山西運(yùn)城火山造錐噴巖作用及巖漿演化

山西運(yùn)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(fù)合火山巖，位于歐亞大陸板塊東緣地區(qū)的亞熱帶活動(dòng)帶。長白山火山屬于新生代火山,最早形成于古近紀(jì)漸新世,后經(jīng)過新近紀(jì)中新世、上新世和第四紀(jì)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(jī)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(fù)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(zāi)害與有關(guān)地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)理與災(zāi)害過程,在科技部攻關(guān)項(xiàng)目和自然科學(xué)基金項(xiàng)目共同資助下,我們于2002年開始實(shí)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(dòng)力學(xué)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(diǎn)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(gè)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(duì)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(duì)較平緩的丘陵?duì)畹孛膊糠?多個(gè)熔巖流流動(dòng)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(duì)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(bào)告中的氣象站組大體相當(dāng))。對(duì)應(yīng)于天池火山4個(gè)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(qiáng)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(jìn)一步細(xì)分為4個(gè)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(hào)界、五號(hào)界、六號(hào)界及天池東側(cè)水面附近淺色細(xì)粒噴發(fā)物所劃分的天池火山地層及其與鄰區(qū)對(duì)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(xué)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(rèn)識(shí)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(xué)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(jìn)化玄武巖漿,經(jīng)巖石化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算,常見有霞石礦物分子,符合相對(duì)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(shí),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(dòng)。長白山天池火山巖漿演化旋回劃分為早期和晚期兩個(gè)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(diǎn)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(jìn)化玄武巖漿,經(jīng)巖石化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)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(duì)高壓相礦物組合條件。(3)巖漿中主要標(biāo)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