锡林郭勒草原上的达里诺尔火山群位于大兴安岭-太行山重力梯度带中部的西侧(图 1)，这里分布着逾百座火山，火山岩面积达3000km²，其西北方向与阿巴嘎火山群相接，延入蒙古国, 与达里干加火山群一起，构成亚洲东部面积最大的一片新生代火山区(林儒耕, 1979；Wiechert et al., 1997；Kononova et al., 2002；Ho et al., 2008)。达里诺尔火山群是距离北京最近的第四纪火山群之一(直线距离约350km)。根据钻孔火山岩年龄，达里诺尔火山活动可以追溯到中-上新世，但地表玄武岩熔岩台地及其上的火山锥体主要为第四纪火山活动产物，喷发活动可能延续到全新世(樊祺诚等，2015)，是我国又一处新的活动火山区。然而到目前为止，我们对这一紧邻首都圈且仍有喷发危险性的火山群却知之甚少，对其增强研究迫在眉睫。

达里诺尔地区火山活动规模大，持续时间长，保存逾百座单成因火山(monogenetic volcano)。丰富的第四纪火山产物提供了绝佳的研究样本，使这里成为研究大陆板内火山作用理想的天然实验室。本文选取达里诺尔火山群中对未来火山喷发灾害最有启示意义的晚第四纪(中更新世晚期以来)火山作为研究对象，在火山地质调查基础上，开展火山地质与形貌研究，限定岩浆通道系统在深部的特征，致力于探索火山作用与构造活动相互关系。

1 地质背景

中亚造山带是一条横亘在西伯利亚-俄罗斯克拉通与华北-塔里木克拉通之间的一条巨型的造山带。它的形成过程始于约10亿年前，代表了显生宙以来亚洲大陆的一次重要的增生过程(Xiao et al., 2009)。达里诺尔火山群位于中亚造山带中部，地处索伦缝合带附近，在北东东向的锡林浩特断裂与林西断裂之间。其所处构造背景远离现代板块俯冲带与碰撞带等板块边缘环境，是我国最为典型的板内单成因火山群(图 1)。为了解释单成因火山的成因机制，研究火山岩浆通道系统特征必不可少。岩浆通道系统的性质在很大程度上影响着火山喷发物理过程与火山类型(Walker, 1993)。岩浆通道在地表的出露位置决定着火山口的方位，通道的形态决定着火山物质喷射方向和最终堆积位置，而岩浆通道中岩浆输送的速率和频率与火山的喷发强度、活动时间、喷发次数、火山产物多少直接相关。由于岩石力学特性，岩浆通道在岩石圈浅部常常以岩浆补给裂隙(magma feeding fractures)的形式出现。对火山群内岩浆补给裂隙(通道)或岩墙控制因素的研究对理解火山作用的方式，以及评估一个地区火山喷发危险性有重要意义(Tibaldi et al., 2014; Neri and Geshi, 2015)。通过野外火山地质地貌的参数化定量研究，结合室内模拟实验研究，确定岩浆补给通道的控制因素，是近年来火山学研究的新热点(Báez et al., 2016; Bolós et al., 2015; Gambino et al., 2016; Neri and Geshi, 2015; Ruch et al., 2016; Tibaldi et al., 2014; Vitale and Isaia, 2014; Zhao et al., 2014a, b)。

在国际上，对岩浆补给裂隙的研究取得丰硕成果。例如在死海走滑断层的北部，在岩浆补给裂隙之上发育一系列椭圆形火山、熔岩裂隙与火山口定向排列等地质现象(Adiyaman and Chorowicz, 2002)，推测受区域应力场与断层控制：在加纳利群岛上，也发现大量地下岩墙群，以及地上的喷发裂隙，清楚地表明这里的火山是多成因的活火山，具有裂谷属性(Carracedo, 1994)；在意大利Aeolian岛弧上，火山作用与地表的断裂在时间空间上都紧密伴随(Ruch et al., 2016)；在西班牙加泰罗尼亚火山群，南东向主断层控制着深部岩浆补给裂隙，而受主断层走滑形成的地壳浅部的南南东向次生断裂控制着浅部岩浆裂隙(Bolós et al., 2015)。

