武穎 趙勇偉** 李霓 常櫪文 渠洪杰

1. 中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029 2. 中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，吉林長(zhǎng)白山火山國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，北京 100029 3. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局北京探礦工程研究所，北京 100083

蒙古高原東南緣的赤峰火山群、錫林郭勒盟達(dá)里諾爾-阿巴嘎火山群，連同蒙古國(guó)達(dá)里干加火山群一起構(gòu)成一條沿東南-西北向走向的火山帶。該火山帶橫跨約500km，這里是東北亞晚新生代以來分布面積最大的大陸玄武巖省之一(圖1)。20世紀(jì)以來對(duì)錫林郭勒盟和赤峰地區(qū)的熔巖K-Ar年代學(xué)研究表明，這一區(qū)域火山巖年齡跨度大，涵蓋了自漸新世(33Ma)至更新世(0.33Ma)很長(zhǎng)一段地質(zhì)歷史(羅修泉和陳啟桐, 1990; 劉若新等, 1992; Hoetal., 2008; 陳生生等, 2013; Zhang and Guo, 2016; Wangetal., 2015; Togtokhetal., 2019)。然而早期的火山巖年代研究沒有考慮火山噴發(fā)類型的差異，普遍缺乏采樣坐標(biāo)，難以確認(rèn)樣品精確位置。迄今為止，對(duì)該區(qū)域火山活動(dòng)歷史的認(rèn)識(shí)仍有待完善。另一方面，這一區(qū)域的火山在經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間剝蝕之后，形成復(fù)雜多變的地貌。如何建立地貌特征與噴發(fā)時(shí)代之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系當(dāng)前沒有定論。

為進(jìn)一步了解上述火山帶的火山活動(dòng)歷史與火山巖時(shí)空分布，本文對(duì)錫林郭勒地區(qū)達(dá)里諾爾和阿巴嘎火山群開展火山巖年代學(xué)研究。在火山地質(zhì)調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)蒙古高原東南緣火山群擁有呈階梯狀大面積分布的多級(jí)熔巖臺(tái)地(圖2)。在上述火山群中，這些熔巖臺(tái)地是火山噴發(fā)產(chǎn)物的主要構(gòu)成部分，認(rèn)識(shí)這些熔巖臺(tái)地的噴發(fā)歷史是認(rèn)識(shí)火山群活動(dòng)歷史的關(guān)鍵。本文首次利用40Ar/39Ar定年技術(shù)，對(duì)錫林郭勒地區(qū)貝力克牧場(chǎng)熔巖臺(tái)地與阿巴嘎火山群熔巖臺(tái)地開展火山巖測(cè)年，并結(jié)合ALOS-DEM數(shù)據(jù)研究熔巖臺(tái)地時(shí)空分布規(guī)律。本文厘定了熔巖臺(tái)地的形成歷史，并探索熔巖臺(tái)地地貌與噴發(fā)時(shí)間之間的關(guān)系，提出區(qū)域剝蝕模型解釋多級(jí)熔巖臺(tái)地的成因。

圖1 錫林郭勒新生代火山巖分布(據(jù)Liu et al., 2001修改)1-赤峰火山群；2-達(dá)里諾爾火山群；3-阿巴嘎火山群Fig.1 Cenozoic lava distribution in Xilin Gol (modified after Liu et al., 2001)

圖2 錫林郭勒熔巖臺(tái)地地貌(a)貝力克牧場(chǎng)一級(jí)熔巖臺(tái)地遠(yuǎn)景；(b)貝邊克牧場(chǎng)遠(yuǎn)景一級(jí)熔巖臺(tái)地與近景二級(jí)臺(tái)地；(c)熔巖臺(tái)地表面結(jié)殼熔巖；(d)貝邊克牧場(chǎng)一級(jí)熔巖臺(tái)地與二級(jí)臺(tái)地邊坡；(e)貝邊克牧場(chǎng)平頂山地貌；(f)阿巴嗄別力古臺(tái)采石場(chǎng)熔巖臺(tái)地剖面，結(jié)殼熔巖覆蓋于紅色松散沉積物之上Fig.2 Field landscapes of lava platform in Xilin Gol

