综述：美国西部莫戈永–达蒂尔火山场与圣胡安火山场流纹质火山岩省地质遗产与矿业遗产的协同管理：对比启示

《International Journal of Geoheritage and Parks》：Managing geoheritage and mining heritage in silicic volcanic provinces: Comparative lessons from the Mogollon–Datil and San Juan fields, western United States of America

　　

大规模流纹质火山岩省保存了地球历史中最为壮观的事件记录，包括广阔的熔结凝灰岩（ignimbrite）席状堆积体、破火山口（caldera）复合体以及记录地壳岩浆作用节奏与规模的复活穹隆构造。在美国西部，科罗拉多州的圣胡安（San Juan）火山场与新墨西哥州的莫戈永–达蒂尔（Mogollon–Datil）火山场是中新世中期凝灰岩喷发高潮期（mid-Cenozoic ignimbrite flare-up）保存规模最大、最为典型的代表。这两个火山场共同记录了约40 Ma至18 Ma期间超过20,000 km³的流纹质火山活动，其中包括鱼峡谷熔结凝灰岩（Fish Canyon Tuff）——地球上已知规模最大的爆炸性喷发事件之一。这些地貌同时还承载着广泛的矿田，其成矿系统与形成火山地貌的岩浆-热液过程具有成因联系。因此，管理者面临着一个反复出现的共存性挑战：如何在保护火山地质遗产的同时，阐释矿业与工业遗产价值，并应对历史遗留影响。本文为一篇叙述性文献综述，综合了火山学、矿床学、地质遗产/地质保护实践、保护地治理以及矿业/工业遗产文献，形成了三项管理成果：（i）一个共存性模板（coexistence template），用以组织核心管理功能，强调地质遗产与矿业遗产的共存；（ii）描述了在以非地质价值为主要保护目标的保护地中，地质遗产如何可能在无意中被管理不足；（iii）指明该模板如何被移植应用于其他地区。研究人员将这一框架对比应用于圣胡安与莫戈永–达蒂尔火山场，重点突出其具有国际意义的火山属性、矿业遗产维度、共同面临的压力以及实际管理启示。论文还讨论了强化途径，即如何在现有保护地工具框架内加强地质遗产保护，并提出长期选项（例如现有指定下的地质保护或通过国际指定），这些路径需要标准步骤，包括边界界定、对比语境分析和治理安排。

**1. 引言**

大规模流纹质火山作用通过凝灰岩喷发高潮期（ignimbrite flare-ups）、破火山口（caldera）塌陷与复活等过程，塑造了地球历史中最为壮观的事件。在美国西部，科罗拉多州的圣胡安火山场与新墨西哥州的莫戈永–达蒂尔火山场保存了中新世中期凝灰岩与破火山口的标志性记录，并为现代破火山口科学奠定了基础。从早期Burbank对大型科迪勒拉破火山口（"圣胡安火山洼地"）的识别，到Smith和Bailey（1968）提出的复活穹隆模型，再到Lipman（1992）将科迪勒拉构造演化与火山作用、热液成矿系统以及区域地貌相联系的综合性研究，这些区域既是典型的火山档案，也是具有历史重要性的科学遗产地点。本文将其视为双联意义上的地质遗产（geoheritage）：（i）火山过程的杰出自然表达；（ii）嵌入在这些地貌测绘谱系与科学进展中的科学遗产。

引发这两个火山场记录的西部美国中新世中期凝灰岩喷发高潮期（约40–18 Ma）是地球上规模最大的流纹质火山事件之一。该事件部分由板块边界动力学和岩石圈结构的重大变化触发（包括法拉隆板块拆沉和软流圈上涌），产生了从内华达延伸至墨西哥北部的广阔流纹质熔结凝灰岩席和大型破火山口群。圣胡安和莫戈永–达蒂尔火山场共同构成了在规模、量级和可解读性方面均极为突出的地貌景观：它们保存了已知规模最大的爆炸性喷发事件、大陆尺度的熔结凝灰岩省，以及在地表和景观尺度上仍清晰可辨的破火山口相关地貌形态。