Tibaldi (1995)在研究全球不同构造环境下第四纪碎屑锥的形貌和空间分布基础上，结合渣锥建造塌陷对比实验模型，确定一系列参数，用来推断岩浆裂隙通道的几何形态。并且提出岩浆裂隙通道面的走向与下列参数直接相关：(1)锥体底部长轴与火山口长轴的延伸方向；(2)火山口沿的凹陷；(3)碎屑渣锥在一定距离内的定向排列。

本世纪以来，学者对达里诺尔火山的研究主要从岩石地球化学方面，认为研究区火山岩浆源于软流圈地幔(Chen et al., 2015; Guo et al., 2016; Zhang and Guo, 2016)；卫星遥感图象和DEM初步分析认为达里诺尔火山群东西向分布，边缘火山形成时代老，火山群中部海拔较高的火山形成时代新(Gong et al., 2016)。在前人研究的基础之上，本文着重利用达里诺尔火山群火山形貌与空间分布的特征，用来反推岩浆裂隙通道的分布与形态，从而达到限定构造-火山相关关系的目的。

2 火山地质特征

达里诺尔熔岩台地海拔1200m以上，熔岩台地面积约2800km²，北起贝力克牧场，南至白音库伦，西起巴彦高勒，东至伊和乌苏；东西长约90km，南北宽约40km (图 2)，其上分布逾百座火山(林儒耕，1979)。大部分保留着完好的锥体形态(图 3)，如大敖包火山、鸽子山火山、木盖扫勒乌拉火山等。前人的研究结果包括1:20万地质图区域调查，地质地貌描述(林儒耕，1979)，以及少量火山岩K-Ar测年数据(罗修泉和陈启桐，1990)，但这些资料中没有提供火山锥的具体参数，不同期次的火山未做划分。

研究区火山众多，形成时代从上新世到全新世(罗修泉和陈启桐，1990)，因此研究岩浆补给通道时最大的难点在于切割选取合适的研究对象。如果将百余座火山不加区别放在一起，等同于把不同时代、不同构造背景的火山作用叠加在一起，可能会引起信息混淆。本文基于火山地质特征，选取21座火山做为研究对象(图 4)，它们的海拔大多在1450m以上，是区内相对较高的火山，并且其地质特征表明它们形成时代相对较晚。对研究对象中代表性火山的详述如下。

鸽子山(阿尔更其格)火山机构保存完好，锥体由早期爆破式喷发的降落堆积火山渣和晚期溅落堆积而成的熔结集块岩构成，火口发生多次塌陷作用形成深约140m的破火口，火口内壁陡直(图 5a)，火山锥北东侧溢出口仍保留完好的熔岩溢出口塌陷构造(图 5b)，绕过锥体向南流淌的熔岩流面积达50km²(图 5c)，沿途可见保存完好的结壳熔岩、喷气锥、喷气碟等生动的熔岩流动构造，这些特征都与五大连池老黑山火山相似。前人对其火山碎屑席中的烘烤层样品进行热释光测年，结果为22.41±1.90Ka (杨若昕等, 2012)，因此推测其形成年代在晚更新世-全新世(图 2)。

大敖包与鸽子山相近，是达里诺尔火山群内海拔最高的火山。它的主体由灰黑色火山渣构成，顶部是厚约2~5m的砖红色熔结集块岩，火山口内坡陡，达到27°。其陡峭的山形和风化程度很弱的熔结集块岩和火山渣，与哈拉哈河-绰尔河火山群的焰山和高山相似(赵勇伟和樊祺诚，2010)，推测它形成年代在晚更新世-全新世。

阿拉坦图古日格是位于大敖包南侧的一个火山锥，火山口呈椭圆形，火口沿上堆积着溅落堆积成因的熔结集块岩。由火山口西南溢出口始，有熔岩流覆盖在火山以南的大范围区域。这些熔岩流表面崎岖不平得以保留，表层仍有大量熔岩丘突出，熔岩流脊线清晰可见，这与达里诺尔火山群中大部分熔岩流表面风化成为平坦的草地的现象区别明显，由此我们推断它形成年代与鸽子山相近，在晚更新世-全新世。