1 地質(zhì)背景

中亞造山帶地處華北克拉通與西伯利亞克拉通之間，由多個(gè)微板塊拼合而成。赤峰-達(dá)里諾爾-阿巴嘎-達(dá)里干加，四處火山群組成一條南東-西北走向的火山帶，橫跨大興安嶺-太行山重力梯度帶(圖1)。這一區(qū)域二疊-石炭系砂巖和下古生界石英片巖板巖零星出露，侏羅系火山巖廣泛分布。第三系上新統(tǒng)棕紅色泥巖大量出露于該區(qū)域，第四系地層多為沖積、湖積砂礫沉積。在錫林浩特南部的渾善達(dá)克沙地及其周邊，全新統(tǒng)風(fēng)積砂覆蓋大范圍區(qū)域。區(qū)內(nèi)侵入巖主要是燕山期花崗巖。

錫林郭勒晚新生代火山群包括南部的達(dá)里諾爾火山群和北部的阿巴嘎火山群。達(dá)里諾爾火山群的北緣是貝力克牧場(chǎng)，該處呈現(xiàn)“平頂山”地貌，組成高低不同的三級(jí)熔巖臺(tái)地，本文將海拔高度最高的臺(tái)地稱為第一級(jí)臺(tái)地，海拔高度逐次降低的另兩級(jí)臺(tái)地依次稱為第二級(jí)和第三級(jí)臺(tái)地(圖2a, b)。達(dá)里諾爾火山群南部的輝騰梁(又稱為灰騰錫勒，灰騰西里)是其主體。輝騰梁底部是熔巖臺(tái)地，然而沒有形成高低差異明顯的多級(jí)臺(tái)地。在輝騰梁臺(tái)地之上有近100座火山錐，大致沿北東東向集中分布在臺(tái)地中部。阿巴嘎火山群熔巖臺(tái)地整體南北高，中間低，呈凹形，之上分布有近200座火山錐，大多風(fēng)化嚴(yán)重。該火山群北緣和西緣形成三級(jí)臺(tái)地，較低海拔的臺(tái)地形成年齡較老，而較高海拔的臺(tái)地年齡較新(羅修泉和陳啟桐, 1990)。熔巖臺(tái)地總體上由結(jié)殼熔巖構(gòu)成，剖面上經(jīng)常發(fā)育有豎直柱狀節(jié)理。巖石表面平整，大量出現(xiàn)大型龜裂狀裂理，裂塊長(zhǎng)達(dá)十?dāng)?shù)米。熔巖為氣孔狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)。斑晶由橄欖石、普通輝石和少量斜長(zhǎng)石組成。斑晶為自形到半自形，粒徑為0.1～3mm，含量約占總體積的10%?；|(zhì)為間粒-間隱結(jié)構(gòu)，主要成分由斜長(zhǎng)石、普通輝石、橄欖石、鐵鈦氧化物和玻璃組成。達(dá)里諾爾和阿巴嘎熔巖臺(tái)地巖性為石英拉斑玄武巖和橄欖拉斑玄武巖(Hoetal., 2008; Zhang and Guo, 2016; Zhaoetal., 2020; 陳生生等, 2013)。貝力克牧場(chǎng)熔巖臺(tái)地下伏地層是上新統(tǒng)河湖相沉積砂巖，阿巴嘎熔巖臺(tái)地下伏地層是第三系紅色砂質(zhì)泥巖。

羅修泉和陳啟桐(1990)對(duì)錫林浩特與赤峰地區(qū)火山巖進(jìn)行K-Ar年代學(xué)研究，認(rèn)為這一地區(qū)新生代火山作用在漸新世(33～28Ma)先從赤峰開始，逐漸向西北方向遷移擴(kuò)展到錫林郭勒地區(qū)的達(dá)里諾爾與阿巴嘎。21世紀(jì)以來，進(jìn)一步的K-Ar測(cè)年研究表明阿巴嘎火山巖年齡為3～6Ma，達(dá)里諾爾貝力克牧場(chǎng)熔巖年齡在2.41～0.51Ma，達(dá)里諾爾輝騰梁火山熔巖年齡為0.19～1.41Ma(Hoetal., 2008; 陳生生等, 2013)。綜上所述，錫林郭勒火山巖年齡跨度大，至少涵蓋了中新世晚期至更新世長(zhǎng)達(dá)6Myr以上的時(shí)間。

2 40Ar/39Ar分析技術(shù)

