火山地質(zhì)地?zé)針?gòu)造探究范文
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作者：楊若昕白志達譚慶偉吳之理王妍單位：中國地質(zhì)大學(xué)內(nèi)蒙古國土資源廳
濺落堆積
濺落堆積疊置在降落火山渣之上(圖2)，構(gòu)成晚期的濺落錐，直徑約800m，地貌上相對陡峻，坡度25°～30°，由黑色或褐紅色熔結(jié)集塊巖構(gòu)成。火山彈、熔巖餅和塑性熔巖團塊濺落在火口沿上，相互焊接形成特征的熔結(jié)結(jié)構(gòu)。熔結(jié)集塊巖局部具清晰的流動特征，上部還發(fā)育有較大的空洞，洞壁上見有熔巖“鐘乳”，表明濺落碎屑物堆砌的速度較快，堆積后溫度仍然很高。局部熔結(jié)集塊巖中見有硫磺礦化，反映火山噴發(fā)晚期有噴氣(H2S)作用發(fā)生。錐體西側(cè)和北東側(cè)形成兩個巖漿溢出口，西側(cè)溢出口已塌陷，使錐體西垣堆積物整體陷落，形成直徑約50m，深約30m的漏斗狀深坑。北東溢出口在巖漿溢出過程中裂解破壞了錐體，使錐體呈缺口狀(圖3a)，裂解后的錐體堆積物被熔巖流拖曳到1km以外。火山錐體東南發(fā)育一系列波狀或不規(guī)則狀分布的火山碎屑堆積物(主要為火山渣、少量火山彈)，是崩落堆積的產(chǎn)物。崩落堆積物呈扇狀展布，扇軸長約500m。崩落堆積物是由于晚期火山噴發(fā)時，使早期火山錐體橫向爆崩的結(jié)果(陳洪洲等，2009)。
破火口
鴿子山火山由于火山噴發(fā)強度較大，噴發(fā)歷史較長，活動的階段性明顯，巖漿溢出率較高，深部巖漿房被多次抽空，使火口發(fā)生了多次塌陷作用，形成了破火口(圖2、圖3)，破火口內(nèi)壁陡直，直徑約為450m。破火口內(nèi)堆積物主要為濺落及降落碎屑物，局部發(fā)育厚度很小的熔巖流，熔巖流由韻律性巖流單元組成，巖流單元單層厚度小，僅3～5cm，有些疊置呈孤立的熔巖小穹丘(圖4)，反映火山活動晚期巖漿的噴溢頻率較高，但溢出率極低，粘度較大。此外還見有火山活動末期侵出的小熔巖穹丘，這些穹丘的發(fā)育，標志著鴿子山火山活動的結(jié)束。破火口內(nèi)環(huán)狀斷裂發(fā)育(圖3)，不同斷裂差異運動使火口呈階梯狀，沿斷裂有碧玄巖巖墻侵入于熔結(jié)集塊巖中(圖5)，巖墻寬約2～5m，致密堅硬，產(chǎn)狀近直立，發(fā)育水平柱狀節(jié)理。
熔巖流
濺落堆積之后，由于火山通道打開，巖漿溢出率增大，火山活動方式轉(zhuǎn)入大規(guī)模巖漿溢流階段(白志達等，2008)。熔巖流由西側(cè)和北東側(cè)兩個溢出口溢出，受地形影響，總體向南流淌，充填于溝谷和低洼地帶，覆蓋面積約48km2，體積約0.62km3。西側(cè)溢出口溢出的熔巖較少，熔巖流先向北流動，然后轉(zhuǎn)向南流淌，流動距離短。北東側(cè)溢出口巖漿溢出率較高，溢出的熔巖流繞過鴿子山火山錐體先向北東流動，后轉(zhuǎn)圖6鴿子山熔巖流中的噴氣錐Fig．6GeziShanfumarolicconesinlavaflow為向南流淌，并覆蓋在西側(cè)溢出口溢出的熔巖流之上(圖1)。北東側(cè)溢出口溢出的熔巖形成五個巖流單元，早期巖流單元流動距離遠，長約18km，寬一般3～4km，前緣由于受高地阻擋，又分向東、西兩側(cè)流淌，東側(cè)巖流直接覆蓋在全新世沼積物之上。熔巖流厚度在近緣及中部較大，一般為8～12m，前緣厚度較小，多為1～2m。晚期熔巖流規(guī)模明顯減小(圖1)，流動距離短，但巖流前緣厚度較大，第5巖流單元僅分布在近火口地帶，反映從早到晚巖漿的溢出率逐漸減小，粘度在增大(MarkandClaude，1997)。