木盖扫勒乌拉火山位于鸽子山东，火山锥高286m，火口沿宽9.5m，火口宽348m，内坡角23°，外坡角28°。火山的组成与鸽子山相似，主体是火山砾、火山灰构成的渣锥，顶部覆盖着厚约35m的砖红色溅落堆积成因的熔结集块岩(图 5d)。火山锥总体呈现不规则椭圆形，西北侧锥低，东南侧高，东南侧底部为渣，顶部为砖红色、紫红色碎成熔岩，沿火口内顺坡发育，外侧形成陡壁。德斯格图努如火山由4座火山锥构成，本文由西至东依次命名为1号、2号、3号和4号火山，它们形成一条清晰的火山锥定向排列(图 5e)。木盖扫勒乌拉西南依次分布着么嘎吓荣、翁渡乌拉，锡塔特乌拉。这些火山总体组成和风化程度与木盖所勒乌拉相近，火山顶部都存留有没有风化剥蚀的熔结集块岩堆积。锡塔特乌拉和翁渡乌拉的熔岩流向南流淌，表面局部仍保留崎岖不平的地貌，常见熔岩表面突出。本文推测它们形成时代相近，在中更新世晚期。

尽管目前对上述火山的研究仍欠缺直接的火山岩测年数据，但是从地质特征和风化差异判断，本文所选取的21座火山原始的喷发遗迹在很大程度上得以保存，风化程度相对较轻，形成时代明显晚于其它火山，因此本文将其归入晚第四纪火山。

3 火山锥体形貌与定向排列

火山产物主要由火山锥和熔岩流两部分组成，其中火山锥是最为显著的地面建造，也是火山机构中重要的组成部分，其形态特征直接反映出控制火山喷发的一些非岩浆因素，因此具有重要的研究意义。火山渣锥是单成因火山中典型的火山建造。世界各地的火山，包括墨西哥Tepic Rift、埃塞俄比亚Rift、埃特纳火山、加纳利群岛等地的火山渣锥的形貌参数，位置信息，以及对比模型实验进行研究，确定一系列参数，可用来推断岩浆裂隙通道的几何形态(Tibaldi, 1995)。统计规律表明岩浆裂隙通道面的走向与下列参数直接相关：(1)锥体底部椭圆长轴延伸方向以及火山口的长轴延伸方向；(2)火山锥在一定距离内的定向排列。

本文地质数据获取方法有：在野外实地GPS (Garmin 62s)测量火山锥的坐标；利用激光测距仪(TruePulse^TM200型)确定锥体高度和火山口长度；在Google earth卫星影像和1:5万地形图上确定火山锥的锥底长度、长轴方向和火山锥缺口方向。

3.1 椭圆形火山锥

观察世界各地现代火山喷发，发现大多火山喷发之初都是沿单点或裂隙喷发。火山由单点喷发，会形成底部呈圆形的锥体；然而当火山由短裂隙喷发时，最终的渣锥常会形成底部呈椭圆的锥体，火山口也会呈椭圆状，这个裂隙就是岩浆补给通道在地表暴露出的部分。由世界各地的火山研究统计规律可知，锥体底部椭圆长轴延伸方向以及火山口的长轴延伸方向与岩浆补给通道的走向直接相关。本文所涉及21个火山锥中有16个属于火山口短轴直径/长轴直径 < 0.8的椭圆形火山。统计这些火山口长轴方向，由图 6中可以看到，最多的长轴走向方向集中在NEE向，其次是NE向，只有极个别在其它方向。图 7的统计发现，晚更新世-全新世的三座火山集中于NE向，而中更新世晚期的火山中，5/8集中于NEE向。

3.2 火山锥定向排列

早在20世纪70年代，国外火山研究就提出根据层火山周围的次生火山锥的排列，可以推断岩浆裂隙补给系统的位置与产状(Nakamura, 1977)，20世纪90年代，Tibaldi (1995)研究统计世界各地各种地质背景下的火山，提出火山锥定向排列这种方法需要谨慎使用，尤其是对于火山锥间距的考虑要慎重。

在本文所研究中更新世晚期火山中，选取火山锥间距小于3km，火山口长轴方向近于一致的火山，确定了5条定向排列，详细数据列于表 1。本文在1:5万地形图上选取这些火山口的平面投影地理坐标(北京1954年坐标系)，将这些坐标点用最小二乘法做线性回归，得出直线方程，列于表 2。由表 2中数据可以看到，火山锥之间间距普遍小于1.5km，个别介于2~3km，5条定向排列的R²大致都在0.8以上。这些线性回归的直线在地图上的走向介于49.4°~79.2°之间，即NE向和NEE向。

