火山岩岩筒

火山石有什么好处~

火山石1

火山岩相的研究，对于恢复古火山结构，重建地质作用历史，提高火山岩区的地质制图的质量，促进火山岩区的找矿勘探工作，都有一定的理论和实际意义。
首先根据火山岩形成的环境，分为海相与陆相火山岩，主要区别如下：
1）陆相火山岩与下伏岩层常呈喷发不整合接触，风化壳发育，而海相者常与下伏地层整合接触，风化壳不发育；
2）陆相火山岩与陆相动物及淡水植物共生，而海相者与海相咸水生物共生；
3）陆相熔岩成分变化大（基—酸性皆有），常见红色氧化顶，柱状节理发育，而海相熔岩成分变化小（基性为主），常见枕状构造，中空骸晶发育，呈灰、淡绿、淡黄等颜色；

图3-13 火山岩相示意图

4）陆相火山碎屑物在水平方向上粒度变化明显，常见火山弹、火山泥球、熔结凝灰岩、泥流角砾岩；而海相火山碎屑物在垂直方向上密度变化明显，常见熔岩遇水淬碎的玻屑等。
火山岩相的进一步划分，以全部火山活动产物的产出形态及岩石特征来划分。不仅包括喷出的各种火山岩，也包括火山颈、次火山、火山沉积岩等与火山活动有关的岩石，这样才能全面反映火山作用在特定地质条件下所形成的地质体，才能概括火山岩的基本组成部分。以中心式火山喷发为例，大致可分为以下几个相（图3-13及表3-2）。

表3-2 火山岩相的主要特征

1）溢流相：喷溢的岩浆往往粘度小，易于流动，形成熔岩，其成分从超基性到酸性皆有，但以基性者最发育。它可在火山作用各阶段形成，但常见的是尾随强烈喷发之后。
2）爆发相：由火山强烈爆发形成的火山碎屑在地表堆积而成。组成爆发相岩石的岩性复杂，以基性至酸性、碱性都有，但含挥发分多、粘度大的中、酸性和碱性岩浆更有利于爆发相岩石的形成，爆发相岩石由集块岩、火山角砾岩、凝灰岩等组成。一般来说，粗火山碎屑分布于火山口附近，而细火山碎屑可远离火山口形成大面积分布。爆发相形成于火山作用不同阶段，但以火山喷发早期及高潮阶段最发育。
3）侵出相：主要为粘度大、不易流动的酸性和碱性岩浆，在气体大量释放后，从火山口向外推挤出地表，堆积于火山颈之上部，形成直径小、厚度大、产状陡的熔岩穹，在熔岩穹的周围常有自碎角砾岩化的集块熔岩或角确熔岩，成分以中酸性、碱性常见，多形成在喷发后期，特别是在猛烈喷发以后形成。
4）火山颈相：是火山锥被剥蚀后残存的具充填物的火山通道，也称岩颈、岩筒等，其横切面多近圆形，产状陡立，其上部一般直径较大，向深处缩小，上部喇叭状，中部筒状，下部墙状，充填物多为火山碎屑岩、熔岩、碎屑熔岩、熔结火山碎屑岩等。