本文選取錫林郭勒地區(qū)6處熔巖進(jìn)行40Ar/39Ar測(cè)試分析，它們分別來自達(dá)里諾爾火山群北緣的貝里克牧場(chǎng)第一級(jí)臺(tái)地(09XL03-4)、第三級(jí)臺(tái)地(09XL01-1)和火山群中部的大黑山(17XL03)，阿巴嘎火山群東北部熔巖臺(tái)地(17ABG03、17ABG01)及火山群中心地帶熔巖臺(tái)地(09ABG05)。樣品測(cè)試工作在中國(guó)地震局地質(zhì)研究所新構(gòu)造與年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。

2.1 樣品前處理

樣品選取新鮮玄武巖，破碎后篩選出40～60目(380～250μm)的顆粒，留下經(jīng)過磁選后的暗色樣品。因有基質(zhì)顆粒粘連少量斑晶(如橄欖石、輝石、斜長(zhǎng)石等)，通常這些斑晶成分在進(jìn)行40Ar/39Ar定年方法時(shí)，會(huì)帶入過剩氬，造成同位素信息的混淆。前人的研究中已有大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了過剩氬對(duì)火山巖噴發(fā)年齡的影響(Andersenetal., 2017; Lietal., 2000; 周晶等, 2013)。本文處理樣品時(shí)，在雙目顯微鏡下挑選出無風(fēng)化邊、無裂隙填充物的新鮮基質(zhì)，并剔除混雜在其中的斑晶、捕虜晶。隨后，樣品進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理：采用5%的HF溶液，在超聲波清洗器中振蕩清洗10min，超純水中清洗3遍以上，乙醇脫水2次；丙酮清洗2次，50℃烘干12h。樣品充分混勻后，采用高純度的鋁箔紙包裝待測(cè)樣品及標(biāo)準(zhǔn)樣品，封存于低真空石英管中，分兩次送入高通量試驗(yàn)堆(HFETR)與中國(guó)原子能研究院49-2反應(yīng)堆H8通道內(nèi)接收快中子照射24h。HFETR快中子通量約為8.20×1013n/cm2·s(李軍杰等, 2019)。中國(guó)原子能研究院49-2反應(yīng)堆快中子通量為6.5×1012n/cm2·s(王非等, 2005)。

2.2 實(shí)驗(yàn)分析

40Ar/39Ar激光階段升溫實(shí)驗(yàn)通過GV5400稀有氣體質(zhì)譜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。額定功率為30W，波長(zhǎng)為970nm的紅外激光器用于分階段萃取樣品中的氣體，氣體經(jīng)一個(gè)溫度為450℃的鋯鋁泵和一個(gè)為室溫的鋯鋁泵純化10min后，進(jìn)入質(zhì)譜進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量。GV5400稀有氣體質(zhì)譜為單接收質(zhì)譜儀，配置一個(gè)法拉第杯(Faraday高阻為1011Ω)和一個(gè)離子計(jì)數(shù)器(Ion counter)，信號(hào)的采集通過跳掃方式獲得。每個(gè)樣品在24h內(nèi)完成測(cè)試，并在測(cè)試過程中插1～2次本底測(cè)試，36Ar本底在74～76cps，37Ar本底在63～67cps，38Ar本底在10～16cps，39Ar本底在99～235cps，40Ar本底在20141～21534cps。電子倍增器與法拉第杯檢測(cè)轉(zhuǎn)換效率值，每日的變化范圍小于0.84%。

樣品測(cè)試期間，定期對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)配備的標(biāo)準(zhǔn)空氣管中氬氣定期測(cè)量，得到40Ar/36Ar=297.03±1.69(1SD)，根據(jù)測(cè)量的空氣氬同位素比值為40Ar/36Ar=298.6±0.3(Leeetal., 2006)，可得到質(zhì)譜儀質(zhì)量歧視值MDF為1.008185±0.012562(1SD)(Renneetal., 2009)。HFETR的CaF2和K2SO4的校正系數(shù)為 (39Ar/37Ar)Ca=1.54×10-3，(36Ar/37Ar)Ca=3.52×10-4，(40Ar/39Ar)K=0.92×10-2，(38Ar/39Ar)K=1.21×10-2(李軍杰等, 2019)。49-2反應(yīng)堆CaF2和K2SO4的校正系數(shù)為 (39Ar/37Ar)Ca=6.1748×10-4，(36Ar/37Ar)Ca=2.3477×10-4，(40Ar/39Ar)K=2.3228×10-3，(38Ar/39Ar)K=9.4194×10-3(Baietal., 2018)。40Ar/39Ar激光階段升溫坪年齡及反等時(shí)線年齡的計(jì)算是通過ArArCALC 2.5.2(Koppers, 2002)計(jì)算得出。年齡誤差標(biāo)記為2σ，其中包含測(cè)試中存在的分析誤差和J值的計(jì)算誤差。

