山西運城火山造錐噴巖作用及巖漿演化

山西運城火山造錐噴巖作用及巖漿演化

白鹿山是世界上最大的復合火山巖，位于歐亞大陸板塊東緣地區(qū)的亞熱帶活動帶。長白山火山屬于新生代火山,最早形成于古近紀漸新世,后經(jīng)過新近紀中新世、上新世和第四紀更新世直至全新世。長白山火山區(qū)是由許多火山口及錐體組成,其中天池火山附近的大型火山有長白山天池火山(也稱白頭山火山)、望天鵝峰火山、朝鮮境內(nèi)的胞胎山火山以及天池火山西北部的土頂子火山等。上述各大型火山各自形成不同類型的火山錐體,它們的生成年代也不完全一致。望大鵝峰火山錐體屬中新世—上新世(同位素年齡16~3Ma),土頂子火山錐體屬上新世(同位素年齡5~2Ma),朝鮮境內(nèi)的3座大型火山錐體屬上新世—更新世。而長白山天池火山錐體屬上新世—全新世(同位素年齡3Ma至現(xiàn)在)這些大型火山錐體的火山機構(gòu)、巖石系列及巖漿演化趨勢等有所差別。但火山多數(shù)為兩層結(jié)構(gòu),下部為盾狀玄武巖,上部為粗面巖層狀錐體。其中長白山天池火山錐體最為典型,具有3層結(jié)構(gòu),即下部為盾狀玄武巖,上部為粗面質(zhì)—堿流質(zhì)層狀錐體,頂部為粗面質(zhì)—堿流質(zhì)碎屑巖類組成巖席狀覆蓋層。在火山錐體中心有環(huán)狀破火山口,并發(fā)生環(huán)狀斷裂及放射狀斷裂。巖漿房向上隆起產(chǎn)生的網(wǎng)狀斷裂和區(qū)域性斷裂等交織在一起形成較復雜的斷裂系統(tǒng),錐體與盾體之上還存在著許多寄生火山口。巖石系列及其巖漿演化趨勢方面表現(xiàn)為堿性玄武巖—玄武巖—粗安巖—粗面巖—堿流巖。為了更加詳盡地了解天池火山噴發(fā)災害與有關(guān)地質(zhì)災害的形成機理與災害過程,在科技部攻關(guān)項目和自然科學基金項目共同資助下,我們于2002年開始實施了天池火山錐體頂部1∶1萬地質(zhì)調(diào)查填圖工作。在天池火山巖漿房及火山通道內(nèi)部動力學過程研究工作中又發(fā)現(xiàn)了大量的不同成分巖漿混合作用的證據(jù)。本文將根據(jù)工作中測制的天池火山北坡登山公路剖面(圖1)以及長白山莊鉆孔采集的造錐噴發(fā)層序巖石樣品(圖2)重點闡述天池火山造錐噴發(fā)過程中巖漿成分演化趨勢與層序特征。1結(jié)構(gòu)及巖漿起源天池火山造錐噴發(fā)可以分為4個階段。第一造錐噴發(fā)階段在天池火山錐體近底部不完整出露,垂直高度常位于岳樺林帶以下,地表相對較平緩,巖性主要為粗面巖和粗安巖。第二造錐階段形成粗面巖大陡壁、陡坎于造盾玄武巖及第一造錐粗面巖之上,以長白瀑布、岳樺瀑布等地巨厚層粗面巖為代表。巖石特征是富含大的長石斑晶,熔巖流厚度常常大于50m。第三造錐階段粗面巖與粗面質(zhì)火山碎屑巖總體上構(gòu)成天池火山錐體相對較平緩的丘陵狀地貌部分,多個熔巖流流動單元與火山碎屑巖交互出現(xiàn),熔巖流側(cè)翼部分地表坡度相對較陡。巖石中斑晶含量也多有變化。第四造錐階段形成火口緣近頂部及錐體外坡上巨厚層粗面質(zhì)熔巖流和厚度較薄的堿流質(zhì)熔巖與火山碎屑巖(與1∶5萬白頭山幅地質(zhì)報告中的氣象站組大體相當)。對應于天池火山4個造錐噴發(fā)階段,噴發(fā)物巖漿成分逐漸富集酸性端元,爆破性噴發(fā)強度也逐漸增大。