熔巖流類型主體為結(jié)殼熔巖，熔巖流表面光滑，局部繩狀、木排狀構(gòu)造清晰。巖流的面積與厚度比很大，反映巖漿粘度較小。晚期局部發(fā)育渣狀熔巖。在阿敦楚魯一帶以及阿爾都貴烏拉晚更新世火山的西北側(cè)熔巖流中發(fā)育較多保存完好的噴氣錐、噴氣碟或噴氣塔(圖6)。噴氣錐高度一般在40～90cm之間，最大的可達170cm，直徑大多在3～4m之間，小者約1m，大者可達7～8m。噴氣碟高度很低，一般為40～60cm，直徑2～3m，形如碟子，故稱噴氣碟。少量呈塔狀，中心噴氣口幾乎封閉，僅有很小的噴氣孔，可稱噴氣塔。
噴氣錐由瓦片狀熔巖構(gòu)成，不同薄熔巖片呈疊瓦狀堆砌，單層厚度變化不大，一般為1～2cm，反映發(fā)生噴氣作用的能量每次大小相近。大多數(shù)噴氣錐由20～30個巖片堆砌構(gòu)成，錐體內(nèi)壁多發(fā)育熔巖刺或熔巖鐘乳，部分噴氣錐中心堆積有類似濺落堆積的塑性熔巖渣塊。噴氣錐的形成與熔巖流的流速、厚度、體積、粘度以及熔巖流流經(jīng)的地理條件等因素有關(guān)(靳晉瑜等，2006;趙勇偉等，2008)，野外考察表明，鴿子山噴氣錐主要分布在地形相對平緩、熔巖流厚度不大的區(qū)域，且熔巖流堆積在沼積物之上，反映熔巖流曾流經(jīng)沼澤洼地。當高溫熔巖流流經(jīng)沼澤等富水濕地時，熔巖流下部的水體將被氣化，水蒸氣局部富集，壓力不斷增大，此時如果熔巖流流動速度足夠緩慢，甚至停滯時，當壓力達到一定限度，就會沖破上覆熔巖流表面而形成噴氣孔，周期性的噴氣作用，將沖破的熔漿碎片噴到巖流表面，堆砌形成噴氣錐。由于厚度一定的熔巖流，所需沖破熔巖流的底部壓力大致相似，故每次噴出的熔漿碎片的厚度和大小也相似。當巖流底部水體耗盡或熔漿的粘度增大時，就會抑制噴氣造錐作用的進行。噴氣錐這種特殊的熔巖流表面構(gòu)造反映了熔巖流的流速、粘度、溫度及堆積定位環(huán)境。在巖流的中遠端，還常發(fā)育有“翻花石”構(gòu)造，表明結(jié)殼熔巖的表殼形成后，后續(xù)巖流的推擠或拖曳作用仍很強。
火山碎屑席
鴿子山火山早期爆發(fā)強度較大，在火口之上已形成了以浮力為主要上升營力的噴發(fā)柱(Matthew，2007)。粒徑較粗的火山碎屑物受重力的影響降落在火口周圍形成降落錐。相對細?；鹕剿樾嘉锉粐姲l(fā)柱攜帶到高空，并在定向風(fēng)力的影響下(白志達等，2006)，飄散降落在錐體東側(cè)，形成向東南撒開的扇狀火山碎屑席(圖1)。火山碎屑席主要由火山渣和火山灰組成，呈黑色或灰黑色，尖角狀或不規(guī)則狀。覆蓋在晚更新世黃土或玄武巖之上，其上為全新世深褐色含火山渣的腐殖土。由火山錐向外厚度逐漸減薄，碎屑物粒度逐漸減小，部分地段由于受雨水沖刷和風(fēng)蝕作用的影響，厚度變化較大，甚至斷續(xù)分布。在距錐體約5.5km處火山渣厚約20cm，中值粒度Mdφ為5mm左右。火山碎屑物與黃土接觸面附近還發(fā)育厚約1cm的烘烤層，反映離錐體較近的火山渣降落后仍有較高的溫度。
火山噴發(fā)物特征
鴿子山是一座亞布里尼式玄武質(zhì)火山，火山噴發(fā)物主要為熔巖流、熔結(jié)火山碎屑巖和松散的火山碎屑物，火山噴發(fā)末期有碧玄質(zhì)巖墻侵入。熔巖流以結(jié)殼熔巖為主，少量為渣狀熔巖，巖性主體為碧玄巖，火山活動末期在火口內(nèi)出露少量橄欖拉斑玄武巖。碧玄巖呈灰黑色，氣孔或塊狀構(gòu)造，氣孔含量變化較大，5%～30%不等，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為間隱間粒和隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，熔巖流表面以玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)為主。