图3-14 安徽当涂大山古火山岩相地质图

1—侵出-喷溢岩相；2—近火山口爆发碎屑相；3—近火山口喷发沉积相；4—次火山岩相；5—火山通道相；6—粗面岩；7—粗安岩；8—英安岩；9—安山岩；10—石英闪长斑岩；11—岩层产状；12～14—断层；15—角闪石流线测点；16—缓倾俯流线（＜30°）；17—陡倾俯流线（＞50°）；18—陡缓倾俯流线（30°～50°）。简化极式图中流线倾角自外向内分出0～30°、30～60°、60～90°三个区间，图内黑斑点表示流线倾俯密集部分
5）次火山相：是与火山岩同源的、呈侵入产状的岩体，它与喷出岩同时但稍晚，同空间但分布范围较大，同外貌但结晶程度较好、具侵入岩的产状，同成分但变化范围及碱度较大。它的侵入深度约为0.5～1.5km，一般不超过3km，由浅到深，岩石的结构构造，某些矿物的有序度，从近似火山岩变到近似浅成岩。次火山相岩可形成于火山作用各阶段，但主要形成于晚期阶段。
6）火山沉积岩：该相岩石几乎在火山作用全过程中都可形成，但以火山喷发的低潮—间歇期最为发育，是火山喷发叠加沉积作用的产物，由喷出岩、沉积火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩、沉积岩系组成。可形成于陆地也可形成于海中，多分布在离火山口较远的地方。
年轻的火山岩区，常见喷出相及火山沉积相，易于判别；而古老火山岩区，火山机构多已遭剥蚀破坏，使火山颈相及次火山相被剥露，喷出相与火山颈相、次火山相常分辨不清，因此，古老火山岩区岩相的相分，应在搞清岩体的分布、产状、原生构造、岩性基础上，在剖面图、地质图、岩性图编制后，进行综合分析，才能作出比较正确的判断。如在宁芜地区的大山古火山，由于剥蚀深，岩相的划分主要是根据岩性和原生构造等分析确定，大山古火山的熔岩穹由角闪粗面安山岩组成，角闪石具明显的定向排列，其倾角可分3个区间，即0°～30°，30°～60°，60°～90°。然后根据陡倾斜与缓倾斜的界线，作为火山通道与管外溢出地表部分熔岩过渡的渐变界线，从而恢复火山管道的形态是向北延伸的椭圆形，呈向南倾伏的筒状（图3-14）。
小结
介绍了侵入岩与喷出岩的野外产状及相的概念以及形成阶段。
复习思考题
1.岩床、岩盖、岩盆除在形态上不同以外还有什么区别？
2.岩墙与岩脉、岩基与岩株有何不同？
3.概述基性岩浆与酸性岩浆，中心式喷发与裂隙式喷发都分别形成哪些产状？
4.岩浆岩的产状对结构、构造有何影响？

如前所述，本研究区环形的火山机构发育，持续演化时间长，岩浆来源深，因此，在火山岩岩筒中寻找深源岩浆，特别是幔源岩浆的岩石对直接了解地幔组成和当时的构造背景是十分有意义的。课题研究期间曾在林西县西北的同兴乡大乃林沟和喀喇沁旗锦山西的龙潭西沟先后发现过两个由早白垩世地幔岩直接充填的火山颈。分别陈述如下。

1.大乃林沟火山岩筒

林西地区刘家营子幅1：20万地质矿产报告中曾报道了乃林沟含毒砂的铅锌矿点，经过槽探揭露评价，确定该矿床矿石质量好，且含可供利用的钴及其他稀有元素，但规模较小，为小型工业矿床。作者实地考察看到该矿与火山机构有关。

本区在地貌上呈现为一突出的环形火山口，火山口内径100m±，火山颈由晚侏罗世白音高老组的次火山岩组成，包括流纹斑岩、粗面岩、英安岩以及大量的熔结凝灰角砾岩。在火山颈内发育数条晚期的角闪岩脉，NE40°走向，长50～150m，宽5～30m不等。在岩脉边部可见被角闪岩胶结的火山角砾，而角闪岩脉大部分又碎裂成不规则团块状，团块之间没有明显位移。沿着这些团块边裂缝可以看到含毒砂及Cu、Pb、Zn等金属硫化物的热液细脉。经角闪岩脉的角闪石单矿物K-Ar稀释法年龄测定为138.6±3Ma。根据林东县洞山子玛尼吐组安山岩年龄142Ma推测，最初由白音高老组火山岩充填的大乃林沟火山岩筒形成时间应该在140Ma±。

上述事实可以反演这样一个地质过程，即晚侏罗世末期火山喷发形成的火山口，由于火山喷发后的余震，致使火山颈内部的次火山岩再次破碎成角砾。在酸性火山喷发之后，经过一段时间间隔，在早白垩世初沿着火山通道有幔源的、高温的角闪岩岩浆侵位，在地表呈脉状产出，从岩脉宽度看，当时处于伸展开放的环境，地壳仍不稳定，滞后的火山喷气作用致使角闪岩脉碎裂，成为隐爆角砾岩（图版Ⅲ-2）。伴随火山喷气有中低温的热液活动，携带As、Co、Cu、Pb、Zn等多种矿物成分的硅质流体和围岩发生交代作用，沿着隐爆角砾岩的裂隙面及空洞形成细脉、细脉浸染状、皮壳状、晶洞等多种的矿石结构构造，蚀变以硅化为主，还有绿泥石化、绿帘石化。

