深源地震與火山活動關系初探

摘要:2002年6月29日琿春發生7.3級深震后，長白山火山出現了有地震記錄以來最強烈的火山地震活動，相繼記錄到震群活動38次，最高震級達ML4.4級，火山地震活動一直持續到2005年下半年才逐漸開始減弱。本文從板塊構造的角度分析了長白山火山活動與深源地震活動的關系。

關鍵詞:深震長白山火山構造

中圖分類號:P315文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2011)02(b)-0219-02

1長白山天池火山的區域地質構造概況

長白山天池火山位于中國東北大陸東部，41°20′～42°40′N，E127°00′～129°00′E，是一座大型復合層狀火山。天池火山區位于西太太平洋板塊俯沖帶前緣，處在中－朝古老克拉通北緣附近，同時位于北東、北西及東西走向的斷層的交匯部位。它的獨特構造背景一直受到中外火山及地質工作者的關注。它的近代(約1000年)發是全球2000年來最大的噴發之一。長白山火山歷史上發生過多次大規模噴發，形成了大面積分布的玄武巖、粗面巖及堿流巖等。上新世至更新世以來，長白山地區地殼上隆，與此相距120km處的琿春地區深源地震發育，形成了獨特的區域地質構造背景。

2區域斷裂帶的特征

長白山及其鄰區以北東、北西及北北東為主的幾條大規模的斷裂或斷裂帶構成本區的新生代以來的主體構造格局。

2.1 依蘭-伊通斷裂帶

位于松遼盆地東側，南起葉赫一帶，向北北東向延伸，經伊通、舒蘭、尚志、依蘭、蘿北，進入俄羅斯境內。斷裂帶總體上構成一地塹式槽地，由一系列斷陷、隆起組成。沿斷裂帶發育新生代玄武質火山活動。中新世活動強烈，從南到北都有含超鎂鐵質巖石包體的堿性玄武巖質巖漿噴發。隨后，火山活動逐漸減弱，進入第四紀幾乎完全停止。

2.2 敦化—密山斷裂帶

裂谷帶的東北部分在俄羅斯境內。國內部分，北東端起于黑龍江省密山一帶，向南西經敦化、樺甸至清原、撫順，全長1000km。總體走向N45°-50°E。以樺甸、清原為界，可將全帶分為三段。研究區內只見其中、北段。中段由相互平行的東、西二支對沖的逆斷層組成，嚴格控制著中、新生代地層沉積。沉積厚度達3700米。太古界逆沖于下第三系之上。該斷裂帶與依蘭-伊通斷裂帶一樣，早期形成于中生代中晚期，于新生代早中期形成伸展斷陷。沿斷裂帶發育大量的新生代玄武巖噴發。

2.3 鴨綠江-甑峰山斷裂

該斷裂北東走向，切過長白山天池火山以及相關的中生代的花崗巖。斷層面為高角度，并表現出右行走滑的特征。選取甑峰山山角切過花崗巖處的斷層泥，利用K-Ar法測定斷層泥中的伊利石(2M型)，得到 70Ma左右的年齡值。在斷裂出露的不同地區進行了研究和踏勘，并沒有發現明顯的斷層切過第四系沉積層的證據。

2.4 圖們江斷裂

圖們江斷裂沿圖們江呈北東走向。斷裂在部分地段影響到了晚第三紀-第四紀的沉積層。利用TL、ESR法測定了斷層(帶)的斷層泥，得到最小的年齡值都大于 10ka，表明此時間以來斷層沒有強烈活動。有證據表明，沿圖們江斷裂有近東西走向發育的巖墻，該巖墻切過了2.77Ma的玄武巖，可見其形成晚于2Ma。這與3Ma以來近東西方向的擠壓作用所形成的淺層次的剪切特征相一致。可能為剪切作用形成的巖墻。

3深源地震活動與火山地震活動的關系初探

3.1 島弧火山活動與俯沖帶的關系

全球幾乎所有島弧火山活動都與俯沖板塊有關，而且是火山前緣大體位于俯沖板片插入100km深的位置。不管俯沖角度大小，不管海溝與火山帶距離遠近，幾乎所有俯沖帶，如阿留申、日本、湯加都是這樣。這意味著俯沖板片下插到100km深處發生蛇紋石脫水相變，生成橄欖石，同時產生的水向上運移減低了上覆巖石的固相線，促使產生部分熔融。

