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火山地热演变经过探讨

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作者:王向兰胥迎红单位:有色金属矿产地质调查中心中色金地资源科技有限公司

破火山岩性岩相特征

破火山机构地层主要为侏罗系满克头鄂博组、玛尼吐组、白音高老组和梅勒图组。其中,满克头鄂博组与玛尼吐组粗面英安岩、钠闪碱流岩、钾质流纹岩以溢流相为主,白音高老组根据岩性组合可进一步划分为2个岩性段:一段主要为火山碎屑流相的角砾熔结凝灰岩,白音高老组二段为破火口湖沉积相,呈环状分布于太仆寺旗破火山外围,破火山中心有花岗斑岩占据,石英安粗岩呈半环状沿环状断裂发育。

岩相分析对确定火山喷发类型、恢复古火山面貌、推演火山作用过程是十分重要的。通过对研究区内的岩性岩相(图1)分析总结,太仆寺旗破火山的岩相以破火山口为中心,两侧大致呈对称分布。破火山中心主要为火山根部侵入体的花岗斑岩占据,但花岗斑岩的出露面积不大,总体上看,花岗斑岩产状比较陡倾。花岗斑岩的顶部发育少量的侵出相泡沫熔岩,从地貌上看到,泡沫熔岩形成的比较高耸的山峰,说明泡沫熔岩的岩浆粘度很大,几乎以半凝固状态被挤出形成。破火山口内喷发沉积相残留很少,主要分布在上胡毡房一带,主要为破火山口湖沉积作用形成。破火山口外围两侧的岩相和环状断裂分布大致对称,岩相以火山碎屑岩相为主,另外有少量溢流相、侵出相、潜火山相,主要分布在侧火山口及断裂部位。从整体上看,爆发相主要分布在破火山口的外围,主要受破火山爆发模式和强度以及破火山口的塌陷控制,破火山口内残留少量的滞后角砾岩相多遭后期构造破坏而消失。另外,溢流相和侵出相主要分布在破火山边缘,严格受破火山外环断裂控制,是破火山整体塌陷后形成的,它主要是侧火山的产物。

破火山的演化过程

太仆寺旗破火山的规模较大,但是其活动过程比较简单。根据对其岩性岩相、火山构造和火山地层的研究,认为破火山的形成主要经历了4个阶段:

(1)破火山初始爆发阶段,形成普林尼喷发柱降落堆积相(图2a);大规模爆发阶段,喷发柱崩塌形成火山碎屑流(图2b)。

(2)岩浆房抽空,破火山塌陷形成破火山口洼地(图2c);破火山口湖形成,破火山口内开始侵蚀、沉积(图2d)。

(3)而后破火山整体塌陷,外环断裂形成,侧火山开始喷发(图2e)。

(4)破火山复活,中央高位岩浆房岩浆上升,形成中央侵出、侵入穹隆,破火山活动终止(图2f)。

(5)最后破火山又遭受了长期的构造破坏与剥蚀而形成了现有地貌。

1爆发阶段

1.1爆发过程

破火山在最初阶段经历了一个规模和能量都非常巨大的爆发,从火山碎屑岩类型和堆积相序方面分析研究,表明该爆发是一次普林尼式爆发。根据对爆发过程及火山碎屑物堆积定位的研究,把这次爆发分为3个阶段(图3):

(1)火山初始爆发,规模较小,形成的普林尼式喷发柱没有发生垮塌,主要形成喷发柱(射)空落堆积相。该堆积相是富含挥发份的岩浆爆发产物,岩浆的碎屑化程度很高,但由于大气体和细碎屑的存在,喷发柱密度很小,故不能形成碎屑流,火山碎屑由喷发柱气流携带上升到扩散区后沿水平运移扩散,并在自身重力作用下分散降落堆积,形成爆发空落相流纹质凝灰岩。

