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騰沖火山之地心游記

2019-9-4 8:52:37 來源:中國礦業報 作者:梁鳳華 戚學祥

儒勒·凡爾納早在一個半世紀以前就用他的科幻小說《地心游記》帶我們領略過那些神秘火山內部可能的構造和景觀。他用那個年代的地質認知,在小說里大膽想象出地心內部的巨大地下湖和恐龍等遠古生物。那么,一個半世紀以來,隨著地質科學的發展,我們對于火山、對于地球內部又有了怎樣新的認知呢?讓我們來深入中國云南騰沖的火山區一探究竟吧。

騰沖火山區位于云南省西南邊陲,是我國最著名的火山區之一,區內有新生代火山69座,其中可見各種類型的火山錐、火山口,數級熔巖臺地,豐富多彩的各類火山熔巖構造景觀,以及熔巖流堰塞湖泊等火山地貌。除此之外,騰沖地區更蘊藏著巨量的地熱能源,高溫熱泉、鈣華、硅華、硫華等水熱蝕變現象隨處可見,是我國環保能源、綠色能源開發的重要基地。

那么,美麗壯觀的騰沖火山群是在什么時候形成的呢?儲量巨大的地熱資源深部成因是什么?騰沖地下是不是還有火熱的巖漿在翻滾?會不會再噴發?

據記載,騰沖火山最后一次噴發可能在1609年(《徐霞客游記·滇游日記九》),但由于該記載缺乏具體情景和年代證據,這一時間尚存爭議。不過李根源在《烈遺山記》中曾描述“騰沖多火山,志載明成化、正德、嘉靖、萬歷年間火山爆發多次”,說明幾百年前,騰沖火山有過多次噴發活動。當然這都只是騰沖火山群——在漫長的地質歷史長河中——偶爾醒過來打了幾個小噴嚏而已,可絕不是騰沖火山群開始形成的年代。

為了重塑騰沖火山的演化歷史和地下結構,地質科學家們運用各種可能的手段努力為人們揭開其神秘面紗。盡管上天、入地、下海之中入地最難,但地質科學家們也有了自己的“金剛鉆”——科學鉆探。

比如,中科院劉佳麒院士與中國地質科學院戚學祥研究員于2008~2013年領銜開展了“云南騰沖火山-地熱-構造帶科學鉆探選址預研究”課題,這項研究隸屬于國家正在開展的入地計劃“地球深部探測專項”。經過幾年的鉆探取芯和科學研究,科學家們又進一步解密了騰沖火山的更多成因信息。

原來,騰沖地區的火山分布并不是隨機的,而是集中分布于狹窄的北東-北北東向的弧形盆地中,受盈江大斷裂控制。從大地構造位置上看,騰沖火山位于西南三江(金沙江、瀾滄江、怒江)構造帶中的騰沖地塊中,東西兩側分別被怒江縫合帶和緬甸東部密支那縫合帶夾持,處于印度板塊與歐亞大陸擠壓碰撞帶的前緣地帶。由于同時受控于近場應力場和遠場應力場的相互作用,形成四周擠壓、內部伸展的構造樣式。

騰沖火山熔巖構造

而其中,分布于騰沖地塊內部的大盈江左行走滑斷裂帶,是直接控制騰沖地塊內火山活動和熱泉空間分布的主要構造帶,具有多期構造活動的特點,在西南部早期以右旋韌性走滑剪切變形為主,后期疊加左行壓扭性脆性變形構造,中北部則以拉張的脆性變形為主,正是這些拉張變形控制了騰沖-梁河一帶火山巖和熱泉的空間分布。

研究表明,騰沖的火山活動也不是一蹴而就的,而是不同時代多期次火山活動的疊加。早期的火山活動在約兩千萬年前就已經開始了。兩千萬年以來,騰沖大的火山活動可歸納為4期:第一期以東部隴川斷裂帶附近最強,向西減弱,以熔巖溢出為主;第二期受大盈江-古永戶型斷裂帶控制,中心騰沖一帶活動較強;第三期分布于騰沖南北一線第二期火山活動范圍內,是強度最弱的一期;第四期位于騰沖以北至固東街一帶,呈南北向串珠狀分布。

