大興安嶺中段扎蘭屯地區(qū)中生代火山巖巖性巖相及火山活動(dòng)作用研究

摘 要：在前人研究的基礎(chǔ)上，通過野外地質(zhì)剖面的觀察和測制、室內(nèi)薄片鑒定等工作，對大興安嶺中段扎蘭屯地區(qū)中生代火山巖巖性巖相及其火山活動(dòng)進(jìn)行研究。結(jié)果表明：扎蘭屯地區(qū)中生代火山巖巖性主要以酸性-中基性為主，火山活動(dòng)活躍，總體劃分為三個(gè)階段，巖相主要以爆發(fā)相為主，溢流相次之。火山爆發(fā)方式主要為普林尼式。

關(guān)鍵詞：火山巖；中生代；巖性巖相；火山活動(dòng)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

中國東北地區(qū)中生代火山巖構(gòu)成規(guī)模宏大的火山巖帶，其分布延伸到蒙古和俄羅斯境內(nèi)，是東亞大陸邊緣巨型火山巖帶的重要組成部分；其中，大興安嶺火山巖帶是中生代火山巖集中分布區(qū)。近年來，大興安嶺地區(qū)中生代火山地質(zhì)調(diào)查、火山巖年代學(xué)與成因?qū)W研究等，已經(jīng)取得了大量的成果，基本建立了區(qū)域中生代火山巖地層的時(shí)空格架；相對而言，位于大興安嶺中部的扎蘭屯地區(qū)則研究相對薄弱，尤其是中生代火山巖性巖相的研究還不甚清楚。

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古東部與黑龍江省交界處，東南部隸屬于黑龍江省齊齊哈爾市，西北部隸屬于內(nèi)蒙古自治區(qū)扎蘭屯市，主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)有成吉思汗鎮(zhèn)、中興鄉(xiāng)等。地處大興安嶺中段東坡，山脈總體呈NNE向延伸，地勢較低，相對高度一般在200～600米之間，為中低山區(qū)，相對高差不大。總的地勢為西北高南東低。由于地勢的這一特點(diǎn)，西北部基巖出露較好，東南部多為第四系或農(nóng)田覆蓋。

2 扎蘭屯地區(qū)中生代火山巖巖性巖相特征

扎蘭屯地區(qū)火山巖露頭較差，普遍缺乏連續(xù)的地層出露。為了查明本區(qū)火山地層的巖性巖相特征，經(jīng)比較后選擇了三條火山巖基本連續(xù)出露、巖性巖相齊全、基本能代表各自火山地層組的地質(zhì)路線，編制了三條實(shí)測剖面，進(jìn)行詳細(xì)的火山巖巖性巖相學(xué)研究。

實(shí)測剖面介紹：

（1）蒙古屯梅勒圖組實(shí)測剖面（PM211）

研究區(qū)梅勒圖組分布范圍較小，主要出露于研究區(qū)東北部的大河灣鎮(zhèn)以北地區(qū)，另外在徐地營子、保安屯等處也零星出露。主要巖石類型有灰黑色、灰紫色玄武巖、玄武安山巖，斑狀結(jié)構(gòu)，氣孔狀構(gòu)造，斑晶由斜長石和角閃石組成，含量較少（5%），基質(zhì)為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。

在大河灣蒙古屯西山實(shí)測了梅勒圖組（K1m）的火山機(jī)構(gòu)剖面（PM211），走向北東23°，露頭較差，為一相對高度為100m的山丘，表現(xiàn)為三級階地。剖面起點(diǎn)為下伏瑪尼圖組安山巖，終點(diǎn)被第四系覆蓋，發(fā)現(xiàn)有安山巖野出露，推測為龍江組安山巖。剖面可根據(jù)巖性巖相劃分為7層，在室內(nèi)按照地層層序和巖石組合特征由下而上將其劃分為4層。該火山機(jī)構(gòu)地層厚度>149.3m，火山口南西側(cè)剖面巖石出露較好，可代表該火山機(jī)構(gòu)剖面的巖性巖相，至上而下為：