斑晶主要為橄欖石和單斜輝石，橄欖石斑晶新鮮，粒狀，大小約為0.1～0.3mm，含量約10%，單斜輝石呈短柱狀，偶見穿插雙晶，為含鈦的普通輝石，粒徑平均在0.5～0.8mm左右，含量約5%。基質(zhì)主要由微晶斜長石、鈦鐵氧化物、少量輝石和堿性長石及火山玻璃組成。橄欖拉斑玄武巖僅出露在火口內(nèi)，是火山活動末期的產(chǎn)物，巖石呈深灰色，氣孔狀構(gòu)造，氣孔含量較高，氣孔間連通性好，呈薄層狀。斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為間隱或玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)。斑晶主要為單斜輝石和斜長石，粒徑約1mm左右，含量約15%，橄欖石斑晶少量，約為0.1～0.4mm，基質(zhì)主要由微晶斜長石、少量輝石和鈦鐵氧化物及火山玻璃組成。松散火山渣呈黑色或褐紅色，氣孔十分發(fā)育，氣孔多不規(guī)則，內(nèi)壁新鮮，很少有附著物。比重小，形狀復(fù)雜，大小不一，幾乎全由玻璃質(zhì)組成，為浮巖渣。熔結(jié)集塊巖僅分布在濺落錐上，呈磚紅色，由塑性、半塑性的火山彈、熔巖餅和漿屑組成，碎屑物大小不一，大者可達1.5m，一般5～30cm，塑變強烈，彼此平行排列，緊密焊接，形成特征的熔結(jié)結(jié)構(gòu)和假流紋構(gòu)造，是濺落碎屑物快速堆積的產(chǎn)物。部分濺落碎屑物堆積在錐體上仍保持高溫狀態(tài)，碎屑之間相互焊接彌合成為整體，在重力的作用下，又可發(fā)生流動，形成碎成熔巖流。西南側(cè)火口沿上發(fā)育熔結(jié)程度低的粘結(jié)集塊巖。碧玄巖和錐體火山渣中含有較多輝石、歪長石巨晶和二輝橄欖巖包體?？臻g上巨晶和包體主要分布在錐體及其附近，遠離錐體的熔巖中僅偶見。輝石巨晶長一般在3～5cm左右，大者可達7～8cm，色澤黑亮，邊緣多發(fā)育淺色角閃石和鐵質(zhì)的反應(yīng)邊(圖7)，局部含量可以達到5%～10%，反映玄武質(zhì)巖漿在深部巖漿房曾發(fā)生過分異作用。沿環(huán)狀斷裂侵入的碧玄質(zhì)巖墻呈灰黑色，致密塊狀，主要由長條狀斜長石和他形輝石及鈦磁鐵礦組成，結(jié)晶較好，為間粒結(jié)構(gòu)，局部具輝綠結(jié)構(gòu)特征。碧玄巖SiO2介于43.42%～45.04%，平均為43.99%，MgO介于8.44%～10.49%，平均為9.25%，Mg#較高，暗示巖漿來源較深。Al2O3平均含量在10%左右。K2O含量變化于2.19%～2.51%，Na2O含量變化在3.61%～4.31%之間，Na2O+K2O為4.85%～6.91%，K2O/Na2O＜1，為0.56～0.63之間，屬于鈉質(zhì)堿性玄武巖。Fe2O3、FeO變化較大，大部分熔巖FeO＞Fe2O，而火口沿上的濺落堆積FeO＜＜Fe2O3，反映巖石的FeO、Fe2O3含量與氧化環(huán)境密切相關(guān)。標準礦物Ne＞5%、5%＜Ol＜25%，Ab、Or、鈦鐵礦(Il)、磁鐵礦(Mt)含量較高。橄欖拉班玄武巖的SiO2(51.52%)和Al2O3(14.39%)偏高，而FeO、CaO、K2O、MgO等含量均偏低，K2O+Na2O的值變低，巖石堿度較碧玄巖明顯減弱(表1)。碧玄巖稀土∑REE變化小，為202.8×10－6～259.5×10－6，LREE/HREE為8.50～10.31，(La/Yb)N比14.43～22.27，稀土配分曲線如圖8，曲線右傾，屬輕稀土富集型，輕、重稀土分餾明顯，不具銪異常，為典型的大陸裂谷型玄武巖配分模式。末期橄欖拉斑玄武巖(X8)稀土配分曲線為一近水平的直線，稀土總量∑REE、LREE/HREE與(La/Yb)N的值均很低，與原始地幔配分形式相似，可能是富集地幔熔融出較多碧玄巖巖漿后的殘余地幔再熔融的產(chǎn)物，即是殘余地幔再次部分熔融的結(jié)果(夏林圻等，1994)。
