火山地熱演變經過探討范文
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作者：王向蘭胥迎紅單位：有色金屬礦產地質調查中心中色金地資源科技有限公司
破火山巖性巖相特征
破火山機構地層主要為侏羅系滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組和梅勒圖組。其中，滿克頭鄂博組與瑪尼吐組粗面英安巖、鈉閃堿流巖、鉀質流紋巖以溢流相為主，白音高老組根據巖性組合可進一步劃分為2個巖性段:一段主要為火山碎屑流相的角礫熔結凝灰巖，白音高老組二段為破火口湖沉積相，呈環狀分布于太仆寺旗破火山外圍，破火山中心有花崗斑巖占據，石英安粗巖呈半環狀沿環狀斷裂發育。
巖相分析對確定火山噴發類型、恢復古火山面貌、推演火山作用過程是十分重要的。通過對研究區內的巖性巖相(圖1)分析總結，太仆寺旗破火山的巖相以破火山口為中心，兩側大致呈對稱分布。破火山中心主要為火山根部侵入體的花崗斑巖占據，但花崗斑巖的出露面積不大，總體上看，花崗斑巖產狀比較陡傾。花崗斑巖的頂部發育少量的侵出相泡沫熔巖，從地貌上看到，泡沫熔巖形成的比較高聳的山峰，說明泡沫熔巖的巖漿粘度很大，幾乎以半凝固狀態被擠出形成。破火山口內噴發沉積相殘留很少，主要分布在上胡氈房一帶，主要為破火山口湖沉積作用形成。破火山口外圍兩側的巖相和環狀斷裂分布大致對稱，巖相以火山碎屑巖相為主，另外有少量溢流相、侵出相、潛火山相，主要分布在側火山口及斷裂部位。從整體上看，爆發相主要分布在破火山口的外圍，主要受破火山爆發模式和強度以及破火山口的塌陷控制，破火山口內殘留少量的滯后角礫巖相多遭后期構造破壞而消失。另外，溢流相和侵出相主要分布在破火山邊緣，嚴格受破火山外環斷裂控制，是破火山整體塌陷后形成的，它主要是側火山的產物。
破火山的演化過程
太仆寺旗破火山的規模較大，但是其活動過程比較簡單。根據對其巖性巖相、火山構造和火山地層的研究，認為破火山的形成主要經歷了4個階段:
(1)破火山初始爆發階段，形成普林尼噴發柱降落堆積相(圖2a);大規模爆發階段，噴發柱崩塌形成火山碎屑流(圖2b)。
(2)巖漿房抽空，破火山塌陷形成破火山口洼地(圖2c);破火山口湖形成，破火山口內開始侵蝕、沉積(圖2d)。
(3)而后破火山整體塌陷，外環斷裂形成，側火山開始噴發(圖2e)。
(4)破火山復活，中央高位巖漿房巖漿上升，形成中央侵出、侵入穹隆，破火山活動終止(圖2f)。
(5)最后破火山又遭受了長期的構造破壞與剝蝕而形成了現有地貌。
1爆發階段
1．1爆發過程
破火山在最初階段經歷了一個規模和能量都非常巨大的爆發，從火山碎屑巖類型和堆積相序方面分析研究，表明該爆發是一次普林尼式爆發。根據對爆發過程及火山碎屑物堆積定位的研究，把這次爆發分為3個階段(圖3):
(1)火山初始爆發，規模較小，形成的普林尼式噴發柱沒有發生垮塌，主要形成噴發柱(射)空落堆積相。該堆積相是富含揮發份的巖漿爆發產物，巖漿的碎屑化程度很高，但由于大氣體和細碎屑的存在，噴發柱密度很小，故不能形成碎屑流，火山碎屑由噴發柱氣流攜帶上升到擴散區后沿水平運移擴散，并在自身重力作用下分散降落堆積，形成爆發空落相流紋質凝灰巖。