4 岩浆裂隙通道

上述火山口长轴参数与火山锥的定向排列为我们提供了岩浆补给裂隙通道的空间位置和水平方向上走向的信息(图 8)。火山口长轴数据大多集中在NE (5个数据，42°~54°)和NEE (10个数据，67°~86°)这两个范围内，而火山锥的定向排列中，有4个数据在49.4°~63.3°之间，另外1个数据为79.2°。这些信息所反映的裂隙通道的长度范围从几百米到数千米，走向上角度范围也很大。

在岩石圈深部，岩浆裂隙通道可能是横向长度和宽度都很大的一条贯穿的裂隙，岩浆沿此裂隙纵向上升时，只会沿裂隙顶部地层中最薄弱处上升，因此在相对浅的位置，岩浆补给裂隙的横向长度和宽度会迅速减小，如此才有利于岩浆会聚能量，最终得以喷出地表。因此，本文提出不同类型的参数可能对应着不同深度的裂隙通道信息：火山锥的形态直接受控于最浅部的补给裂隙通道的产状；而火山锥定向排列应该受控于更深部的岩浆补给裂隙通道。

对比火山口长轴与火山锥定向排列的走向可知，岩浆补给裂隙通道在浅部和较深的位置都有NE和NEE走向，有一定程度的一致性。另一方面，深部岩浆补给裂隙通道更多在走向NE，而浅部岩浆补给裂隙通道更多走向NEE，反映出深部与浅部存在不同。

在野外调查中，我们发现达里诺尔火山群中很多火山的火口沿高度有规律地不对称分布，火山锥的西北侧火口沿具有较低的海拔高度，而东南侧火口沿普遍具有较高的海拔高度。溅落堆积物大量出现在东南侧火口沿，形成厚层熔结集块岩堆积，在东南侧火口内坡上，也布满顺坡固结成层的碎屑成因熔岩；而在西北侧火口沿，溅落物只是零散地以薄层出现，西北侧火口内坡上没有碎成熔岩。这种现象普遍出现在区内火山中。在本文所研究火山中，无一例外，全都适用于此规律。假设火山岩浆补给通道在地表附近是竖直的，喷发过程不受其它非火山因素如风力的影响，其喷发物应对称分布于火口周围，锥体形成火口沿高度相近。如果通道竖直，喷发受风力影响，火山的空降火山渣会受风向影响，呈现不对称分布，但是溅落堆积物由于喷发高度低，受风力影响较小，应沿火口对称分布。这种推测形貌与本文中火山不符。根据上述火山堆积物分布的形貌规律，本文提出岩浆通道在地表附近并非竖直，而是倾向西北。在此模式下，碎屑被喷出火口后，向东南方向呈弹道降落的概率会相对增加，从而形成上述火口沿高度的不对称分布。

5 火山成因讨论

根据以上所述，研究区火山中存在NE向和NEE向两组岩浆裂隙通道，火山口长轴所代表的浅部裂隙通道更多倾向于NEE向，而火山锥定向排列所暗示的深部裂隙通道更多走向NE。晚更新世至全新世的3个火山具有相当一致的NE向的岩浆裂隙，而中更新世晚期的火山则呈现出NE向和NEE向两组浅部的岩浆裂隙通道。这些裂隙通道面很有可能都具有向西北倾斜的分量。

前人的研究表明，岩浆补给裂隙通道的控制因素可能有以下几个：1)基底地层中早先存在的断层控制(pre-existing faults)；2)区域构造应力(regional stress)；3)火山本身的重力延展(gravity spreading)；4)岩浆本身的压力(Tibaldi et al., 1995；Tibaldi and Lagmay, 2006)。