碧玄巖微量元素蛛網(wǎng)圖如圖9，曲線右傾，強不相容元素富集，Ba、Nb、Ta和Pb具有正異常，Rb、Th、Hf具弱的負異常，無明顯的Sr異常，說明巖漿在上升過程中未遭受地殼物質(zhì)混染。大離子親石元素Rb、Sr、Ba等的豐度較高，反映巖漿可能來源于富集地幔。橄欖拉斑玄武巖(X8)蛛網(wǎng)圖與碧玄巖差異很大，與原始地幔曲線總體相似，是殘余地幔部分熔融的結(jié)果。大量輝石、歪長石巨晶及二輝橄欖巖包體的出現(xiàn)和巖石化學(xué)、地球化學(xué)特征表明，碧玄巖巖漿直接來源于深部地幔高壓巖漿房(楊建軍，1988)，基本為原生巖漿，但在深部巖漿房經(jīng)歷了一定結(jié)晶分異作用。巖漿上升過程中未經(jīng)過地殼巖漿房階段(劉若新等，1999)。橄欖拉斑玄武巖是火山噴發(fā)末期產(chǎn)物，僅分布在火口內(nèi)，呈侵出小穹丘產(chǎn)出，巖石化學(xué)、地球化學(xué)與碧玄巖差異很大，與原始地幔特征相似，可能是融出碧玄巖巖漿后的殘余地幔再部分熔融的結(jié)果。
火山噴發(fā)過程
鴿子山火山噴發(fā)方式較為復(fù)雜，早期階段屬于亞布里尼式噴發(fā)，由于深部巖漿上升減壓，原來溶解在巖漿中的揮發(fā)份逐漸出溶，使得巖漿通道內(nèi)的壓力增大，巖漿噴出地表時表現(xiàn)為強烈的爆破式噴發(fā)(白志達等，2008)，碎屑化程度較高的巖漿碎屑物被拋向高空，并在火口之上形成了以浮力為主要上升營力的噴發(fā)柱。噴發(fā)柱中粗粒級碎屑物由于受自身重力及空氣阻力等的影響，直接降落在以火口周圍，形成降落渣錐。由噴發(fā)柱攜帶到高空的細粒級火山碎屑物在定向風(fēng)的影響下，飄散至錐體東南，形成面積較大的火山碎屑席。降落堆積后，火山活動暫時停息。晚期階段在早期降落錐東南側(cè)發(fā)生橫向爆崩作用，形成崩落堆積。隨后由于巖漿通道打開，處于相對開放環(huán)境，火山活動轉(zhuǎn)為熔巖噴泉式噴發(fā)，形成濺落堆積，碎屑化程度很低的高溫塑性熔漿團塊、熔巖餅和火山彈濺落在火口沿上，相互焊接形成濺落錐。濺落錐形成之后，巖漿中的揮發(fā)份急劇減少，巖漿上升速率加快，火山作用方式轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹪{的溢流，熔漿首先從西溢出口溢出，然后從北東溢出口溢出。溢出的結(jié)殼熔巖是熔巖流主體，晚期形成少量渣狀熔巖，渣狀熔巖的出現(xiàn)暗示火山溢流活動已接近尾聲(白志達等，2008)。大量熔巖流溢出后，火口發(fā)生塌陷，形成了典型的破火口，由于塌陷，殘余巖漿沿環(huán)狀斷裂侵入，形成輝綠巖墻。火口塌陷后，火山活動進入調(diào)整期，復(fù)活活動期僅在破火口內(nèi)形成小型熔巖穹丘，橄欖拉斑玄武巖侵出穹丘的出現(xiàn)最終堵塞了火山通道，標志著鴿子山火山活動結(jié)束。
火山噴發(fā)時代