(2)大規模的爆發形成了巨大的噴發柱，這也標志著火山噴發的高潮。噴發柱到一定高度時，由于上沖力與重力平衡以及噴發速度、氣體含量和火山直徑的變化等，使噴發柱發生塌落，向四周泛溢而形成浮巖流。浮巖流沿火山斜坡或低洼地帶流動運移定位后形成浮巖流堆積相。浮巖流運移過程中，其內部發生了很強的去氣作用，使部分氣體攜帶小顆粒的碎屑物質向上逃逸出碎屑流。在火山碎屑流堆積相定位的后期，由于在碎屑流的內部存在的去氣作用，在碎屑流的上部形成了由氣體和細小碎屑顆粒組成的灰云涌浪，灰云涌浪的規模不大。
(3)在浮巖流定位一段時間之后，來自噴發柱頂部和浮巖流前緣逸出的更細粒物質(主要是低密度的更為細小的火山灰，也包括細小的晶玻屑凝灰巖)受強烈氣流搬運作用水平擴散，之后降落在灰云涌浪的上面，形成了火山灰空落堆積相。
1．2火山碎屑流相搬運及堆積原理
目前，大多數火山地質學者都認為浮巖流的搬運受重力支配，并向低洼地方運動。在火山口緣處浮巖流多呈紊流運動，在流程中部位置多為層流運動，在就位前呈栓塞式流。并且在浮巖流搬運過程中存在流體化作用，流體化主要是由浮巖流裹挾冷空氣并加熱膨脹引起的。太仆寺旗破火山浮巖流堆積物分選差，不見交錯層理和水平層理，多呈塊狀構造，說明浮巖流搬運主要為層流運動，在浮巖流堆積相中有明顯的粗尾粒序構造，反映了浮巖流在流動過程中內部出現了密度差，粗粒巖屑向下沉降，粗粒的漿屑向上漂移。這是浮巖流中存在流體化作用的一個重要證據，因為流體化使浮巖流發生膨脹，這是浮巖流內部出現密度差的必要條件。但是太仆寺旗破火山浮巖流堆積相局部的流體化作用并不均勻，表現在流動方向上以及在縱向上的膨脹不均勻，粗尾粒序構造在流動方向上斷續出現，浮巖富集層在流動單元內部出現。
根據太仆寺旗破火山浮巖流堆積的特點，可以整體認識一下浮巖流的堆積過程。太仆寺旗破火山浮巖流堆積自火山口緣向遠源熔結程度變化為弱—強—弱，自底部向頂部熔結程度變化也為弱—強—弱。這種規律表明，火山碎屑流堆積相的熔結程度不是與就位時的厚度有關系，而是受就位時的溫度和厚度產生的壓力雙重作用控制的。首先橫向上來看，在浮巖流的中部位置厚度最大，這個位置的熔結程度也就最強;在縱向剖面中我們可以看到中部位置要比底部和頂部的熔結程度強得多。橫向上中部位置熔結程度最大，說明壓力起了很大作用，而從縱向上來看中間部分熔結程度要比底部大，這說明除了壓力因素外溫度也起了很重要作用，因為中間位置要比底部和頂部更容易把熱量保存下來。根據以上這些特征推斷，浮巖流是自底部快速向前堆積的，因為要使一次性形成的巨大厚度浮巖流內部熱量最大程度保留下來，必須保持一定的速度才能完成。
在浮巖流堆積過程中，去氣作用、屈服強度增大以及火山碎屑流內部和底部的剪切作用是控制堆積的重要因素。在浮巖流流動過程中，由于去氣作用使氣體從浮巖流的下部不斷向上逸出，這樣在下部的粘性增大，屈服強度增大，流速就會減緩。另外，由于浮巖流呈層流貼地表向前流動，所以在浮巖流的底部存在著強大的反向剪切阻力，從縱向剖面上也可以看到浮巖流單元底部的剪切作用形成的細粒底層，這種阻力就使浮巖流減速。浮巖流內部也存在著剪切阻力，由于浮巖流流體化作用造成體積膨脹，這樣在浮巖流頂部形成了密度較輕的浮巖屑富集帶，富集帶與浮巖流的流速不均就會產生粘滯性，使流速減緩。綜合這些因素的共同作用，浮巖流流速逐漸降低，當速度降到零時，便堆積下來。浮巖流上面的灰云浪堆積是浮巖流中的火山灰及氣體經淘選從浮巖流中分離出來，呈湍流搬運，堆積在浮巖流流動單元層之上。