2.3 測(cè)試結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)樣品分為兩種，北京周口店花崗巖的黑云母ZBH-25用于計(jì)算樣品的中子活化參數(shù)J值；ACs、FCs、Bern-4M作為檢驗(yàn)40Ar/39Ar激光階段升溫實(shí)驗(yàn)流程的標(biāo)準(zhǔn)樣品，其測(cè)試分析結(jié)果見表1。樣品40Ar/39Ar階段升溫測(cè)試詳細(xì)數(shù)據(jù)列于電子版附表1，定年結(jié)果見于表2。

表1 標(biāo)準(zhǔn)樣品激光階段升溫40Ar/39Ar定年結(jié)果

達(dá)里諾爾熔巖臺(tái)地樣品的40Ar/39Ar坪年齡和反等時(shí)線年齡如圖3所示。對(duì)樣品09XL03-4進(jìn)行了15個(gè)階段的升溫實(shí)驗(yàn)，其中第3～15階段計(jì)入坪年齡計(jì)算，累積39Ar的釋放量為98.14%，坪年齡為2.54±0.11Ma(2σ, MSWD=2.11)，相應(yīng)的反等時(shí)線年齡為2.52±0.12Ma(2σ, MSWD=1.99)，40Ar/36Ar初始值為310.7±27.6。對(duì)樣品09XL01-1進(jìn)行了16個(gè)階段的升溫實(shí)驗(yàn)，其中第3～14階段計(jì)入坪年齡計(jì)算，累積39Ar的釋放量為94.94%，坪年齡為1.11±0.13Ma(2σ, MSWD=0.44)，相應(yīng)的反等時(shí)線年齡為1.05±0.25Ma(2σ, MSWD=0.45)，40Ar/36Ar初始值為298.9±12.6。對(duì)樣品17XL03進(jìn)行了16個(gè)階段的升溫實(shí)驗(yàn)，其中第2～16階段計(jì)入坪年齡計(jì)算，累積39Ar的釋放量為99.83%，坪年齡為2.16±0.06Ma(2σ, MSWD=0.36)，相應(yīng)的反等時(shí)線年齡為2.17±0.18Ma(2σ, MSWD=0.39)，40Ar/36Ar初始值為294.0±22.8。

圖3 達(dá)里諾爾熔巖臺(tái)地樣品(09XL03-4、09XL01-1和17XL03)的40Ar/39Ar坪年齡與反等時(shí)線年齡譜圖Fig.3 40Ar/39Ar release spectra for three sample (09XL03-4, 09XL01-1 and 17XL03) from the Beilike in DalinorWeighted plateau ages are listed on left, with inverse isochron ages on the right

采自阿巴嘎熔巖臺(tái)地的3個(gè)樣品17ABG01、17ABG03、09ABG05的40Ar/39Ar坪年齡和反等時(shí)線年齡如圖4所示。樣品17ABG01進(jìn)行了14個(gè)階段的升溫實(shí)驗(yàn)，其中第5～14階段計(jì)入坪年齡計(jì)算，累積39Ar的釋放量為82.07%，坪年齡為6.88±0.22Ma(2σ, MSWD=0.07)，相應(yīng)的反等時(shí)線年齡為7.01±0.49Ma(2σ, MSWD=0.03)，40Ar/36Ar初始值為291.6±13.0。對(duì)樣品17ABG03進(jìn)行了18個(gè)階段的升溫實(shí)驗(yàn)， 其中第4～15階段計(jì)入坪年齡計(jì)算， 累積39Ar的釋放量為85.21%，坪年齡為7.54±0.14Ma(2σ, MSWD=0.30)，相應(yīng)的反等時(shí)線年齡為7.45±0.19Ma(2σ, MSWD=0.30)，40Ar/36Ar初始值為326.4±41.2。對(duì)樣品09ABG05進(jìn)行了15個(gè)階段的升溫實(shí)驗(yàn)，其中第6～15階段計(jì)入坪年齡計(jì)算，累積39Ar的釋放量為95.01%，坪年齡為6.23±0.14Ma(2σ, MSWD=0.43)，相應(yīng)的反等時(shí)線年齡為6.23±0.18Ma(2σ, MSWD=0.48)，40Ar/36Ar初始值為296.5±37.7。

