升的通道。这种通道既可以是许多条断裂，在地质历史早期，岩浆往往以这些裂隙为通道，称裂隙式喷发;这种通道也可以是由若干条断裂交会而成的管状通道，称为火山管，岩浆沿着火山管向上喷发，称为中心式喷发，现代火山大部分属这种类型。火山通道在火山喷发以后往往被熔岩或碎屑堵塞起来，如果地表遭受风化，填充火山管的物质可以凸起形成峻拔山峰，也可相对凹下(视其岩性软硬而定)，这种填充和形成于火山管的岩石称为岩颈。
(二)火山锥火山喷出物大部分在火山口周围堆积下来，一般呈圆锥形。典型的火山锥，其上半部坡度较陡，可达30一40 0，下部则逐渐平缓。由于火山锥由多次喷发形成，故往往是火山碎屑物与熔岩交互成层。这种火山锥称为层状火山锥(图3-4)。其中碎屑物的粒度常随距火山口的远近而变化，大块碎屑堆在火山口周围，细粒碎屑则堆在较远的地方。围绕火山口还常常因火山喷发形成环状或放射状裂隙，随后裂隙中被熔岩所填充，形成环状或放射状岩墙群。有的火山锥是主要由熔岩构成的，坡度很缓，如同盾状，称为盾状火山。
一个火山锥形成以后，由于不断发生火山活动，往往在原来的火山口上形成较小的火山锥，或者在火山锥的山坡上出现许多小火山锥，后者称为寄生火山锥。如意大利西西里岛上的埃特纳火山(3700m)共有300多个寄生火山锥。
(三)火山口位于火山锥顶部或其旁侧的漏斗形喷口，称为火山口。火山经过多次爆发，火山口不断碎裂扩大，或由地下岩浆冷却收缩，不断塌陷，可以形成巨大的火山口，称为破火口。如口本阿苏山破火口南北长23km，东西长16km，好象一个小盆地或小平原，称为火口原。火口原上还往往分布着若干村落。

5. 火山的结构

火山是一个由固体碎屑、熔岩、流或穹状喷出物围绕着其喷出口堆积而成的隆起的丘或山，由火山口，岩浆通道和火山锥组成。火山喷出口是一条由地球上地幔或岩石圈到地表的管道，大部分物质堆积在火山口附近，有些被大气携带到高处而扩散到几百几千公里外的地方。

火山的形成是一系列物理化学过程。地壳上地幔岩石在一定温度压力条件下产生部分熔融并与母岩分离，熔融体通过孔隙或裂隙向上运移，并在一定部位逐渐富集而形成岩浆囊。随着岩浆的不断补给，岩浆囊的岩浆过剩压力逐渐增大。当表壳覆盖层的强度不足以阻止岩浆继续向上运动时，岩浆通过薄弱带向地表上升。在上升过程中溶解在岩浆中挥发性物质逐渐溶出，形成气泡，当气泡占有的体积分数超过75%时，禁锢在液体中的气泡会迅速释放出来，导致爆炸性喷发，气体释放后岩浆粘度降到很低，流动转变成湍流性质的。如若岩浆粘滞性数较低或挥发份较少，便仅有宁静式溢流。从部分熔融到喷发一系列的物理化学过程的差别形成了形形色色的火山活动。

6. 火山构造

辖域属于环太平洋中新生代火山活动带(Ⅰ)、辽鲁中新生代火山带(Ⅱ),潍坊-郯城中生代火山喷发带Ⅲ级火山构造,进一步划分为2个Ⅳ级火山构造:坊子火山盆地和马站火山盆地的北延部分。
1.坊子火山盆地
分布于荆山洼—坊子区—车留庄镇一带,呈北东向分布,内发育城山后、八亩地旋回的爆发相、爆发-溢流相、喷发-沉积相中基性火山岩,呈角度不整合于侏罗纪坊子组之上,上覆新近纪牛山组玄武岩。该火山盆地受北北东和近东西向两组断裂控制。在车留庄以东(邻幅)发育八亩地旋回的近火山口相粗火山碎屑岩及卵圆形的潜安山岩体,推测有中心式火山机构存在。
2.马站火山盆地
该火山洼地主要在辖域内昌乐县乔官镇以南出露,为马站火山盆地的北端,夹持于鄌郚-葛沟断裂与沂水-汤头断裂之间,火山活动强烈。以早白垩世莱阳群城山后组、青山群八亩地组及大盛群马朗沟组的爆发相、爆发-喷溢相、火山沉积相和潜火山岩相的一套钙碱性火山岩为主,不整合于古元古代二长花岗岩之上,被古近纪牛山组玄武岩覆盖。