天池火山造錐噴發(fā)期間在局部低洼地帶發(fā)育火山碎屑沉積巖,代表性露頭位置見于長白山大峽谷溫泉蝕變帶溝東側(cè)陡壁及西側(cè)陡壁。紅褐色、灰褐色、黃褐色、黃綠色沉火山角礫巖、沉凝灰?guī)r、火山巖質(zhì)巖屑砂巖交互出現(xiàn)。巖石成因類型主要有火山泥石流、水下火山碎屑流及正常山間盆地碎屑沉積。在天池火山造錐噴發(fā)階段中發(fā)生于第二造錐噴發(fā)階段之前。根據(jù)巖漿演化旋回及層序凋查資料,長白山天池火山地層由早到晚劃分為:早期旋回:上新統(tǒng)軍艦山組玄武巖早更新統(tǒng)白山組玄武巖早更新統(tǒng)小白山組粗安巖—粗面巖晚期旋回:早更新統(tǒng)老房子小山組玄武巖中、晚更新統(tǒng)白頭山組粗面巖—堿流巖,該組進一步細分為4個巖性段冰場組堿流質(zhì)碎屑巖,粗面質(zhì)碎屑巖全新統(tǒng)氣象站組堿流質(zhì)碎成熔巖及碎屑巖白云峰組堿流質(zhì)碎屑巖(千年大噴發(fā))八卦廟組粗面質(zhì)碎屑巖與四號界、五號界、六號界及天池東側(cè)水面附近淺色細粒噴發(fā)物所劃分的天池火山地層及其與鄰區(qū)對比詳見表1。2火山巖漿造錐的旋回特征及演化趨勢天池火山巖漿演化系列的化學成分測試結(jié)果(表2、圖3)表明,天池火山發(fā)育過程中巖漿成分有著多旋回的分異結(jié)晶與巖漿混合的演化特征。這種認識比起以前簡單的玄武巖盾、粗面巖錐和伊格尼姆巖席的發(fā)育模型有了明顯深化。根據(jù)長白山莊鉆孔巖心采樣層位(圖2)與化學分析測試結(jié)果,天池火山造錐粗面巖噴發(fā)早期階段含有明顯的玄武巖成分。玄武巖漿屬于進化玄武巖漿,經(jīng)巖石化學標準礦物計算,常見有霞石礦物分子,符合相對高壓相礦物組合條件。白頭山期粗面巖—堿流巖類噴出過程中出現(xiàn)許多寄生火山口噴發(fā)的玄武巖火山渣錐,這表明天池火山粗面質(zhì)巖漿造錐噴發(fā)過程中下部仍有偏基性的玄武質(zhì)巖漿的上侵。全新世火山碎屑物有不同期次噴發(fā),同樣顯示出天池火山近代堿流質(zhì)巖漿大規(guī)模噴發(fā)的同時,堿流質(zhì)巖漿房下部仍有成分更偏基性的粗面質(zhì)巖漿的上侵活動。長白山天池火山巖漿演化旋回劃分為早期和晚期兩個旋回。早期(上新世—早更新世)軍艦山期、白山期玄武巖演化為小白山期粗安巖—粗面巖;晚期旋回(早更新世—全新世),雙峰期玄武巖演化為白頭山期,全新世各期粗面巖—堿流巖類。天池火山巖漿演化主要特點可以歸納為:(1)巖石系列順序:早期旋回堿性玄武巖—粗面玄武巖—玄武粗面巖—粗安巖、安粗巖—粗面巖(在朝鮮境內(nèi)延續(xù)演化為粗面英安巖—堿性流紋巖、黑曜巖)。晚期旋回堿性玄武巖—粗面玄武巖—玄武粗安巖—粗安巖、安粗巖—粗面巖—粗面英安巖—鈉閃堿流巖、黑曜巖。巖漿成分演化符合結(jié)晶分異趨勢。(2)玄武巖漿屬于進化玄武巖漿,經(jīng)巖石化學標準礦物計算,常見有霞石礦物分子,在Q-Ne-SiO2,Q-Ne-CaO/MgO等圖解中演化曲線明顯,符合相對高壓相礦物組合條件。(3)巖漿中主要標型礦物的分異系列屬雙峰式鈉質(zhì)型,斜長石為拉長石—中長石—更長石—歪長石;橄欖石為貴橄欖石—鎂鐵橄欖石—鐵橄欖石—高鐵鐵橄欖石;輝石為透輝石—普通輝石—含霓石鈣鐵輝石—霓輝石。(4)白頭山期粗面巖—堿流巖類噴出過程中出現(xiàn)許多寄生火山口噴發(fā)的玄武巖火山渣錐,這表明天池火