(2)大规模的爆发形成了巨大的喷发柱,这也标志着火山喷发的高潮。喷发柱到一定高度时,由于上冲力与重力平衡以及喷发速度、气体含量和火山直径的变化等,使喷发柱发生塌落,向四周泛溢而形成浮岩流。浮岩流沿火山斜坡或低洼地带流动运移定位后形成浮岩流堆积相。浮岩流运移过程中,其内部发生了很强的去气作用,使部分气体携带小颗粒的碎屑物质向上逃逸出碎屑流。在火山碎屑流堆积相定位的后期,由于在碎屑流的内部存在的去气作用,在碎屑流的上部形成了由气体和细小碎屑颗粒组成的灰云涌浪,灰云涌浪的规模不大。

(3)在浮岩流定位一段时间之后,来自喷发柱顶部和浮岩流前缘逸出的更细粒物质(主要是低密度的更为细小的火山灰,也包括细小的晶玻屑凝灰岩)受强烈气流搬运作用水平扩散,之后降落在灰云涌浪的上面,形成了火山灰空落堆积相。

1.2火山碎屑流相搬运及堆积原理

目前,大多数火山地质学者都认为浮岩流的搬运受重力支配,并向低洼地方运动。在火山口缘处浮岩流多呈紊流运动,在流程中部位置多为层流运动,在就位前呈栓塞式流。并且在浮岩流搬运过程中存在流体化作用,流体化主要是由浮岩流裹挟冷空气并加热膨胀引起的。太仆寺旗破火山浮岩流堆积物分选差,不见交错层理和水平层理,多呈块状构造,说明浮岩流搬运主要为层流运动,在浮岩流堆积相中有明显的粗尾粒序构造,反映了浮岩流在流动过程中内部出现了密度差,粗粒岩屑向下沉降,粗粒的浆屑向上漂移。这是浮岩流中存在流体化作用的一个重要证据,因为流体化使浮岩流发生膨胀,这是浮岩流内部出现密度差的必要条件。但是太仆寺旗破火山浮岩流堆积相局部的流体化作用并不均匀,表现在流动方向上以及在纵向上的膨胀不均匀,粗尾粒序构造在流动方向上断续出现,浮岩富集层在流动单元内部出现。

根据太仆寺旗破火山浮岩流堆积的特点,可以整体认识一下浮岩流的堆积过程。太仆寺旗破火山浮岩流堆积自火山口缘向远源熔结程度变化为弱—强—弱,自底部向顶部熔结程度变化也为弱—强—弱。这种规律表明,火山碎屑流堆积相的熔结程度不是与就位时的厚度有关系,而是受就位时的温度和厚度产生的压力双重作用控制的。首先横向上来看,在浮岩流的中部位置厚度最大,这个位置的熔结程度也就最强;在纵向剖面中我们可以看到中部位置要比底部和顶部的熔结程度强得多。横向上中部位置熔结程度最大,说明压力起了很大作用,而从纵向上来看中间部分熔结程度要比底部大,这说明除了压力因素外温度也起了很重要作用,因为中间位置要比底部和顶部更容易把热量保存下来。根据以上这些特征推断,浮岩流是自底部快速向前堆积的,因为要使一次性形成的巨大厚度浮岩流内部热量最大程度保留下来,必须保持一定的速度才能完成。

在浮岩流堆积过程中,去气作用、屈服强度增大以及火山碎屑流内部和底部的剪切作用是控制堆积的重要因素。在浮岩流流动过程中,由于去气作用使气体从浮岩流的下部不断向上逸出,这样在下部的粘性增大,屈服强度增大,流速就会减缓。另外,由于浮岩流呈层流贴地表向前流动,所以在浮岩流的底部存在着强大的反向剪切阻力,从纵向剖面上也可以看到浮岩流单元底部的剪切作用形成的细粒底层,这种阻力就使浮岩流减速。浮岩流内部也存在着剪切阻力,由于浮岩流流体化作用造成体积膨胀,这样在浮岩流顶部形成了密度较轻的浮岩屑富集带,富集带与浮岩流的流速不均就会产生粘滞性,使流速减缓。综合这些因素的共同作用,浮岩流流速逐渐降低,当速度降到零时,便堆积下来。浮岩流上面的灰云浪堆积是浮岩流中的火山灰及气体经淘选从浮岩流中分离出来,呈湍流搬运,堆积在浮岩流流动单元层之上。