上述樣品的坪年齡與反等時(shí)線年齡在誤差范圍內(nèi)基本一致，由反等時(shí)線獲得的40Ar/36Ar初始值與現(xiàn)代大氣氬同位素比值298.6±0.3(Leeetal., 2006)在誤差范圍內(nèi)一致，表明樣品的坪年齡可以代表其噴發(fā)年齡/成巖年齡。

表2 40Ar/39Ar定年結(jié)果

圖4 阿巴嘎熔巖臺(tái)地樣品(17ABG01、17ABG03和09ABG05)的40Ar/39Ar坪年齡與反等時(shí)線年齡譜圖Fig.4 40Ar/39Ar release spectra for three sample (17ABG01, 17ABG03 and 09ABG05) from the AbagaWeighted plateau ages are listed on left, with inverse isochron ages on the right

3 火山活動(dòng)歷史

3.1 火山作用規(guī)律

前人研究錫林郭勒地區(qū)火山作用方式發(fā)現(xiàn)存在兩類不同的火山作用(陳生生等, 2013;趙勇偉等, 2018)。以達(dá)里諾爾貝力克農(nóng)場(chǎng)為代表的熔巖臺(tái)地形成過程中，大規(guī)模溢流式噴發(fā)為主要火山作用方式，特點(diǎn)是大范圍連續(xù)分布、噴發(fā)規(guī)模大(陳生生等, 2013; 趙勇偉等, 2018)。而另一類火山作用，即單成因火山，以發(fā)生爆破式噴發(fā)為特征，通常都擁有火山渣錐或熔巖錐，噴發(fā)體積小(熔巖面積通常小于50km2)。本文40Ar/39Ar定年測(cè)試結(jié)果說明，達(dá)里諾爾火山群熔巖臺(tái)地形成于～2.5Ma至1.1Ma，說明這段時(shí)間內(nèi)主要發(fā)生大規(guī)模溢流式噴發(fā)。在熔巖臺(tái)地之上大范圍零星分散分布有近百座火山錐，許多火山錐年齡小于1Ma。以鴿子山(又名阿爾更其格)為例，其K-Ar年齡為0.33Ma(羅修泉和陳啟桐, 1990)(圖5)。這些相對(duì)年輕的火山表明晚期的火山作用更加頻繁地發(fā)生爆破式噴發(fā)。

圖5 錫林郭勒火山巖時(shí)空分布示意圖火山巖分布范圍據(jù)Ho et al. (2008) 修改. 有下劃線年齡數(shù)據(jù)為本文數(shù)據(jù)，方框內(nèi)年齡數(shù)據(jù)為K-Ar測(cè)試數(shù)據(jù)，引自羅修泉和陳啟桐(1990), Ho et al. (2008)Fig.5 Lava temporal-spatial distribution in Xilin GolThe volcanic rocks distribution modified after Ho et al. (2008). The 40Ar/39Ar data in this study are underlined. The age data inside the white box are the K-Ar data cited from Luo and Chen (1990) and Ho et al. (2008)

對(duì)阿巴嘎熔巖臺(tái)地火山巖40Ar/39Ar測(cè)試結(jié)果表明，熔巖臺(tái)地形成于約6.2～7.5Ma?；鹕饺旱娜蹘r臺(tái)地之上覆蓋有晚期形成的近200座火山渣錐、熔巖錐(Chenetal., 2015)。前人在查干烏拉火山(渣錐)熔巖流K-Ar測(cè)年獲得3.86±0.25Ma的結(jié)果(羅修泉和陳啟桐, 1990)(圖5)，這說明早期大規(guī)模溢流在阿巴嘎形成熔巖臺(tái)地，晚期單成因火山作用形成零散分布的火山渣錐，這種火山作用規(guī)律與達(dá)里諾爾火山群相似。