在大乃林沟附近，还发现有含Be、Nb、Ta的绿柱石矿，以及高温矽卡岩Fe矿。结合上述隐爆角砾岩裂隙中所含的毒砂及Cu、Pb、Zn等金属硫化物矿床分析，它们标志了该区晚侏罗世—早白垩世火山活动强烈，火山热液成矿是大兴安岭一种不可忽视的成矿方式。

大乃林沟角闪岩的SiO₂含量为38%，属于超基性岩，富铁，TFeO含量达33%，MnO含量为0.55%，挥发分也比较高（2.4%）。按其岩性特征，应归为深成的侵入岩，但考虑到形成背景以及它们与火山岩的关系，将这种特殊产状的隐爆角砾岩，置于火山岩部分陈述。

如何看待这套具一定规模的角闪岩与酸性火山岩的成因联系，有必要将它们的岩石学及地球化学特征放在一起进行比较（表5-6）。

表5-6 大乃林沟火山口中的三种岩石主元素（w_B/%）和微量元素（w_B/10^-6）的对比

注：数据在中国科学院地质地球物理研究所ICP-MS实验室分析。

出现在乃林沟火山口中的酸性和超基性两类岩石在全岩成分上差异十分明显，这是不相干的两期岩浆活动还是有成因联系的岩浆产物？稀土配分型式的相似（图5-11）显示了这两种岩浆的源区是一致的，不属前者。如果是后者，究竟是岩浆分异还是岩浆不混熔的产物？以下几点事实表明不是岩浆分异形成的：①如果是岩浆分异，应该基性岩浆形成在前，但乃林沟是角闪岩胶结了酸性火山岩角砾，表明基性岩形成在后；②δEu值的接近，显示它们之间不存在结晶分异的问题；③角闪岩含铁量之高，不是一般岩浆分异能解释的。因此，作者们采用岩浆不混熔的观点来解释这两种岩石的成因。角闪岩虽然低硅，却也低镁，不可能是幔源岩浆的衍生物。有人曾通过实验岩石学的手段讨论过岩浆的液相不混熔作用，通过对K₂O-FeO-Al₂O₃-SiO₂体系的研究表明，在一定的条件下共存的两个不混熔相，一是偏酸性的富硅熔体，另一为偏基性富铁熔体，这一实验模拟了自然界广泛存在的不混熔作用（Wathon，1976）。

图5-11 乃林沟火山口中乃林沟火山口中稀土配分型式

这种不混熔作用发生在地壳深部的岩浆房中，在一个相对稳定的环境中，有足够的时间完成岩浆的分离，同时要有一个相对开放的构造背景，使得这些深源岩浆，特别是后期密度大的超基性岩浆，上升到地表。因此，从构造角度看，大乃林沟这一系列岩石的形成反映了晚侏罗世末—早白垩世初伸展构造的机制。

2.黑龙潭火山口

喀喇沁旗锦山镇西25km，顺着黑龙潭村东的山沟向南上山，可以看到沟壁黑褐色的风化岩石中平行沟壁直立产出的金云母，顺沟上山约200m，金云母的产状变平，明显见到这套岩石贯穿在周围的义县组一段的玄武岩中，从玄武岩翻卷的、叠覆的产状看，黑色的含金云母的基性火山岩是顺着早先的火山口上涌并充填于火山颈的（图5-12，图版Ⅲ-3）。从初步调查来看，这套含金云母的基性火山岩出露面积至少有1～2km²，岩石成分也比较均一。在火山颈中一些新鲜的露头上，可见该火山岩呈自碎的隐爆角砾状，风化面上类似龟壳（图版Ⅲ-4），岩石硬度、密度都比较大，在一些岩石裂缝中可见1.5mm的钙质薄壳。在火山口周围可以找到被火山喷发带上来的下伏侏罗系的中酸性火山角砾，成分各异，散落在义县组玄武岩之上。可以推断，在这套含金云母的基性火山岩上涌之前，有过一次小规模的喷发作用，可能与这套火山岩富含挥发分气体有关。而含金云母的火山岩本身并未构成大面积的喷溢。

从野外产状上看，这是火山通道相或火口相的熔岩及隐爆角砾岩。从镜下观察看，具有典型的煌斑结构和煌斑岩常见的球状构造。结合特征矿物组合金云母、辉石、橄榄石、角闪石、玻璃质以及挥发分和H₂O含量高（6.8%～8.3%）的特点，将其定名为玻基橄辉云煌岩。