7. 火山构造

辖域新生代火山岩属于临朐-蓬莱Ⅲ级火山构造的一部分,位于圈里-临朐火山台地Ⅳ级火山构造单元,临朐群发育完整,牛山旋回、尧山旋回为被状喷溢相火山岩,不整合于五图群、青山群及古元古代二长花岗岩之上,区域上总体呈北东向不规则状展布。地貌上呈零星的山地或者较大面积的平顶山。中心式火山机构发育,多分布于鄌郚-葛沟断裂以西,昌乐县丛山的火山机构为裂隙式喷发。火山机构类型为盾状火山,区内保存较好的如北岩火山口、乔山、豹山、方山及团山子火山口等(工作区内主要火山机构见表1-5-4)。

表1-5-4 主要火山机构一览表


续表


续表

昌乐火山台地主要的火山机构为盾状火山,但由于剥蚀作用,一些盾状火山的山体已不完整甚至不存在,仅可通过岩石特征来判别火山口。区内野外见有保存较好的盾状火山有30多个,这些火山的中心——火山口都清晰可辨。盾状火山地貌上为突出的山丘,山体不小,高低不等。火山口一般为三面环绕一面塌陷的凹斗状,火山岩沿火山口有分带现象,火山口附近一般为弱爆发相的玄武质角砾熔岩,向外渐变为玄武岩。此外,在辖域内也发育有姬家庄等多处小型火山洼地。
(1)团山子盾状火山
位于昌乐县乔官镇南,为团山子死火山口,发育尧山组地层。地貌上为一突出的山丘,海拔190.5m,高出地面20余米。火山口直径70多米,岩石柱状节理发育,呈放射状。突出的山丘部分岩石为玄武质角砾熔岩,向外过渡为橄榄玄武岩、气孔状玄武岩。多次喷溢的玄武岩自火山口外流,致密橄榄玄武岩与气孔状玄武岩过渡相变,以较小的角度平缓地相互覆盖,形成似盾状山体。该火山发育于沂沭断裂带上。
(2)丛山火山机构
分布于1∶5万坊子区幅昌乐县丛山,呈近南北向脉状产出,南北长大于150m,东西宽为50m,西边界产状为275°∠75°,岩性为斑状橄榄粗玄岩,截切外围牛山组碱性玄武岩(牛山组玄武岩产状为65°∠15°),基底为片麻状中细粒二长花岗岩。
(3)姬家庄火山洼地
位于昌乐县北岩镇南5km姬家庄西南,火山机构在平面上呈环带状,外带为牛山组玄武岩,中带为山旺组沉火山碎屑岩、硅藻土页岩及黏土岩,内带为尧山组玄武岩(图1-5-3)。该火山机构的形成过程为:牛山组玄武岩喷发后,火山口塌陷,形成一面积600m×700m左右的洼地,积水成湖,其内接受周围含火山物质的碎屑物的沉积形成山旺组。最后,尧山玄武岩沿牛山组火山通道穿过山旺组喷溢而出,形成盾状火山。

图1-5-3 昌乐县姬家庄村西南火山机构平面图

8. 火山地貌的构造类型

形态结构
火山通常由火山锥、火山口和火山喉管3部分组成。
火山锥指火山喷出物在火山口附近所堆积成的锥状山体。根据内部构造和组成物质,火山锥分为4类：①火山碎屑锥，由固体喷发物(火山灰、火山砂、火山砾)与炽热气体一起喷出，在空中飞腾、冷却变硬降落堆积而成。外形呈圆锥形，由成层的火山碎屑组成。上部坡度较陡，下部坡度较缓，锥顶端有一个火山口或破火山口。②熔岩锥，坡度很小的熔岩堆积体，由流动的熔岩形成，又称盾形火山。③混合锥，由熔岩和火山碎屑交互成层组成。④熔岩滴丘，体积不大、周边较陡的熔岩锥，由粘性很高的熔岩喷发后急剧冷却形成。
火山口是火山锥顶部喷发地下高温气体和固体物质的出口。平面呈近圆形，大部分火山口是一个漏斗形体，也有底部是平的。有些火山口底部呈坑状，为固结的熔岩,称为熔岩坑；坑口常能积水成湖,成为火山口湖（或称天池），如中国东北长白山上的天池。一些大型火山口常具缺口，称为破火山口，形成原因是：①火山再次爆发崩毁了火山口的岩石,形成爆发破火山口;②火山再次喷发使火山口周围上覆体失去下层支撑引起崩塌，形成崩塌破火山口；③火山口受流水侵蚀破坏，形成侵蚀破火山口。
火山喉管是火山作用时岩浆喷出地表的通道，又称火山通道。呈圆筒状，有的呈长条状或不规则状，前者多由中心喷发形成，后者常与裂隙喷发有关。火山喉管中的火山碎屑物和残留岩浆冷却后，凝结在火山管道内成为近于直立的圆柱状岩体。如上层的熔岩被侵蚀，火山颈成为突出地面的柱状山，称为颈丘。