3.2 火山巖時(shí)空分布

蒙古高原分布有大量新生代火山巖，大多自35Ma至更新世形成 (Ancutaetal., 2018)。其中蒙古國(guó)中部的5Ma以來形成的相對(duì)年輕的火山分布在罕蓋山和色楞格河盆地，遠(yuǎn)離東南部的達(dá)里干加(Ancutaetal., 2018)。我國(guó)的學(xué)者對(duì)錫林郭勒及其周邊的火山巖研究發(fā)現(xiàn)最老的火山巖見于赤峰(33Ma)，位于火山帶最東端(附表2)。Wangetal.(2015)用40Ar/39Ar法測(cè)得的赤峰火山巖形成年齡在23.8～2.8Ma，其中相對(duì)年輕的樣品(4.7～2.8Ma)傾向于出現(xiàn)在赤峰火山群的西部(附表3)。前人的研究認(rèn)為，赤峰地區(qū)火山活動(dòng)由東向西有逐漸變年輕的趨勢(shì)(Wangetal., 2015)。

本文對(duì)地表熔巖臺(tái)地的測(cè)年結(jié)果顯示，在錫林郭勒地區(qū)，達(dá)里諾爾熔巖臺(tái)地形成時(shí)間相對(duì)最晚(2.5～1.1Ma)，阿巴嘎熔巖臺(tái)地形成年齡相對(duì)較老(約6.2～7.5Ma)。另外，前人對(duì)阿巴嗄臺(tái)地西北方向的青格勒布拉格熔巖臺(tái)地火山巖K-Ar測(cè)年獲得12.82Ma的年齡(羅修泉和陳啟桐, 1990)。

綜合前人測(cè)年數(shù)據(jù)和本文數(shù)據(jù)，蒙古高原東南緣火山作用有可能存在以下規(guī)律：赤峰-達(dá)里諾爾-阿巴嘎-達(dá)里干加一線火山群，存在“兩端較早開始活動(dòng)，中間較晚開始活動(dòng)”的特點(diǎn)；漸新世時(shí)期(33Ma)火山活動(dòng)從赤峰開始；中新世中期(12～13Ma)達(dá)里干加附近(青格勒布拉格)的火山開始活動(dòng)；中新世晚期以后，上述火山帶的中間部分阿巴嘎和達(dá)里諾爾先后陸續(xù)開始發(fā)生火山活動(dòng)(圖5)。

4 熔巖臺(tái)地地貌成因

本文利用空間分辨率為12.5m的ALSO-DEM數(shù)據(jù)(來源于日本先進(jìn)陸地觀測(cè)衛(wèi)星ALOS，下載于https://www.91weitu.com/)獲取研究區(qū)地形地貌定量參數(shù)(圖6)。根據(jù)ALSO-DEM數(shù)據(jù)可知，達(dá)里諾爾火山群貝力克牧場(chǎng)熔巖臺(tái)地分布于海拔1080～1300m之間。最高處的一級(jí)臺(tái)地與三級(jí)臺(tái)地之間高差約180m(圖7)。根據(jù)野外地質(zhì)測(cè)量，一級(jí)熔巖臺(tái)地的熔巖厚度在2.6～4m，二級(jí)臺(tái)地熔巖厚度在3～4.5m。阿巴嘎熔巖臺(tái)地海拔在1050～1250m之間，野外地質(zhì)測(cè)量熔巖臺(tái)地的熔巖厚度在4～6m。在DEM數(shù)據(jù)渲染圖中，達(dá)里諾爾與阿巴嘎熔巖臺(tái)地分布在較高地勢(shì)之上(圖6)，與周邊地勢(shì)較低的河湖沉積區(qū)形成顯著對(duì)比，形成“平頂山”地貌(圖6、圖7)。

圖6 錫林郭勒火山群DEM數(shù)據(jù)渲染圖數(shù)據(jù)引自12.5m分辨率ALOS-PALSAR數(shù)據(jù)，下載于www.91weitu.com；黑色界線為解譯出的熔巖臺(tái)地邊界，A和B之間黃線標(biāo)記剖面圖位置. 圖中1指示貝力克牧場(chǎng)第一級(jí)熔巖臺(tái)地，2為第二級(jí)臺(tái)地，3為第三級(jí)臺(tái)地Fig.6 Rendering Terrain Surface of Xilin Gol volcanic fields based on the DEM datasetThe DEM data (with 12.5m resolution) are constructed using ALOS-PALSAR data and downloaded from www.91weitu.com. The black lines show the lava platforms