普林尼型噴發柱式爆發階段，巖漿內含有大量蒸汽而具有蒸汽巖漿爆發性質，火山噴發產物形成具有較高前鋒的熱氣底浪，攜帶著細粒火山碎屑沿火山斜坡運移前進，同時又將地面的一些陸源泥、砂礫、植物等卷入內部，隨著能量損耗，碎屑物沉積下來，形成火山碎屑地表涌流堆積。它屬于火山碎屑流堆積的下部組成。
2破火山口洼地形成
緊隨普林尼式爆發之后，由于巖漿房內部抽空而上覆火山碎屑物壓力增大，導致頂板與巖漿房內部壓力平衡被破壞，巖漿房頂板塌陷中心下沉，近圓形的破火山口洼地形成，使J3b1巖層產狀圍繞破火山呈圍斜狀內傾。反過來看，破火山口的塌陷同時也反映了普林尼噴發柱的規模巨大，形成的浮巖流體積巨大。巖漿房內殘留的巖漿沿環狀斷裂上升侵入，形成一系列花崗質巖墻、巖脈。破火山口洼地形成后不斷接受大氣降水和地下的巖漿熱液并保存下來，形成了破火山口湖(圖2c)。在破火山口洼地中形成破火山口湖沉積相堆積，含有較多火山物質的砂巖、粉砂巖、乃至泥巖、硅質巖，并與破火山塌陷的角礫巖、集塊巖構成特殊相變關系。
3破火山整體塌陷
在破火山口洼地形成之后，破火山口外圍覆蓋大量火山碎屑物，使破火山整體下沉，外圍環狀斷裂形成，殘余巖漿沿斷裂溢出，同時，一系列寄生側火山沿外圍斷裂噴發形成(圖2e)，共同形成了白音高老組二段。產物主要為溢流相流紋巖、粗面英安巖，部分側火山口發育有集塊巖和火山角礫巖，火山口內多由侵出相流紋巖、黑曜巖占據。之后，環狀斷裂進一步下切，誘導深部巖漿房巖漿上升溢出形成白音高老組四段，巖性組成為偏基性安粗巖。根據這兩個階段巖石組成分析，高位巖漿房巖漿與深部巖漿具有成分分帶。側火山總體呈環狀分布在破火山邊部，構成破火山的“花邊式”構造。自西向東計有:馬福山溝、小邊墻、小蔡家營、抽水井子、潘家營子和石人山等側火山。
4復活階段
火山活動停息一段時間后，由于巖漿房內巖漿繼續補給，在破火山內巖漿再次活動，另外因為破火山內環狀、放射狀斷裂都比較陡傾，自身存在不穩定性，這兩個因素引起了破火山復活。破火山的環狀斷裂控制了再生巖漿的侵出—侵入活動范圍。破火山復活主要表現為破火山中央發生侵出侵入作用，形成破火山口中心侵出相泡沫熔巖和侵入花崗斑巖，以及巖漿沿環狀斷裂侵入，形成環狀侵入相花崗斑巖巖墻(圖2f)，巖漿復活導致破火山內部分巖層外傾。
5構造破壞及剝蝕階段
中央侵入體侵位后，太仆寺旗破火山地區巖漿活動全面結束，進入長期風化剝蝕階段，期間上覆火山巖頂蓋遭剝蝕而暴露中央侵入體，最終形成如今地貌景觀。太仆寺旗破火山的整體輪廓以及巖性巖相展布在磁異常上表現得尤為清晰。
破火山成礦規律
太仆寺旗破火山內發育兩個成礦過程:第一是破火山復活階段，該破火山中央侵出穹隆部位發育鉛鋅銀多金屬礦化;第二是側火山口活動期，大邊墻等側火山口內侵入體形成階段發育螢石礦化。由于不同空間構造—巖漿活動的差異，礦化在空間上具有很強的規律性。受破火山口和酸性、中酸性潛火山巖和淺成侵入體控制的斑巖型鉛鋅銀多金屬礦產分布于破火山中央部位;而火山熱液型非金屬礦產主要分布于外圈的火山巖中，受次級斷裂、環狀、放射狀斷裂制約。
1破火山中央成礦規律