类型
根据火山喷发的特点和形态特征，划分以下类型。①盾形火山，多由熔岩组成，因坡度平缓、顶部平坦宽广而命名。夏威夷岛和冰岛都有熔岩构成的盾形火山，夏威夷的多中心喷发而成，冰岛的是裂隙喷发形成。夏威夷岛冒纳罗亚火山是典型的盾状火山，所以盾形火山又称夏威夷型火山。②穹形火山,由熔岩组成,多形成在原先的火山口内或火山锥旁侧的喷火口上，由火山喷出极粘稠的熔岩堵塞在火山口内，进而向上隆胀形成。③锥形火山，由火山碎屑组成或由火山碎屑和熔岩混合组成，呈圆锥形，又称维苏威式火山。由火山碎屑组成的称为火山渣锥，由火山碎屑和熔岩混合组成的称为混合锥。由于火山多次喷发，火山锥的内部形成由火山碎屑或由碎屑和熔岩组成的层状构造。在规模较大的火山锥顶常有平底的大火山口，下一次喷发时，在此火山口内可形成一个新火山锥，其周围是老火山口形成的环形外轮山，新火山锥与环形外轮山之间是一个环形洼地，这种火山称为叠锥状火山。意大利的维苏威火山就是典型的叠锥状火山（见图维苏威火山结构）。有些火山锥上坡发育一些小火山锥，称为寄生火山锥，意大利西西里岛上的埃特纳火山有数百座寄生火山锥。④马尔式火山。只有低平火山口、没有火山锥的火山，多因水蒸汽爆炸而成。喷发中只有少量火山碎屑在火山口周围堆积，形不成火山锥，火山口常积水成湖。



我国的火山地貌
我国火山活动可分为两个带：东部活动带的火山有五大连池火山群、长白山火山、大同火山群、大屯火山群、广东雷琼及安徽、江苏等地区的火山；西部活动带的火山包括腾冲火山群、新疆等地区的火山。

黑龙江五大连池火山群
五大连池火山群位于黑龙江省德都县，在约 600平方公里范围内主要分布有14座火山。这群火山是至今仍在活动的火山，其中老黑山和火烧山在1719年至1721年曾喷发大量熔岩，现在仍可看到火山喷发形成的熔岩地貌，比如有绳状、枕状和球状等形态。
这群火山大多呈现出截顶圆锥形，少数为复合截顶圆锥形。火山锥的海拔为 355-597米。比高(相对高度，即超出当地河沟标高的高度)为 60-147米，火山口直径约240-500米，火山口的边部大多有缺口，火山的规模一般较小。其中药泉山火山周围，至今仍涌出多处含硫、氡等物质的泉水。这种泉水能有效地治疗肠胃病、皮肤病、脱发等多种疾病，当地人称为“药泉”。
1719年至1721年(清康熙五十八年至六十一年)在老黑山火山和火烧山火山喷发期间，喷溢出的熔岩流，将流经火山附近的白河，截为五段，形成了五个熔岩偃塞湖。这五个湖大小、深浅不同，但断续相连，故被称为“五大连池”。并成为中国东北部著名的火山群，与中国西南部著名的腾冲火山群遥相呼应。

云南腾冲火山群
腾冲火山群位于云南省的西部，横断山脉南断的高黎贡山西侧，火山锥及其喷出物分布在南北长约87公里，东西宽约33公里的地带中，这些火山分布比较集中的地方是腾冲县城至马站街一带。
腾冲地区的火山有70余座，可见到明显火山口的火山有30余座。其中呈截锥形的火山，一般顶部有漏斗状火山口，火山底部直径由数百米至 1公里左右，高10余米至数百米。火山口的深度数十米之百余米。此类火山有黑空山、打鹰山、城子楼、小空山等。
近期腾冲地区火山活动的形式，主要表现为强烈的水热活动。据1974年的不完全统计，全县79个泉群(包括汽泉、热泉、温泉)中，温度在摄氏90度以上的有10处，每处多有若干个汽泉、沸泉、热泉及喷汽孔，它们都分布在近期火山的边缘。
热海热田是腾冲地热区的高温中心，它的天然热流量达 2000000焦耳/秒以上，相当于每年燃烧21万吨标准煤产生的热量。在热泉喷出的气体中，有大量的水蒸汽、二氧化碳、硫化氢、二氧化氮等气体。在喷泉、喷气活动的同时，经常发生水热爆炸、地吼、地哼和泥火山喷发、泥塘翻滚等现象，有些地方还生成多种泉化。