这些火山场还承载着广泛的矿田，其成矿系统与形成火山地貌的岩浆-热液过程具有成因联系。这产生了一个反复出现的地质遗产与公园管理难题：保护地通常明确承认生物多样性和文化资源，而地质遗产价值可能处于清单薄弱、阐释不一致或间接受保护的状态。同时，在保护地背景下矿业常被视为主要威胁，尽管矿业历史和工业遗产与许多火山省的科学发现和社区发展密不可分。本文认为，圣胡安和莫戈永–达蒂尔火山场展示了一个可移植的"共存"挑战：如何在多价值背景下保护火山地质遗产，同时阐释矿业/工业遗产并应对历史遗留影响。

**2. 方法**

本文采用叙述性文献综述方法，综合已发表研究和实践指南，推导出一个面向管理的火山地质遗产景观中的矿业/工业遗产管理框架。五方面文献贡献于该综述：（1）南落基山脉流纹质火山作用、破火山口过程和凝灰岩喷发高潮期演化；（2）破火山口相关热液系统中的矿床科学与矿业历史；（3）地质遗产、地质多样性和地质保护实践（包括价值观和评估方法）；（4）多价值保护地的治理与管理规划；（5）与阐释和管理相关的矿业/工业遗产和文化景观文献。

该综合围绕三个问题组织：（i）圣胡安和莫戈永–达蒂尔火山场的哪些属性使其具有国际意义并可作为火山地质遗产进行解读；（ii）在保护地情境中，矿业遗产和矿业遗留如何与火山地质遗产价值相互作用；（iii）需要哪些实用管理功能来在阐释矿业/工业遗产并应对历史遗留影响的同时保护关键火山特征。

在术语方面，本文采用主流联合国教科文组织（UNESCO）和国际自然保护联盟（IUCN）相关地质遗产实践中的定义：地质遗产（geoheritage）指地质多样性（岩石、矿物、化石、地貌和活跃的地球过程）中具有科学、教育、文化和/或美学价值并值得在保护和保存区域内进行保护、阐释和管理的要素。矿业遗产传统上被作为工业遗产的一部分，因而是文化遗产的组成部分。在火山省中，矿业遗产常与地质遗产重叠，因为成矿系统与形成火山地貌的岩浆-热液过程具有成因联系。在此类背景下，文化景观框架具有适用性：物理景观表达了相互交织的自然过程（火山作用、热液蚀变）和人类响应（矿田、聚落、基础设施和遗留影响）。科学遗产则用于描述历史发展中的思想脉络、测绘谱系和塑造现代破火山口系统及成矿作用理解的关键地点。

**3. 结果：火山省及其矿业遗产共存性**

圣胡安和莫戈永–达蒂尔火山场保存了中新世中期西部美国凝灰岩喷发高潮期的标志性记录（约40–18 Ma）：表现为破火山口群、复活结构和区域广泛分布的熔结凝灰岩席的大陆尺度流纹质省份。在晚白垩世至古近纪期间，法拉隆板块的平板俯冲导致了地壳缩短并抑制了弧火山作用；随后的板块陡倾和碎裂引发了软流圈上涌并重新点燃了岩浆作用。在这一更广泛的弧-裂谷转换过程中，熔结凝灰岩破火山口和岩墙群追踪了从大陆弧岩浆作用向南部落基山脉伸展的转换。在这一大陆尺度的故事中，圣胡安火山场记录了杰出的破火山口密度和喷发量，而莫戈永–达蒂尔则捕捉到了大型流纹质省份中记录到的最快喷发节奏之一。

**3.1 圣胡安火山场（科罗拉多州）**

圣胡安火山场在凝灰岩喷发高潮期记录了杰出的破火山口密度和高累积喷发量，具有嵌套的塌陷结构和广泛的熔结凝灰岩，使其演化过程在地貌尺度上异常清晰可辨。火山作用始于富集的科尼霍斯型中-酸性中心火山（约35–32 Ma），其火山堆积厚度超过2000 m，孕育了后来驱动灾难性熔结凝灰岩喷发的地壳岩浆体。