在花崗斑巖與泡沫熔巖接觸帶，并有火山期后斷裂疊加部位是良好的賦礦部位(圖4)。破火山口中心為花崗斑巖侵入體，花崗斑巖剝蝕淺，斑巖頂部為侵出相流紋質泡沫熔巖。在破火山復活期，巖漿侵出地表后開始冷卻，形成泡沫熔巖固結—半固結殼，由于該外殼的存在，使后續巖漿成為封閉系統。所以泡沫熔巖固體殼是一良好的封閉體，是阻礙揮發份向外逃逸的屏障。隨后的殘余熔體中熱液逐漸增加，并聚集在頂部發生蝕變礦化。當巖漿進一步冷卻時，頂部發生收縮產生裂隙，晚期熱液多次反復沿裂隙活動，形成裂隙脈型礦化和細脈—浸染狀礦化。目前，發現的蝕變礦化主要分布在花崗斑巖與泡沫熔巖的接觸部位。此外，后期構造破碎又加劇了熱液蝕變的進程，在中央侵出穹隆內，伴隨破火山形成而產生的環狀、放射狀斷裂及火山期后北東和北西向斷裂都比較發育，這些構造相對比較薄弱的位置，有利于潛火山巖漿侵入活動、地熱流體和大氣降水的下滲環流，是成礦的有利場所。所以在花崗斑巖頂部又有構造破碎帶疊加的部位礦化最好，多為礦(化)點直接產出的部位。太仆寺旗破火山中部圍巖蝕變主要有鉀化、絹云母化、鐵錳礦化、黃鐵礦化和高嶺土化。該區Pb、Zn、Ag、Cu和Pb、Zn、Mn、Ag多金屬礦產有良好的成礦遠景。
綜上，太仆寺旗中部近東西向地化異常和礦化，受東西向基底斷裂、破火山口構造、破火山中心斑巖圖4太仆寺旗破火山根部花崗斑巖蝕變礦化系統示意圖體和火山期后斷裂的多重控制。太仆寺旗破火山中鉛鋅銀多金屬礦的形成過程(或機制)的時空關系概括如下:破火山口內鉛鋅銀銅多金屬礦化的形成與中央侵出侵入體有密切的成因關系，廣泛的火山—侵入巖漿活動為成礦提供了有利的巖性條件和重要的成礦物質。在時間上，主要是破火山復活階段制約了Pb、Zn、Ag、Cu和Pb、Zn、Mn、Ag多金屬礦產的形成。在空間上，火山構造和次級斷裂、裂隙構造為礦液提供了活動空間和礦質沉淀場所，另外，礦產的產出還受巖性的控制，于是從中部到洼地邊部的次級火山構造和斷裂構造發育的火山侵出—侵入相巖石的廣布地帶則是鉛鋅銀產出的主要地帶。上述礦產的形成過程和定位機制類型即構成了一個礦化與巖相—構造有機聯系的酸性破火山巖相—構造—成礦(找礦)模式。
2破火山邊緣成礦規律
太仆寺旗破火山邊緣的側火山也是很好的賦礦部位，在大邊墻側火山內，發育了很好的螢石礦床。螢石礦化主要與酸性潛火山巖有關，并受巖體內放射狀斷裂破碎帶控制，屬于淺成低溫熱液型成礦。螢石礦體多呈脈狀，脈體不大，主脈約100m，厚度約20m，各礦脈沿側火山內放射狀斷裂破碎帶延伸。其成因與火山旋回末期的火山—次火山巖漿低溫熱液活動有關。圍巖常具角礫狀，礦石礦物中以冰長石的出現為鮮明特征，具有較典型的低溫成礦特征。由于破火山口外圍環狀斷裂演化與側火山巖漿活動同步進行，隨著側火山的形成，火山—潛火山熱液沿斷裂運移并在其中上部形成Pb、Zn、Mo、Bi等元素富集異常。之后，側火山形成的放射狀斷裂的強烈活動，伴隨晚期低溫含礦熱液的再次侵入和成礦作用的發生，形成獨立的螢石礦體，同時疊加改造已形成的Pb、Zn、Mo、Bi等礦化。
結論
太仆寺旗破火山中心為流紋質泡沫熔巖、花崗斑巖，向外為大規模巖流堆積，邊緣為沿外環斷裂分布的側火山口溢流相熔巖。該破火山的噴發是一次能量巨大的普林尼式爆發，火山活動經歷了4個階段:①強烈爆發，形成普林尼式噴發柱，噴發柱垮塌后形成浮巖流相;②巖漿房抽空，破火山口塌陷，破火山口湖內開始噴發沉積;③破火山整體塌陷，外環斷裂形成，側火山開始噴發;④破火山復活，中央高位巖漿房巖漿上升，形成中央侵出—侵入穹隆，破火山活動終止。Pb、Zn、Ag、Cu等多金屬礦產嚴格受破火山口中心侵入穹隆控制，空間上，礦化分布在花崗斑巖與泡沫熔巖接觸界線近花崗斑巖一側的蝕變破碎帶中;時間上，礦化形成于火山活動末期。