3.2 太平洋板塊俯沖板片的深震活動

太平洋板塊在日本海溝向下插，大致以25°的角度俯沖到我國東北的上地幔底界附近，形成了一條從日本海溝到中國吉林省東部的NWW－SEE向的深源地震帶。吉林東部火山區位于太平洋板塊下插、俯沖、消減帶的前緣區，正是洋殼物質和上地幔物質的交換區。長白山火山活動與日本弧俯沖帶有關，國內火山學和地質學研究的學者提出長白山火山形成的一種物理模型是:日本俯沖帶向下俯沖，俯沖板片中間的某些部分直到上地幔底界仍具有保持穩定的超水相，這些超水相的破壞，使某些水從板進入上覆地幔楔，引起長白山天池火山活動以及深源地震。劉若新等(1998)提出天池火山三階段和雙層巖漿房的演化模式，認為天池火山及其附近的巖漿源分別來自地殼巖漿囊和地幔巖漿囊。95110302 專題研究報告更進一步認為包括玄武質-粗面質-堿流質在內的天池火山巖，來源于同一地幔源區，而深達600km以上的俯沖帶前緣有可能導致深部的地幔組分的局部對流，使得包括天池火山各類巖石在內的東北東部新生代火山巖既有來自地幔深部的原始地幔(PM)組分，又疊加了受俯沖板塊交代富化地幔組分(樊祺誠，魏海泉，1999)。流體地球化學3He/4He和關系圖上長白山天池火山與西太平洋俯沖帶位置幾乎相同(上官志冠，1997)，進一步說明了二者之間的緊密關系。

3.3 深震活動與火山活動的關系

太平洋俯沖帶向北西西俯沖，在吉林省東部附近地區已經到達上地幔底層。從林口縣南部，經過東寧-汪清附近，琿春到日本海盆西部，震源深度為500km～600km，形成一條長480km寬100km的北北西的的深震帶。與此對應，從土頂子山、長白山天池、小白山、胞胎山、綠峰、黃峰等也形成的北北西向排列的火山帶。五百公里深震帶和長白山火山帶大致平行。這條深震帶并不與俯沖方向垂直，而是以一個角度斜交。

近代長白山曾有多次有記載的噴發，僅從1597到1702年的105年間，就連續噴發了3次。根據史料記載，長白山火山區的幾次噴發都伴有區內或臨界區的較大地震發生，例如:1597年10月6日中國東部七省記載了一次地震事件，高山泰等認為這是一次深、強震事件，地震發生的當天和第三天，長白山附近的朝鮮咸鏡道三水郡發生兩次火山噴發，并伴有強烈地震。兩次火山噴發和地震的地點恰恰位于事件的有感范圍內。1902年7月3日在吉林汪清發生6.6級地震，1903年5月天池火山噴發。由上述資料可見，長白山天池火山的噴發，可能與強地震相伴發生，反映了當地動力學背景的活動。由于日本海西部及我國東北部地區的深源強震是俯沖板塊的插入引起的，進而可以理解為板塊邊界俯沖活動可能對長白山天池火山區的巖漿活動產生重要影響。

1997年下半年以來，在日本海西部發生7次深震，震級小，強度低，但頻率高。1999年4月8日，汪清發生7.0級深源地震，震源深度是540km。2002年6月29日，琿春發生7.2深源地震，震源深度為566km，震中位于東經130.3度，北緯43.4度，汪清縣復興鎮區域內。地震發生在太平洋板塊向歐亞板塊撞擊的俯沖帶上，震幅波及全東北、河北、山東乃至浙江省的部分地區也都有震感。表現出俯沖帶上強震活躍的趨勢。2002年9月15日在林口縣南端又發生M6.4 地震，震源深度達586km。(見圖1)

根據天池火山地震觀測站的記錄，自 1985年至1990年六年的季節性觀測中，共記錄地震52次，地震平均年頻次為9次，震級一般在ML1.8級以下，ML≥2.0級3次，最大震級為ML2.4級。自1973年以來在長白山天池周圍50km以內，發生了5次ML≥2.0的地震，自1978年長白山火山區平靜了8年之后，1986年發生了ML3.7級地震。但自2002年下半年以來長白山火山區地震活動明顯增強，表現為頻度高、震級大，顯示了火山內部活動的異常，引起研究者高度關注。

1997年以來發生的系列深源地震和長白山近年來發生的高強度高頻度火山地震似乎存在著某種必須的聯系。尤其是2002年6月29日琿原發生7.3級深震后，長白山火山出現了有地震記錄以來最強烈的火山地震活動，相繼記錄到震群活動38次，最高震級達ML4.4級，火山地震活動一直持續到2005年下半年才逐漸開始減弱(圖1)。

4結語

通過以上分析，我們有理由認為2002年6月29日琿原發生的7.3級深震導致了長白山火山區淺部巖石應力集中而形成震群活動，這種火山地震活動的發展趨勢有以下兩個可能。

一個可能是短期擾動，然而擾動未能徹底破壞這一地區的熱力學平衡，之后會逐漸平靜。

另一種可能是擾動逐漸發展，最終徹底破壞這一地區的熱力學平衡，而導致巖漿活動，從而形成更大的火山地震活動乃至火山爆發。

從目前掌握的火山地震、形變、溫泉水化學資料看，深震后火山地震活動加劇，溫泉水化學指標出現異常，火山錐體迅速抬升，然后至2005年下半年各項異常活動漸漸趨于平靜，正對應了第一種可能，只是產生了一種短期振動現象。

雖然這只是一個短期的擾動現象，然而巖漿系統已經開始打破了原有的平衡，出現了活動的跡象，我們應該密切監測火山地震的活動趨勢，密切關注下一次深源地震的發生，如果再發生大的深源地震，很有可能對巖漿系統產生更大的影響，發生更強烈的火山地震活動。

參考文獻

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