圖7 貝力克牧場(chǎng)熔巖臺(tái)地剖面圖(數(shù)據(jù)源自圖6的DEM數(shù)據(jù))Fig.7 Profile of Beilike lava platform (data from the digital elevation model of Fig.6)

根據(jù)本文測(cè)年結(jié)果，貝力克牧場(chǎng)平頂山海拔最高的第一級(jí)臺(tái)地和海拔較低的第三級(jí)熔巖臺(tái)地分別形成于～2.5Ma和～1.1Ma?；鹕饺汉瞬康拇蠛谏饺蹘r臺(tái)地形成于～2.0Ma。阿巴嘎東北緣海拔較高的臺(tái)地形成于～7.5Ma，較低的臺(tái)地形成于～6.9Ma，而火山群核部的臺(tái)地形成于～6.2Ma。對(duì)比錫林郭勒熔巖臺(tái)地樣品采樣海拔高度和測(cè)年結(jié)果，發(fā)現(xiàn)達(dá)里諾爾與阿巴嘎火山群都出現(xiàn)以下規(guī)律：在臺(tái)地邊緣(也就是出露多級(jí)熔巖臺(tái)地的區(qū)域)，都出現(xiàn)年齡越老的樣品海拔高度越高的特點(diǎn)(圖8)。

圖8 采樣海拔高度與樣品測(cè)年結(jié)果對(duì)比圖Fig.8 Sampling altitude versus samples dating results

中國(guó)東部分布有數(shù)十處晚新生代火山群，然而像錫林郭勒地區(qū)一樣的多級(jí)熔巖臺(tái)地和平頂山地貌只出現(xiàn)在集寧和張家口漢諾壩等地?？紤]到錫林郭勒地區(qū)新生代以來氣候特點(diǎn)以及熔巖流的流動(dòng)特性，本文認(rèn)為造成當(dāng)前多級(jí)熔巖臺(tái)地平頂山地貌最可能的因素是古氣候和區(qū)域侵蝕。新生代以來，東亞大陸經(jīng)歷了氣候周期性劇變，中亞地區(qū)氣候漸趨干旱，逐漸成為地球上降雨量最少的區(qū)域之一(Cavesetal., 2014)。錫林郭勒地處內(nèi)蒙中東部，處于東亞季風(fēng)前緣，其氣候在干旱炎熱、相對(duì)濕潤(rùn)和寒冷干燥之間振蕩，多次形成古大湖和高水位(蘭源紅, 2017)。特殊的氣候造成郭林郭勒大范圍相對(duì)平坦的地勢(shì)特點(diǎn)。在火山噴發(fā)過程中，自火口溢出的熔巖流在重力控制下流向地勢(shì)低洼的方向，在地勢(shì)相對(duì)平坦的地區(qū)，熔巖流通常呈面狀分布，形成熔巖平臺(tái)。

在熔巖臺(tái)地中部，由火山作用先后次序(大規(guī)模溢流噴發(fā)在先，單成因火山爆破式噴發(fā)在后)造成的上下疊置，達(dá)里諾爾和阿巴嘎火山群都出現(xiàn)下老(熔巖臺(tái)地)上新(火山錐)的特點(diǎn)。然而在熔巖臺(tái)地邊緣都出現(xiàn)高度差異明顯的多級(jí)臺(tái)地，并且年齡越老的樣品海拔高度越高。如上所述，熔巖臺(tái)地邊緣的熔巖層厚度僅在2.6m至4.5m之間，熔巖之下是厚層湖相沉積物?？紤]到各級(jí)熔巖臺(tái)地相差數(shù)十米至百余米的高程，而每級(jí)臺(tái)地只在頂部覆蓋一層厚度僅數(shù)米的相對(duì)較薄的熔巖蓋層，本文試圖從區(qū)域侵蝕方面探討這種多級(jí)熔巖地貌的成因。