锡林浩特所处位置受华北克拉通与中亚造山带长时间相互作用，其周边形成的断层及地块都是近于北东走向。距达里诺尔最近的西拉木伦断裂在区内走向NWW-EW，林西断裂走向近EW。然而上述岩浆裂隙通道的走向集中在NE与NEE，火山锥距最近的断裂有约20km，因此先存的断裂与浅部岩浆裂隙通道可能不存在直接对应关系，但是这些先存的深大断裂可能在深部为岩浆上升提供了重要的通道。研究区内火山都是单成因火山，锥体直径小于2km，因此，火山锥重力对下层产生影响造成断裂的可能不大。

达里诺尔火山群内区域构造应力方向到目前为止没有直接数据。然而，前人在研究中国东部范围内新构造期应力场时，将锡林浩特周边最大主压应力方向定为NE-NEE (万天丰，2004)。1999年1月29日，在锡林浩特市北偏西约90km处发生了5.2级地震。震中位于达里诺尔火山群西北约100km处。震源机制解的节面Ⅰ走向32.5°，P轴走向68.6°，推测该次地震是主压应力为北东东向(内蒙古自治区地震局)。上述证据都支持达里诺尔地区区域地压应力方向应在NEE-NE向，这与本文所获取的岩浆补给裂隙通道的走向相一致，世界各地的火山研究都表明区域构造应力与火山机构中裂隙、岩墙走向以及火口的分布有相关关系(Nakamura and Uyeda, 1980；Tibaldi and Lagmay, 2006)，因此根据上述证据可以合理推测研究区内岩浆补给裂隙通道与区域构造应力有成因上的联系。

由火山口椭圆长轴走向和火口短/长轴比值进行对比，可看到清楚的负相关关系(图 9)，表明随着岩浆通道裂隙走向由40°向90°递增过程中，火山口的短/长轴比值逐渐减小。这可能表明，NE向张裂更加接近区域最大主压应力方向，在此二者耦合的背景下，围岩压力降低，岩浆快速由深部上涌，岩浆自身的压力(静水压力)会施加于基底岩层，从而使火山附近局部最大主压应力方向为竖直，如此，则有利于产生火口近圆形的中心式火山，火山口的短/长轴比值接近于1。而在张裂走向为NEE时，区域最大主压应力方向与之斜交，造成围岩压力增大，火山附近局部最大主压应力方向为水平方向，岩浆更加倾向于沿着张裂缓慢溢流，形成椭圆状的火山口，短/长轴比值小于1。

前人对西拉木伦断裂的研究显示，这一断裂中更新世以来具有左行走滑性质(万天丰，2004)。根据上述对区内应力场和断裂构造的认识，以及本文得到的关于岩浆补给断裂的分布与产状，我们提出一个剪压走滑的模式来解释我们观察到的火山现象(图 10)。在NEE-NE向主压应力下，在西拉木伦断裂与林西断裂附近存在一个走向近平行于这两个断裂的走向EW或NEE的左行剪压走滑断裂带。构造学研究表明，当走滑断层形成时，常会在变形区域形成雁行排列的一系列断层，这些断层延伸距离短，与主断层带同时形成，被称为Rieldel剪切(Riedel, 1929；Moores and Twiss, 1995)；在本研究区，与剪切带走向呈小角度相交的NEE走向的Riedel断裂和NE向的张裂分别提供了岩浆补给裂隙通道，从而引起火山喷发。

中国东部进入到新构造期后，在印度板块向北俯冲，以及太平洋板块俯冲后撤的大背景下，华北克拉通北部以及中亚造山带中近东西向-北西西向的断裂普遍发生左行走滑或倾滑，如阿尔金断裂，河套盆地断裂，蓬莱-张家口等。这些断裂通常是地震的多发区，达里诺尔火山群的例子提醒我们，这些断裂附近有发生板内火山喷发的可能。因此，未来的工作应对我国火山与走滑构造的关系进行更加深入的研究。

6 结论

达里诺尔火山群位于大兴安岭-太行山重力梯度带中部的西侧, 拥有上百座第四纪火山, 本文选取晚第四纪火山作为研究对象，从火山锥形貌和定向排列两方面推断的岩浆补给裂隙通道，统计结果表明这些火山具有较为一致的裂隙通道方向：NE和NEE，这些方向与区域构造最大主压应力方向相近。由此推测在NE向区域主压应力作用下，在研究区域发生NEE走向的左行剪压走滑，走滑带上的断裂提供了岩浆补给裂隙通道，直接影响了火山作用。