约30 Ma至26 Ma期间，该火山场进入流纹质作用高峰期，发生了一系列巨型喷发，产生多个叠加的破火山口。高潮以反复的破火山口形成喷发为标志，最著名的是拉加尔塔破火山口（约28 Ma），其喷发了估计约5000 km³的鱼峡谷熔结凝灰岩——地球上已知规模最大的爆炸性喷发事件之一。后续喷发产生了更多主要破火山口和横跨南落基山脉的广泛熔结凝灰岩席。中部圣胡安破火山口群的测绘揭示了一系列叠加的破火山口（如克里德、锡尔弗顿、莱克城、翁帕斯格雷、巴切勒），它们与大量的熔结凝灰岩（如卡彭特里奇熔结凝灰岩和纳尔逊山熔结凝灰岩）相关联。许多这些结构在不超过100 kyr的时间内相继喷发，展示了喷发高潮期岩浆作用如何在短地质时间尺度上反复发生。

就关键地貌而言，破火山口群几何形态、熔结凝灰岩高原、环断层和沟槽带结构，以及深切熔结的火山地层学，为破火山口演化和熔结凝灰岩侵位提供了从露头尺度到地貌尺度的异常清晰实例。随后向双峰式玄武岩-流纹岩火山作用的转变，将衰减的喷发高潮期活动与区域伸展及早期里奥格兰德裂谷发育联系起来。

圣胡安火山场是破火山口科学的奠基性场所：从早期大型塌陷结构的识别，到复活破火山口概念的提出，再到塑造现代大型流纹质系统理解的后续测绘和综合研究。因此，圣胡安不仅是火山档案，也是科学遗产地貌，关键破火山口概念在此通过持续的野外观察和阐释得以建立、检验和完善。

相同的岩浆-热液系统既建造了破火山口和熔结凝灰岩，也驱动了热液循环和成矿作用，产生了塑造聚落格局、基础设施和持久工业遗产的重要矿田。这构成了保护地管理中的共存挑战：矿业遗产提供阐释价值和科学背景（成矿作用作为火山系统的一部分），而历史遗留影响（灾害、扰动地面和潜在污染）可能使进入、安全、露头保存和修复选择复杂化。

**3.2 莫戈永–达蒂尔火山场（新墨西哥州）**

莫戈永–达蒂尔火山场是凝灰岩喷发高潮期的关键地点，在较大尺度上保存了高度可解读的破火山口形成流纹质火山记录。该火山场覆盖约40,000 km²，约36.5 Ma开始形成大型中-酸性火山，与圣胡安早期的科尼霍斯型火山大体类似。高精度地质年代学表明，在大约1.2 Myr期间（36.5–33.8 Ma），该火山场在多次破火山口形成事件中喷发了超过1300 km³的熔结凝灰岩。这一节奏与科罗拉多最强烈阶段相当，确立了莫戈永–达蒂尔作为科迪勒拉熔结凝灰岩省最快、最大量喷发中心之一的地位。主要破火山口包括伯瑟姆、莫戈永和吉拉崖居所破火山口，每个都产生了厚重的区域熔结凝灰岩席和复活特征。

主要熔结凝灰岩阶段之后，马格达莱纳放射状岩墙群（29–25 Ma）侵入了该区域。这些富钾镁铁质岩墙源自岩石圈地幔熔融体，从索科罗-马格达莱纳地区的中心向四周辐射，提供了喷发高潮期岩浆作用之后构造重组和地幔输入的证据。

就关键地貌而言，露头包括提供熔结凝灰岩地层学天然剖面的焊接熔结凝灰岩崖壁和峡谷横截面，以及使火山构造对地质遗产阐释清晰可辨的破火山口壁、穹隆和深切地貌。

莫戈永–达蒂尔长期作为理解熔结凝灰岩岩石成因、喷发高潮期节奏和破火山口聚集的参照地貌，在科迪勒拉弧-裂谷转换火山作用的综合研究中占有重要位置。与圣安本火山场一起，它提供了增强地质遗产阐释和管理经验超越单一省份可移植性的对比记录。