图5-12 黑龙潭火山口及周围火山盆地的地质简图

（据小牛群幅1：5万地质图缩编）

1—早白垩世上叠的火山岩盆地；2—晚侏罗世火山岩；3—断裂及推测断裂；4—火山机构；5—火山通道

玻基橄辉云煌岩与周围被火山颈贯穿的义县组一段的碱性橄榄玄武岩的同位素年龄分别是124Ma和139Ma（邵济安等，2003a），它们的稀土配分型式一致（图5-8中Ls2、Ls4、Ls6），表明它们岩浆来源的同源性。从玻基橄辉云煌岩的元素组成来看，它们富集与幔源矿物（橄榄石、辉石、磷灰石）有关的Cr、Ni、Mg、Fe、P等元素，反映了火山岩岩浆来自地幔。玻基橄辉云煌岩含大量金云母和磷灰石（图版Ⅲ-5），因此K₂O高，Sr、Ba也异常高；相对原始地幔Mg′值比较低；稀土分布型式呈LREE富集型，这些都表明地幔经过明显的交代作用。有意义的是，在Ta/Yb-Ce/Yb图解中（Pearce，1982），本文讨论的喀喇沁黑龙潭的橄辉云煌岩与河北的崇礼、赤城、丰宁，辽西阜新、义县以及吉林通化地区的早白垩世120～130Ma的火山岩都落入同一条趋势线上，显示了岩浆来自碱度高的富集源区（图5-13a）。在Th/Yb-Ta/Yb图解中（Pearce，1983）（图5-13b），上述区域的玄武岩样品在洋岛玄武岩端元（OIB）之上，位于SHO（钾玄岩）线附近，说明来自富集地幔源区，可能存在与古老陆壳物质的混染作用。橄榄石中原生幔源流体的原形包裹体保存完好，均呈规则的圆形，未被变形，大多为气液两相包裹体（图版Ⅲ6），甚至还有部分含子晶矿物的三相包裹体，这些流体包裹体成分包括CO₂、CO、H₂O、N₂、H₂S、SO₂、芳香族碳氢化合物及少量络阴离子团。作者围绕着以分子水形式存在的H₂O、以晶态和非晶态形式存在的磷酸盐开展了初步研究，对岩浆和流体的幔源特征进行了探讨（邵济安等，2000a，2000b，2000c）。此外由于玻基橄辉云煌岩含有大量的挥发分，岩浆上升速度比较快，形成玻基结构，而且岩浆在上升过程中受到陆壳混染的可能性很小，与古老陆壳物质的混染作用主要发生在岩浆源区。

图5-13 Ta/Yb-Ce/Yb图解（a）和Th/Yb-Ta/Yb图解（b）

（据Pearce，1982）

从橄辉云煌岩的锶、钕同位素分析数据来看（详见后文），I_Sr=0.7070～0.7068；ε_Nd（t）=-13.7，同样也显示富集地幔的源区特征，I_Sr值之所以高，与样品含金云母有关。它们可以与东非裂谷来源于富集地幔（Vollmer et al.，1983）岩石类比，东非裂谷富钾超基性熔岩的I_Sr值范围是0.7035～0.7080，含长熔岩（碧玄岩、钾玄岩）的I_Sr值范围是0.7055～0.7095（Carmichacl I S E.，1974）。总之，黑龙潭火山机构的橄辉云煌岩是幔源岩浆的通道，为了解华北北缘中生代岩石圈地幔组成和活动提供了一个窗口。

3.从火山口中得到的构造演化信息

综合黑龙潭两个中生代的火山口的研究，可以得到以下几点启示：

1）大乃林沟火山口是140Ma±形成的，黑龙潭火山口是120Ma形成的，这是两个非常重要的地质时期。前者的岩浆来源于中下地壳，是岩浆不混熔作用的产物；后者直接来源于富集的上地幔，基本未受到地壳的混染作用。尽管有这些区别，但是火山口作为一个探视深部的窗口，保留了这两次热事件的大量宝贵信息，从140Ma±到120Ma岩浆来源的深度不断加大。

2）大量火山活动和发育的环状火山机制表明研究区晚中生代存在一个开放性的伸展构造背景，而且该热体制持续了相当长的一段时间。

3）大兴安岭的成矿作用，不论是直接与火山活动有关还是与火山期后热液活动有关，都与上述伸展的构造背景有关。

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