科學家們通過對地下深處取出的巖芯樣品和地表樣品的巖石學、礦物學、地球化學、各種同位素特征等的研究,揭示出騰沖火山活動的原始巖漿是來源于富集地幔的(>45km深處)。中新世-更新世,印度板塊東構造結持續向北東方向擠壓,引發了盈江斷裂的強烈活動,在這一背景下,盈江斷裂東北段的伸展造成了帶有富集地幔同位素特征的原始巖漿脈動式注入巖漿房后分離結晶,并在同化混染了沿路的地殼組分之后,最終形成帶有不同化學特征和同位素特征的噴發旋回。不同深度水平的巖漿房中原始巖漿分離演化,并在熔體與圍巖、熔體與流體、流體與圍巖之間存在復雜而頻繁的物質與能量交換。這一過程中,流體對凍結巖漿房的活化起到了關鍵作用,因為若缺乏深部流體(或熔體)的補充,巖漿房將漸漸冷卻凍結,而騰沖火山群斷續活躍了兩千萬年,可見深部流體作用的活躍。

當然,流體的作用還有一個我們喜聞樂見的好處,那就是騰沖無處不有的地熱溫泉。騰沖新生代火山區的溫泉具有分布廣、數量多、水溫范圍大和類型多樣等特點,平均每100km2就分布著一個水熱活動區。溫泉的來源正是沿著大盈江斷裂、龍川江斷裂和檳榔江斷裂上升的地熱流體。熱源來自于騰沖火山區地下存在著的巖漿囊,并進一步來自上涌的軟流圈地幔,而斷裂帶則為流體被加熱之后上升提供了通道。

騰沖的地熱資源除了為人們提供便利和舒適之外,也是地質科學家用以監測騰沖火山活動性的最重要指標之一。因為騰沖火山被歸屬為有活動跡象的火山,其危險性僅次于長白山天池火山。火山災害預測成為地質科學家們面臨的一大挑戰。

騰沖火山地下存在的3個巖漿囊

云南地震局趙慈平研究員在深部探測的課題中,首次利用衛星紅外遙感MODIS夜間月平均地表溫度數據和方法,確定了騰沖地區地溫異常的空間范圍。他通過對騰沖火山區上地殼溫度場、幔源物質釋放場和巖漿囊現今溫度的綜合研究,以及結合深部探測、活動性監測和前人的研究結果等,提出騰沖地區現今地下存在3個巖漿囊:第1巖漿囊位于騰沖縣城和清水一帶,第2巖漿囊位于馬站和曲石一帶,第3個巖漿囊位于五合、龍江、團田和浦川一帶。實驗測試結果顯示,3個巖漿囊釋放揮發物質的幔源比例依次為70%、60%和30%;埋藏深度分別為5~25km之間、10~25km之間、7~14km之間;現今溫度分別為第1巖漿囊平均555℃、第2巖漿囊平均532℃、第3巖漿囊平均679℃,最高溫達1200℃。

在綜合分析各項指標之后,趙慈平研究員團隊給出了騰沖火山地下3個巖漿囊的活動性對比和監控建議:第1巖漿囊(位于騰沖縣城和清水一帶)集相對地熱梯度、幔源物質釋放、形變和地震活動等異常于一身,巖漿囊正在接受幔源巖漿的補充,活動性最強,直接位于騰沖縣城之下,噴發將造成最為嚴重的損失,需重點監視;第2巖漿囊的幔源物質釋放強度也引人注目,巖漿囊可能也正在接受幔源巖漿的補充,需持續監測;第3巖漿囊規模大,埋深較淺,幔源物質釋放較弱(30%),目前幔源巖漿的補充可能比較微弱,但巖漿囊溫度依然較高,仍需注意。

總的來說,幔源流體對熱泉的產生具有重要的貢獻,這也表示流體的通道一直沒有關閉,因而火山活動也沒有真正停止。

地質科學家們正在從地熱流體監測、地震監測、三維應力場模擬、大地電磁測深等各個方面嚴密監控騰沖火山的活動性,以最大程度保障國家和人民的生命財產安全。

而作為普通游客,當我們在盡情欣賞美麗壯觀的火山地貌的同時,可以通過了解火山的形成機制來充分感受來自地心的磅礴力量;當我們在愜意享受養生健身的地熱溫泉的同時,也可以通過了解地熱的來源和火山活躍現狀等,來充分體驗如在地心游弋般的感受。□

(作者單位:中國地質調查局地質研究所)

網站編輯:宮莉

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