錫林浩特火山群火山活動時代以往多認為主要是晚更新世(楊建軍，1988;羅修泉和陳啟桐，1990;劉俊杰等，2008)，實際上大規(guī)?；鹕交顒訌纳闲率篱_始，貫穿了整個第四紀。晚更新世是活動的鼎盛時期，全新世已屬尾聲。鴿子山火山活動可分為早、晚兩個階段，早期為爆破式噴發(fā)，形成火山渣錐和碎屑席，晚期主要為溢流式噴發(fā)，形成濺落錐和大規(guī)模熔巖流。據(jù)火山形貌特征、錐體風(fēng)化降解程度、堆積物接觸關(guān)系，結(jié)合熱釋光測年，初步確定鴿子山火山活動時代為晚更新世末期到全新世。其主要依據(jù)是:(1)火山形貌與結(jié)構(gòu)特征:鴿子山火山地形地貌保存完整，火山錐、火山口和熔巖流基本未遭受風(fēng)化剝蝕的改造?；鹕藉F由降落錐與濺落錐疊置而成，雄偉陡峻，火口為一塌陷的破火口，火口緣窄小，破火口內(nèi)側(cè)崎嶇陡直，錐體風(fēng)化降解程度很低。錐腳處熔巖溢出口清晰，仍保留了原始形態(tài)。熔巖流的展布受近代地形控制，順勢流淌分布在溝谷和低洼地帶。熔巖流表面流動構(gòu)造清晰完好，如繩狀和木排狀構(gòu)造基本未遭受風(fēng)化改造。部分地段熔巖流中的噴氣錐除個別被人為破壞外，均保存完好。熔巖流之上僅有少量風(fēng)成砂，基本無風(fēng)化土壤，植被很少?；鹕降男蚊蔡卣鞅砻鼬澴由交鹕絿姲l(fā)的時代較新。(2)地層接觸關(guān)系:地層的疊覆關(guān)系是確定相對時代的直接依據(jù)。鴿子山熔巖流在阿爾都貴烏拉西側(cè)和第一巖流單元的東南緣覆蓋在全新世的沼澤淤泥之上(圖10)，表明鴿子山火山的熔巖流無疑屬全新世。(3)同位素年齡:鴿子山東側(cè)約5.5km處的一塌陷坑剖面良好，火山碎屑席覆蓋在晚更新世黃土之上，厚度約為20～30cm，其上又被厚約30cm的全新世含火山渣的深褐色腐殖土覆蓋?；鹕皆撞堪l(fā)育厚約1～2cm磚紅色烘烤層，取烘烤層樣品進行熱釋光測年，測試結(jié)果為22.41±1.90ka(中國地震局地殼應(yīng)力研究所測試)，距今約2萬年。鴿子山火山活動可分早、晚兩期，早期是較強的爆發(fā)，晚期主要是濺落堆積和大規(guī)模熔巖溢出，晚期噴火口明顯向西遷移，表明早、晚期噴發(fā)之間有一定間隔，熱釋光年齡可能代表鴿子山早期爆發(fā)的大致時限。火山形貌特征、錐體風(fēng)化降解程度、完好的噴氣錐以及地層和堆積物的相互關(guān)系表明，鴿子山火山噴發(fā)大致時代為晚更新世末期到全新世，至少晚期噴發(fā)屬全新世。
結(jié)論
(1)鴿子山火山是錫林浩特-阿巴嘎火山群內(nèi)結(jié)構(gòu)完整的一座中心式玄武質(zhì)火山，由火山渣錐、碎屑席和熔巖流構(gòu)成。火山遭受風(fēng)化剝蝕作用弱，火山地貌清晰，結(jié)構(gòu)完整。碧玄巖、熔結(jié)火山碎屑巖和松散火山渣是主要火山噴發(fā)物，碧玄巖中含較多輝石、歪長石巨晶和二輝橄欖巖包體。鴿子山火山以結(jié)構(gòu)完整、活動時代新、爆發(fā)強度高、發(fā)育破火口以及含較多輝石巨晶區(qū)別于火山群內(nèi)其它火山;
(2)火山活動可分為兩個階段，早期階段爆發(fā)強度較大，在火口之上形成了以浮力為主要上升營力的噴發(fā)柱，屬亞布里尼式噴發(fā)。晚期噴發(fā)主要表現(xiàn)為濺落堆積和大規(guī)模熔漿溢出。整個火山的噴發(fā)時代為晚更新世末-全新世，其中晚期噴發(fā)屬全新世;
(3)鴿子山是錫林浩特-阿巴嘎火山群內(nèi)目前確定的唯一最新火山，這對該區(qū)深部構(gòu)造巖漿活動和新構(gòu)造以及火山災(zāi)害預(yù)警研究具有重要意義。也是難得的火山遺跡資源，具有很高的觀賞價值，合理開發(fā)利用，對當?shù)亟?jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有積極意義。