-------- 未見頂 --------

4灰黑色玄武巖安山巖 44.3m

3灰黑色玄武巖 14.8m

2灰黑色玄武安山巖 54.5m

1灰褐色玄武巖 36.3m

～～～～～～～ 噴發(fā)不整合 ～～～～～～～

下伏地層：白音高老組英安巖

該火山機(jī)構(gòu)呈現(xiàn)中心式噴發(fā)，以溢流相玄武巖為主，共可分四個(gè)噴發(fā)期次，第一次噴發(fā)強(qiáng)度較大，形成灰褐色玄武巖，形成一級臺(tái)地；第二次噴發(fā)形成灰黑色玄武安山巖，構(gòu)成第二級臺(tái)地；第三次噴發(fā)強(qiáng)度較弱，形成灰黑色玄武巖，厚度較薄；第四次噴發(fā)主要巖性是灰黑色玄武安山巖，地貌上構(gòu)成小山頂，沿裂隙還有少量基性巖脈侵入。扎蘭屯地區(qū)甘河組分布范圍小，大部分以小山包的形式出現(xiàn)，火山巖相表現(xiàn)為溢流相，巖性主要以玄武巖、玄武安山巖為主，局部地區(qū)可見杏仁、氣孔狀玄武巖（圖2）。

研究區(qū)白音高老組分布廣泛，巖石類型有：灰白色、灰褐色流紋巖，斑狀、球粒結(jié)構(gòu)（圖3），流紋構(gòu)造，風(fēng)化較嚴(yán)重，易碎，新鮮面灰白色，風(fēng)化面褐色，斑晶由石英、鉀長石和斜長石組成（含量分別為7%、4%、5%），基質(zhì)為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)；流紋質(zhì)含角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r，灰色、褐灰色，凝灰結(jié)構(gòu)，火山碎屑物含量約70-80%（其中達(dá)礫級含量占6-8%），主要由晶屑、巖屑組成，晶屑占70-80%，由石英、堿性長石、斜長石及黑云母組成，其中石英約占25-30%，堿性長石約占40-45%，斜長石約占20%，黑云母約占5%；巖屑粒徑較大，一般為0.5-2.5mm，最大達(dá)10mm，巖性較復(fù)雜，有微粒凝灰?guī)r、石英巖、細(xì)晶巖等；膠結(jié)物主要由極微細(xì)凝灰質(zhì)組成；灰褐色流紋質(zhì)含角礫晶屑凝灰熔巖，凝灰熔巖結(jié)構(gòu)，由火山角礫、火山灰和熔巖膠結(jié)物組成，含量分別為5%、35%、60%；火山角礫粒度為2-5mm，呈棱角狀；凝灰質(zhì)碎屑主要為晶屑；斑晶占熔巖的35%，主要由堿性長石、斜長石和石英組成。白音高老組地層上部主要由熔巖、流紋質(zhì)火山碎屑巖和沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖組成；下部主要為含砂礫巖、礫巖和粉砂巖。

在大河灣大黑山實(shí)測了白音高老組（K1b）火山機(jī)構(gòu)剖面（PM213），剖面走向南東146°，因莊稼植被覆蓋嚴(yán)重，露頭較差而不連續(xù)。剖面地層共分為20層，在室內(nèi)按照地層層序和巖石組合特征將其合并為7層。該地層厚度>520.8m，由于火山口兩側(cè)巖性組合基本相似，且南東側(cè)剖面出露情況較好，因此以其為代表進(jìn)行描述。地層層序自上而下為：

上覆地層：梅勒圖組（K1g）玄武巖、玄武安山巖

～～～～～～～ 噴發(fā)不整合 ～～～～～～～

7灰白色流紋質(zhì)凝灰?guī)r 85.1m

6灰白色流紋巖質(zhì)角礫熔巖 78.0m

5灰白色流紋巖 108.3m

4灰綠色流紋質(zhì)含角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r 7.6m

3灰白色流紋巖 39.8m

2灰色流紋質(zhì)角礫巖 71.5m

1流紋質(zhì)集塊角礫巖 80.5m

------------- 整 合 ------------

下伏地層：瑪尼圖組（K1l）安山巖、安山質(zhì)火山碎屑巖

綜上所述，大黑山白音高老組（K1b）火山機(jī)構(gòu)主要巖石類型有灰白色流紋巖、灰白色角礫凝灰?guī)r、灰綠色流紋質(zhì)含角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r、灰紫色流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，灰白色集塊角礫巖。根據(jù)巖性巖相關(guān)系，將灰白色含角礫集塊巖所處位置確定為古火山口，火山口中心產(chǎn)狀近直立，兩側(cè)巖石產(chǎn)狀逐漸變緩，傾角介于60°-75°，向內(nèi)傾斜。火山通道附近出現(xiàn)灰紫色流紋巖，流面清晰，石英晶洞較發(fā)育，大小不一，5mm-10mm居多，可見次火山巖相的流紋斑巖侵入。由外圍向火山通道，火山碎屑巖的碎屑粒徑逐漸變大，其中含角礫集塊巖的個(gè)別集塊可達(dá)0.5m，凝灰質(zhì)膠結(jié)。

