【地学科普】玛珥式火山成因之谜
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火山是地球上唯一最显著和广泛分布的地貌，活动时以其不可抗拒的怒吼威胁着人类、宁静时用其神奇、美貌、温度吸引着人类。2021年伊始，汤加火山爆发唤醒了人们对火山的好奇和关注。
火山地貌多种多样，每个都有着自己的特点，给人的印象是高出地面的锥形体，但是也有低于地面的火山口。本期所介绍的是内蒙古乌兰察布市辉腾锡勒草原上的玛珥式火山。2020年初我校丁毅教授团队发表论文，主流媒体报道后，国内的许多人才刚刚知道这种类型的火山，可能有许多人在问，这些低于地面的圆形体，是火山吗？它们是如何形成的？
2022年初在纪念国内地质EI期刊《地质学报》创刊一百周年之际，团队又发表玛珥式火山口群成因的论文。
“玛珥”式火山最先是在德国发现，并以德国西埃菲尔地区居民对当地小型湖泊的称谓，maar命名，此后在全球各地都发现有玛珥式火山。中国湖光岩和龙岗湖的研究论证了它们是玛珥式火山口，开创了中国的玛珥式火山口的研究(Liu Jiaqi et al.,1996)。在内蒙古乌兰察布市辉腾锡勒草原上，分布着上180多个低于地面的玛珥式火山口，数量多、分布密集、保存好，人们可以走的火山口内研究大自然赐予的神奇。
辉腾锡勒草原上的玛珥式火山口群，照片中两个火山口靠的较近，周围一圈圈的为湖岸线，告诉人们这里过去曾是湖。
当地老百姓将这些玛珥式火山口称之为“海子”，其中“侯辉”海子被公认为最漂亮的。
世界上所发现的玛珥式火山绝大多数被湖水充填，辉腾锡勒的这些火山口大雨时积水数日，大部分时间是干涸的，火山口底黑色土壤覆盖，人们是可以走到火山口内的。
磁法测量显示出埋在覆土之下的岩石碎块基本上呈对称分布。
在火山口中间实施钻孔揭露工程，科研人员在研究岩芯内的矿物组成。
显微镜下照片，地表岩石、火山口内侧、火山口底部全部都分布着地表覆盖层碎块，是中新世橄榄玄武岩。
经过调查，所有的火山口不存在高出地表的口沿，玄武岩盖层岩石碎块覆盖在火山口的斜坡和底部，火山口口沿的小断崖也是盖层岩石。地球物理检查结果表明，被土壤覆盖的底部和火山口的斜坡上的碎块也是盖层岩石。岩芯钻探揭示了至少存在五个岩石破碎带，这表明假设的岩浆流体没有将这些破碎带的块体胶结而是水汽在地下爆炸的结果。综合分析认为，岩浆在上升过程中遇到了丰富的含水层，产生了水汽，在遇到阻挡层后能量积聚，导致地下爆炸。地表岩石的崩塌始于中心，并导致周围岩石呈楔形崩塌。较大的玛珥式火山口的形成比小的经历了更多次的爆炸。
对于岩浆遇到丰富水层的情况下，由蒸汽冲撞地层和地下爆炸所形成的玛珥式火山口的情况，全球研究很少。本次辉腾锡勒玛珥式火山口的研究是对玛珥式火山口的成因研究的贡献。玛珥式火山包括由岩浆汽液喷发(phreatomagmatic)带出新的岩浆碎屑，形成具有一定口沿高度、但口沿高度与火山口直径之比较小的低平火山锥，也包括由于含水量较高以水汽喷射 (phreatic)为主， 形成口沿低的火山口，在纵向剖面上用玛珥-火山管道 (maar-diatreme) 来形容（Lorenz and Kurszlaukis, 2007; White and Ross, 2011; Valentine and White, 2012; Valentine and Connor, 2015）。
这些玛珥式火山口是金伯利质火山管道吗？
的确，它们在地貌上与金伯利岩管很像，例如：加拿大萨省的金伯利岩管中有正地形和完全负地形的地貌，在形状和大小上与玛珥式火山口没有区别 (Brown and Valentine, 2013; Ding Yi, 2020b)，因此玛珥-火山管道的概念又包括了金伯利质玛珥-管道火山（kimberlite maar-diatreme volcanoes）和非金伯利质玛珥-管道火山（non-kimberlite maar-diatreme volcanoes）。金伯利岩浆多数冲破地表形成火山喷发相，由于深部形成的矿物在地表不稳定，既使最初口沿高出地面也很容易被风化掉了，因此金伯利质火山-管道体的上部通常为负地形（Ding Yi, 2020a）。辉腾锡勒草原位于华北克拉通北缘，有学者认为华北克拉通已经减薄并遭到破坏，但是地下深部金刚石有可能在克拉通减薄之前就形成了，只要岩浆起源深或穿过富含金刚石层，就有可能捕虏富集金刚石层碎块，并携带到上地壳形成含金刚石的金伯利岩管，另一方面这片火山口的地貌形态非常像金伯利岩质火山岩的喷发相（Ding Yi, 2019）。金伯利岩的指示矿物所形成的分散晕大(Ding Yi et al., 2019b)，对一个地区是否存在金伯利岩体有敏感的指示意义。采集样品和观察，在辉腾锡勒草原的附近的流水和干涸水系的重砂样品中，没有发现镁铝榴石、铬铁矿等金伯利岩指示矿物，当地牧民除了在玻璃脑包（图1(a)中东北角）附近有人捡过石英晶体，也没有发现其它包括金伯利岩的岩体喷发相的金伯利角砾的块体。因此，可以排除这些火山口是金伯利质玛珥-管道体上部的喷发相。