普林尼型喷发柱式爆发阶段,岩浆内含有大量蒸汽而具有蒸汽岩浆爆发性质,火山喷发产物形成具有较高前锋的热气底浪,携带着细粒火山碎屑沿火山斜坡运移前进,同时又将地面的一些陆源泥、砂砾、植物等卷入内部,随着能量损耗,碎屑物沉积下来,形成火山碎屑地表涌流堆积。它属于火山碎屑流堆积的下部组成。

2破火山口洼地形成

紧随普林尼式爆发之后,由于岩浆房内部抽空而上覆火山碎屑物压力增大,导致顶板与岩浆房内部压力平衡被破坏,岩浆房顶板塌陷中心下沉,近圆形的破火山口洼地形成,使J3b1岩层产状围绕破火山呈围斜状内倾。反过来看,破火山口的塌陷同时也反映了普林尼喷发柱的规模巨大,形成的浮岩流体积巨大。岩浆房内残留的岩浆沿环状断裂上升侵入,形成一系列花岗质岩墙、岩脉。破火山口洼地形成后不断接受大气降水和地下的岩浆热液并保存下来,形成了破火山口湖(图2c)。在破火山口洼地中形成破火山口湖沉积相堆积,含有较多火山物质的砂岩、粉砂岩、乃至泥岩、硅质岩,并与破火山塌陷的角砾岩、集块岩构成特殊相变关系。

3破火山整体塌陷

在破火山口洼地形成之后,破火山口外围覆盖大量火山碎屑物,使破火山整体下沉,外围环状断裂形成,残余岩浆沿断裂溢出,同时,一系列寄生侧火山沿外围断裂喷发形成(图2e),共同形成了白音高老组二段。产物主要为溢流相流纹岩、粗面英安岩,部分侧火山口发育有集块岩和火山角砾岩,火山口内多由侵出相流纹岩、黑曜岩占据。之后,环状断裂进一步下切,诱导深部岩浆房岩浆上升溢出形成白音高老组四段,岩性组成为偏基性安粗岩。根据这两个阶段岩石组成分析,高位岩浆房岩浆与深部岩浆具有成分分带。侧火山总体呈环状分布在破火山边部,构成破火山的“花边式”构造。自西向东计有:马福山沟、小边墙、小蔡家营、抽水井子、潘家营子和石人山等侧火山。

4复活阶段

火山活动停息一段时间后,由于岩浆房内岩浆继续补给,在破火山内岩浆再次活动,另外因为破火山内环状、放射状断裂都比较陡倾,自身存在不稳定性,这两个因素引起了破火山复活。破火山的环状断裂控制了再生岩浆的侵出—侵入活动范围。破火山复活主要表现为破火山中央发生侵出侵入作用,形成破火山口中心侵出相泡沫熔岩和侵入花岗斑岩,以及岩浆沿环状断裂侵入,形成环状侵入相花岗斑岩岩墙(图2f),岩浆复活导致破火山内部分岩层外倾。

5构造破坏及剥蚀阶段

中央侵入体侵位后,太仆寺旗破火山地区岩浆活动全面结束,进入长期风化剥蚀阶段,期间上覆火山岩顶盖遭剥蚀而暴露中央侵入体,最终形成如今地貌景观。太仆寺旗破火山的整体轮廓以及岩性岩相展布在磁异常上表现得尤为清晰。

破火山成矿规律

太仆寺旗破火山内发育两个成矿过程:第一是破火山复活阶段,该破火山中央侵出穹隆部位发育铅锌银多金属矿化;第二是侧火山口活动期,大边墙等侧火山口内侵入体形成阶段发育萤石矿化。由于不同空间构造—岩浆活动的差异,矿化在空间上具有很强的规律性。受破火山口和酸性、中酸性潜火山岩和浅成侵入体控制的斑岩型铅锌银多金属矿产分布于破火山中央部位;而火山热液型非金属矿产主要分布于外圈的火山岩中,受次级断裂、环状、放射状断裂制约。