该区的矿田和关联工业遗产同样与火山-热液系统相联系，为同时作为荒野、生态和考古价值进行管理的地貌添加了文化景观层次。这造成了进入限制、安全和历史遗留灾害、阐释整合以及多机构治理之间的共存性紧张关系。

**4. 讨论**

**4.1 矿业遗产作为共存性要素**

莫戈永–达蒂尔和圣胡安的一个显著特征是存在由与流纹质岩浆作用成因关联的热液系统形成的矿床。在这些破火山口相关热液系统中，矿化常表现为浅成热液脉状矿床，局部为斑岩相关系统，强化了成矿作用是火山故事过程关联组成部分的认识。从保护角度看，矿业常被视为对遗产的威胁：尾矿、不稳定作业区和酸性排水可能破坏荒野、纪念地和国有森林旨在保护的地貌。然而在这些火山省中，矿业并非对地质遗产故事的威胁；它是与产生火山地貌的相同岩浆-热液过程不可分割地联系在一起的文要和工业层次。因此，矿井、选矿厂、铁路和营地是破火山口壁、熔结凝灰岩崖壁和复活结构之外-aside的遗产地貌组成部分，既具有阐释价值，也带有历史遗留风险。

沿破火山口环断层、塌陷结构和复活侵入体的热液循环将金属富集到脉体中，支撑了19世纪末的矿业繁荣。铅同位素研究表明，大量金属预算由循环流体从较老地壳源淋滤出来，然后向上聚焦到构造控制的脉体中。在圣胡安火山场，这种联系异常清晰：世界级矿田（如锡尔弗顿、尤赖、特勒莱德、克里德）发育于热液脉切割熔结凝灰岩和穹隆之处。因此，矿床并非火山故事的偶然附属品；它们是塑造熔结凝灰岩和破火山口的同一构造-岩浆结构的产物。

**4.2 保护地中地质遗产面临的风险**

两个火山场均位于大面积保护地内，但这些指定通常是基于生物多样性、游憩、文化资源和荒野特征的组合，而非明确为地质遗产。在此类背景下，地质遗产可能在无意中被管理不足，因为管理计划可能缺乏地质遗产清单、地质遗迹状况监测以及保护关键露头的明确触发机制。 visitor基础设施决策（道路、步道、观景台）、灾害管理和历史遗留矿点修复也可能在地质价值未被明确认可时意外破坏诊断性出露或降低可及性。因此，重要的火山和矿业相关特征可能存在于保护地内，但阐释薄弱、监测不一致且易受累积影响。这是共存性方法旨在解决的治理差距。

**4.3 管理启示**

共存性模板为保护地团队提供了可实施的管理功能，将悖论转化为实践。三项共同应用于两个火山场的启示包括：

联合清单与重要性框架：管理始于识别核心火山地质遗产属性（诊断性地貌、代表性沉积物、经典地点）和重要的矿业/工业遗产特征，并绘制其重叠区域。这减少了临时性决策，有助于将地质遗产优先事项与现有自然和文化资源项目对齐。

基于风险的区划与进入管理以保护阐释机会：矿井开口、不稳定蚀变地面、陡峭地形和偏远性造成安全约束，但封闭不必取消阐释。耐用的观景台、远距离观赏设计以及选择性的障碍物/标识可以在保护人员安全的同时保留关键露头并讲述火山-矿石关联故事。

兼顾地质遗产的修复：在需要采取行动的历史遗留影响区域（如酸性排水、尾矿不稳定性），修复可设计为在稳定灾害和污染物的同时，尽可能保存代表性露头和阐释清晰度。这避免了在仍满足环境和安全要求的情况下掩埋故事。

**4.4 强化途径**

这些火山省作为地质遗产具有国际意义，因为它们保存了大型流纹质火山系统结构（凝灰岩喷发高潮期沉积物、破火山口塌陷/复活和相关构造），既具有全球诊断性又高度可解读。因此，立即可行的途径是通过清单、阐释项目和明确的地质保护目标，在现有保护地框架内加强地质遗产认定。长期国际认可也可能是支持阐释、教育和社区参与的潜在途径，但需要符合此类倡议的标准步骤（明确的财产界定、边界划定、对比语境和治理/利益相关者安排）。