由上可以看出：該火山機(jī)構(gòu)以酸性巖漿爆發(fā)與溢流交替進(jìn)行為特征，巖石顏色以灰白色、灰綠色、灰紫色為主。早期主要經(jīng)歷了酸性巖漿的強(qiáng)烈爆發(fā)，在近火口和火口外圍形成爆發(fā)相流紋質(zhì)角礫熔巖、火山碎屑流相流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r和降落相的流紋質(zhì)含角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r；中期在火口外圍有短時(shí)的流紋巖溢流，和早期噴發(fā)并未見明顯的噴發(fā)間斷，而基本上是連續(xù)的火山活動(dòng)，說明它們噴發(fā)的時(shí)間間隔不長，鑒于當(dāng)時(shí)整個(gè)東北地區(qū)的區(qū)域火山活動(dòng)猛烈而頻繁，且繼普林尼式爆發(fā)之后，常因大量揮發(fā)份的逸出而轉(zhuǎn)為較平靜的溢流式噴發(fā)（邢光福等，2007），這套流紋巖也有可能繼是普林尼式爆發(fā)性噴發(fā)后的溢流式噴發(fā)產(chǎn)物；晚期又出現(xiàn)了酸性巖漿的強(qiáng)烈爆發(fā)，形成具有壓結(jié)作用的火山通道相的流紋質(zhì)角礫巖，且伴有爆發(fā)崩塌相凝灰質(zhì)膠結(jié)的流紋質(zhì)集塊角礫巖，主要集中于火口中心處。火山機(jī)構(gòu)內(nèi)爆發(fā)相和溢流相交替進(jìn)行，爆發(fā)相相對發(fā)育，近火口處有大量的熔巖和火山角礫巖，巖層傾角相對較陡，總體傾向火口，傾角介于60°-75°；遠(yuǎn)離火口主要是流紋質(zhì)凝灰?guī)r，巖層傾角總體逐漸變小，傾角介于30°-39°，總體反映了該火山機(jī)構(gòu)具有層狀火山特征。

（3）內(nèi)蒙古扎蘭屯市徐地營子沙里溝瑪尼圖組實(shí)測剖面（PM214）

研究區(qū)瑪尼圖組出露面積較大，受后期的構(gòu)造改造影響形成寬緩的向背斜構(gòu)造，在古里金-達(dá) 爾民族鄉(xiāng)以西，龍江組地層主要向北西西向傾斜，古里金-達(dá) 爾民族鄉(xiāng)以南龍江組地層向南東東方向傾斜，在團(tuán)結(jié)村-半砬山一帶地層產(chǎn)狀較不穩(wěn)定，顯示受到較強(qiáng)構(gòu)造改造作用。巖石類型為凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖為主，在大河灣、綠色林場周邊分布大量紫紅色安山巖，在成吉思汗譯站、大水泉村、姜家圍子附近有少量礫巖出露，該礫巖具有山前快速堆積特征，可能是盆地形成初期瑪尼圖組的底部。在陶家窩棚瑪尼圖組沉火山碎屑巖被上覆白音高老組流紋巖整覆蓋，在高臺(tái)子附近白音高老期次流紋巖侵入瑪尼圖組凝灰質(zhì)砂巖內(nèi)部，在大河灣鎮(zhèn)附近灰紫色安山巖覆蓋于凝灰質(zhì)砂巖上面。

該剖面位于內(nèi)蒙古扎蘭屯市徐地營子大北溝村西山。巖石類型主要是凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r、灰紫色凝灰質(zhì)復(fù)成分礫巖、流紋巖、安山巖等，剖面兩端均被第四紀(jì)覆蓋，未見其與其它地質(zhì)體直接接觸關(guān)系。剖面地層共分為20層，在室內(nèi)按照地層層序和巖石組合特征將其合并為18層。該地層厚度>1344.44m，地層層序自上而下為