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火山是地球上唯一最显著和广泛分布的地貌，活动时以其不可抗拒的怒吼威胁着人类、宁静时用其神奇、美貌、温度吸引着人类。2021年伊始，汤加火山爆发唤醒了人们对火山的好奇和关注。
火山地貌多种多样，每个都有着自己的特点，给人的印象是高出地面的锥形体，但是也有低于地面的火山口。本期所介绍的是内蒙古乌兰察布市辉腾锡勒草原上的玛珥式火山。2020年初我校丁毅教授团队发表论文，主流媒体报道后，国内的许多人才刚刚知道这种类型的火山，可能有许多人在问，这些低于地面的圆形体，是火山吗？它们是如何形成的？
2022年初在纪念国内地质EI期刊《地质学报》创刊一百周年之际，团队又发表玛珥式火山口群成因的论文。
“玛珥”式火山最先是在德国发现，并以德国西埃菲尔地区居民对当地小型湖泊的称谓，maar命名，此后在全球各地都发现有玛珥式火山。中国湖光岩和龙岗湖的研究论证了它们是玛珥式火山口，开创了中国的玛珥式火山口的研究(Liu Jiaqi et al.,1996)。在内蒙古乌兰察布市辉腾锡勒草原上，分布着上180多个低于地面的玛珥式火山口，数量多、分布密集、保存好，人们可以走的火山口内研究大自然赐予的神奇。
辉腾锡勒草原上的玛珥式火山口群，照片中两个火山口靠的较近，周围一圈圈的为湖岸线，告诉人们这里过去曾是湖。
当地老百姓将这些玛珥式火山口称之为“海子”，其中“侯辉”海子被公认为最漂亮的。
世界上所发现的玛珥式火山绝大多数被湖水充填，辉腾锡勒的这些火山口大雨时积水数日，大部分时间是干涸的，火山口底黑色土壤覆盖，人们是可以走到火山口内的。
磁法测量显示出埋在覆土之下的岩石碎块基本上呈对称分布。
在火山口中间实施钻孔揭露工程，科研人员在研究岩芯内的矿物组成。
显微镜下照片，地表岩石、火山口内侧、火山口底部全部都分布着地表覆盖层碎块，是中新世橄榄玄武岩。
经过调查，所有的火山口不存在高出地表的口沿，玄武岩盖层岩石碎块覆盖在火山口的斜坡和底部，火山口口沿的小断崖也是盖层岩石。地球物理检查结果表明，被土壤覆盖的底部和火山口的斜坡上的碎块也是盖层岩石。岩芯钻探揭示了至少存在五个岩石破碎带，这表明假设的岩浆流体没有将这些破碎带的块体胶结而是水汽在地下爆炸的结果。综合分析认为，岩浆在上升过程中遇到了丰富的含水层，产生了水汽，在遇到阻挡层后能量积聚，导致地下爆炸。地表岩石的崩塌始于中心，并导致周围岩石呈楔形崩塌。较大的玛珥式火山口的形成比小的经历了更多次的爆炸。
对于岩浆遇到丰富水层的情况下，由蒸汽冲撞地层和地下爆炸所形成的玛珥式火山口的情况，全球研究很少。本次辉腾锡勒玛珥式火山口的研究是对玛珥式火山口的成因研究的贡献。玛珥式火山包括由岩浆汽液喷发(phreatomagmatic)带出新的岩浆碎屑，形成具有一定口沿高度、但口沿高度与火山口直径之比较小的低平火山锥，也包括由于含水量较高以水汽喷射 (phreatic)为主， 形成口沿低的火山口，在纵向剖面上用玛珥-火山管道 (maar-diatreme) 来形容（Lorenz and Kurszlaukis, 2007; White and Ross, 2011; Valentine and White, 2012; Valentine and Connor, 2015）。
这些玛珥式火山口是金伯利质火山管道吗？
的确，它们在地貌上与金伯利岩管很像，例如：加拿大萨省的金伯利岩管中有正地形和完全负地形的地貌，在形状和大小上与玛珥式火山口没有区别 (Brown and Valentine, 2013; Ding Yi, 2020b)，因此玛珥-火山管道的概念又包括了金伯利质玛珥-管道火山（kimberlite maar-diatreme volcanoes）和非金伯利质玛珥-管道火山（non-kimberlite maar-diatreme volcanoes）。金伯利岩浆多数冲破地表形成火山喷发相，由于深部形成的矿物在地表不稳定，既使最初口沿高出地面也很容易被风化掉了，因此金伯利质火山-管道体的上部通常为负地形（Ding Yi, 2020a）。辉腾锡勒草原位于华北克拉通北缘，有学者认为华北克拉通已经减薄并遭到破坏，但是地下深部金刚石有可能在克拉通减薄之前就形成了，只要岩浆起源深或穿过富含金刚石层，就有可能捕虏富集金刚石层碎块，并携带到上地壳形成含金刚石的金伯利岩管，另一方面这片火山口的地貌形态非常像金伯利岩质火山岩的喷发相（Ding Yi, 2019）。金伯利岩的指示矿物所形成的分散晕大(Ding Yi et al., 2019b)，对一个地区是否存在金伯利岩体有敏感的指示意义。采集样品和观察，在辉腾锡勒草原的附近的流水和干涸水系的重砂样品中，没有发现镁铝榴石、铬铁矿等金伯利岩指示矿物，当地牧民除了在玻璃脑包（图1(a)中东北角）附近有人捡过石英晶体，也没有发现其它包括金伯利岩的岩体喷发相的金伯利角砾的块体。因此，可以排除这些火山口是金伯利质玛珥-管道体上部的喷发相。
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