在野外勘察中，我們發(fā)現(xiàn)錫林郭勒厚層結(jié)殼熔巖下伏地層多為河湖相沉積的松散砂，這些物質(zhì)極有可能在火山噴發(fā)前形成較為平坦的地勢(shì)，為熔巖平臺(tái)的形成創(chuàng)造了條件。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)想可以存在以下機(jī)制生成多級(jí)臺(tái)地。在發(fā)生最初的火山作用，第一級(jí)熔巖平臺(tái)形成之后，錫林郭勒地區(qū)在氣候影響下遭受長(zhǎng)期的區(qū)域剝蝕(圖9)。在此過程中，熔巖覆蓋的區(qū)域因熔巖蓋層保護(hù)得以保留形成第一級(jí)熔巖臺(tái)地，而沒有熔巖覆蓋的區(qū)域則經(jīng)受區(qū)域剝蝕消減，海拔降低，形成地勢(shì)較低的平坦地貌(圖9)；此后，較晚一期的火山作用發(fā)生在地勢(shì)較低的平坦地形之上，產(chǎn)生熔巖蓋層經(jīng)歷長(zhǎng)期區(qū)域剝蝕之后形成第二級(jí)熔巖臺(tái)地；以此類推，又產(chǎn)生第三級(jí)熔巖臺(tái)地(圖9)。該模型解釋了貝力克牧場(chǎng)和阿巴嗄東北緣多級(jí)熔巖臺(tái)地和”平頂山”地貌成因，也解釋了熔巖臺(tái)地邊緣地帶火山巖高程與年齡之間的正相關(guān)關(guān)系。

圖9 熔巖臺(tái)地成因模式圖Fig.9 Forming modelling of lava platforms

在上述認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，本文結(jié)合熔巖臺(tái)地的40Ar/39Ar測(cè)年數(shù)據(jù)與DEM數(shù)據(jù)，計(jì)算達(dá)里諾爾與阿巴嘎兩個(gè)地區(qū)的區(qū)域侵蝕速率。貝力克牧場(chǎng)一級(jí)與三級(jí)臺(tái)地之間高程相差180m，形成時(shí)間相差約1.4Myr，由此可知熔巖臺(tái)地形成期間區(qū)域剝蝕速率為129m/Myr。阿巴嘎東北緣熔巖臺(tái)地兩件樣品高程相差95m，熔巖形成時(shí)間相差～0.6Myr, 可知該地熔巖臺(tái)地形成期間的區(qū)域剝蝕速率為158m/Myr。根據(jù)區(qū)域剝蝕速率，可以用不同熔巖臺(tái)地之間的高度差來估計(jì)噴發(fā)時(shí)間間隔。在達(dá)里諾爾地區(qū)每有100m高差，噴發(fā)時(shí)間大約相差0.76Myr。在阿巴嘎地區(qū)每百米高差，噴發(fā)時(shí)間相差約0.63Myr。憑借該方法有可能利用少量測(cè)年數(shù)據(jù)和高精度DEM數(shù)據(jù)確定達(dá)里諾爾和阿巴嘎火山群熔巖臺(tái)地的時(shí)空分布。

5 結(jié)論

本文以錫林郭勒盟達(dá)里諾爾火山群與阿巴嘎火山群熔巖臺(tái)地為研究對(duì)象，運(yùn)用40Ar/39Ar年代學(xué)測(cè)試技術(shù)結(jié)合ALOS-DEM數(shù)據(jù)分析，結(jié)論如下：

(1)達(dá)里諾爾與阿巴嘎火山作用早期都有大規(guī)模熔巖溢流形成熔巖臺(tái)地，晚期單成因火山作用形成零散分布的火山渣錐。

(2)達(dá)里諾爾熔巖臺(tái)地形成于1.1～2.5Ma，阿巴嘎熔巖臺(tái)地形成于6.2～7.5Ma。赤峰-達(dá)里諾爾-阿巴嘎-達(dá)里干加一線火山群，存在“兩端較早開始活動(dòng)，中間較晚開始活動(dòng)”的特點(diǎn)。

(3)錫林郭勒火山群邊緣區(qū)域形成多級(jí)熔巖臺(tái)地“平頂山”地貌，可以由火山作用與當(dāng)?shù)靥厥鈿夂蛞l(fā)的區(qū)域剝蝕共同作用形成。