上覆地層：白音高老組（K1b）流紋巖、流紋質(zhì)凝灰?guī)r

～～～～～～～ 整合 ～～～～～～～

18紫色火山角礫巖 12.75m

17灰綠色凝灰?guī)r 12.66m

16黃綠色含礫砂巖 59.33m

15黃綠色角礫凝灰?guī)r 57.6m

14灰綠色火山角礫巖 26.59m

13黃色凝灰質(zhì)細(xì)砂巖，內(nèi)部發(fā)現(xiàn)植物根莖化石 41.27m

12淡黃色凝灰質(zhì)粉砂巖 122.71m

11黃綠色角礫凝灰?guī)r 111.97m

10淡黃色凝灰質(zhì)礫巖 268.52m

9灰綠色凝灰質(zhì)砂巖 107.21m

8灰白色凝灰?guī)r 66.55m

7淡黃色含礫凝灰質(zhì)砂巖 81.11m

6灰綠色流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r 156.72m

5灰白色凝灰質(zhì)砂巖 46.5m

4流紋質(zhì)凝灰?guī)r 94.76m

3灰白色流紋巖 28.64m

2灰白色含礫晶屑凝灰?guī)r 20.41m

1灰白色凝灰?guī)r 30.11m

～～～～～～～ 未見底 ～～～～～～～

由上可知：剖面中未見到有火山頸相等巖石，且?guī)r石產(chǎn)狀穩(wěn)定，均向北西西方向傾斜，說明剖面所在位置沒有火山機(jī)構(gòu)存在，表現(xiàn)為以接受穩(wěn)定的凝灰質(zhì)砂巖、含礫凝灰質(zhì)砂巖、含礫砂巖等陸源碎屑物及爆發(fā)空落相凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r、火山角礫巖沉積為主，剖面中出露的的溢流相火山巖可能為其它地方火山爆發(fā)流到此處，或被噴射到此處形成爆發(fā)相內(nèi)部的溢流相透鏡體。

根據(jù)其巖石組合特征初步判定其據(jù)有湖盆沉積的特征：巖石內(nèi)部含有普遍含有具有一定磨圓程度的礫石及陸源碎屑物質(zhì)，顯示其在形成過程中有水動(dòng)力環(huán)境的加入，同時(shí)剖面中存在較厚的凝灰質(zhì)砂巖也進(jìn)一步證明上述分析的正確性；剖面中地層產(chǎn)狀較穩(wěn)定，平行層理發(fā)育，顯示其形成于相對靜水環(huán)境；內(nèi)部含有陸相似木賊植物化石，顯示其形成于湖沼環(huán)境。

3 扎蘭屯地區(qū)晚中生代火山活動(dòng)作用分析

根據(jù)上述各地層代表性實(shí)測剖面的巖性巖相特征，可以將本區(qū)火山作用過程劃分為三個(gè)階段，現(xiàn)由早到晚分別敘述之：

第一階段：早白堊世早期本區(qū)發(fā)生第一期強(qiáng)烈的普林尼式火山爆發(fā)。依據(jù)實(shí)測剖面（PM214）查明的龍江組地層層序及其巖石組合類型，將第一階段劃分為三期：前期火山活動(dòng)劇烈，主要形成爆發(fā)空落相凝灰?guī)r和角礫凝灰?guī)r，這一巖石組合是本區(qū)龍江組火山巖系的主要巖石類型，而本區(qū)也未發(fā)現(xiàn)有與火山口有關(guān)的巖石，說明第一階段前期本區(qū)主要接受火山碎屑物的沉積；中期，本區(qū)進(jìn)入平靜期，以接受穩(wěn)定的陸源碎屑物為主，形成瑪尼圖組地層中段的凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)含砂礫巖；本階段后期火山活動(dòng)再次爆發(fā)，形成瑪尼圖組上部的含角礫凝灰?guī)r和火山角礫巖，之后進(jìn)入平靜期。

第二階段：繼第一階段平靜期之后，本區(qū)進(jìn)入了了第二次火山爆發(fā)，此次火山噴發(fā)主要表現(xiàn)為普林尼式爆發(fā)與平靜溢流交替進(jìn)行，形成了光華組碎屑流相熔結(jié)凝灰?guī)r、爆發(fā)相流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r和溢流相流紋巖，本階段火山活動(dòng)的結(jié)束標(biāo)志著本區(qū)火山活動(dòng)高潮期的結(jié)束。

第三階段：本區(qū)最后一期火山活動(dòng)，火山噴發(fā)作用逐漸減弱，主要形成溢流相玄武巖、玄武安山巖、杏仁玄武巖，梅勒圖期火山活動(dòng)的結(jié)束，標(biāo)志著本區(qū)火山活動(dòng)的終止。

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