1破火山中央成矿规律

在花岗斑岩与泡沫熔岩接触带,并有火山期后断裂叠加部位是良好的赋矿部位(图4)。破火山口中心为花岗斑岩侵入体,花岗斑岩剥蚀浅,斑岩顶部为侵出相流纹质泡沫熔岩。在破火山复活期,岩浆侵出地表后开始冷却,形成泡沫熔岩固结—半固结壳,由于该外壳的存在,使后续岩浆成为封闭系统。所以泡沫熔岩固体壳是一良好的封闭体,是阻碍挥发份向外逃逸的屏障。随后的残余熔体中热液逐渐增加,并聚集在顶部发生蚀变矿化。当岩浆进一步冷却时,顶部发生收缩产生裂隙,晚期热液多次反复沿裂隙活动,形成裂隙脉型矿化和细脉—浸染状矿化。目前,发现的蚀变矿化主要分布在花岗斑岩与泡沫熔岩的接触部位。此外,后期构造破碎又加剧了热液蚀变的进程,在中央侵出穹隆内,伴随破火山形成而产生的环状、放射状断裂及火山期后北东和北西向断裂都比较发育,这些构造相对比较薄弱的位置,有利于潜火山岩浆侵入活动、地热流体和大气降水的下渗环流,是成矿的有利场所。所以在花岗斑岩顶部又有构造破碎带叠加的部位矿化最好,多为矿(化)点直接产出的部位。太仆寺旗破火山中部围岩蚀变主要有钾化、绢云母化、铁锰矿化、黄铁矿化和高岭土化。该区Pb、Zn、Ag、Cu和Pb、Zn、Mn、Ag多金属矿产有良好的成矿远景。

综上,太仆寺旗中部近东西向地化异常和矿化,受东西向基底断裂、破火山口构造、破火山中心斑岩图4太仆寺旗破火山根部花岗斑岩蚀变矿化系统示意图体和火山期后断裂的多重控制。太仆寺旗破火山中铅锌银多金属矿的形成过程(或机制)的时空关系概括如下:破火山口内铅锌银铜多金属矿化的形成与中央侵出侵入体有密切的成因关系,广泛的火山—侵入岩浆活动为成矿提供了有利的岩性条件和重要的成矿物质。在时间上,主要是破火山复活阶段制约了Pb、Zn、Ag、Cu和Pb、Zn、Mn、Ag多金属矿产的形成。在空间上,火山构造和次级断裂、裂隙构造为矿液提供了活动空间和矿质沉淀场所,另外,矿产的产出还受岩性的控制,于是从中部到洼地边部的次级火山构造和断裂构造发育的火山侵出—侵入相岩石的广布地带则是铅锌银产出的主要地带。上述矿产的形成过程和定位机制类型即构成了一个矿化与岩相—构造有机联系的酸性破火山岩相—构造—成矿(找矿)模式。

2破火山边缘成矿规律

太仆寺旗破火山边缘的侧火山也是很好的赋矿部位,在大边墙侧火山内,发育了很好的萤石矿床。萤石矿化主要与酸性潜火山岩有关,并受岩体内放射状断裂破碎带控制,属于浅成低温热液型成矿。萤石矿体多呈脉状,脉体不大,主脉约100m,厚度约20m,各矿脉沿侧火山内放射状断裂破碎带延伸。其成因与火山旋回末期的火山—次火山岩浆低温热液活动有关。围岩常具角砾状,矿石矿物中以冰长石的出现为鲜明特征,具有较典型的低温成矿特征。由于破火山口外围环状断裂演化与侧火山岩浆活动同步进行,随着侧火山的形成,火山—潜火山热液沿断裂运移并在其中上部形成Pb、Zn、Mo、Bi等元素富集异常。之后,侧火山形成的放射状断裂的强烈活动,伴随晚期低温含矿热液的再次侵入和成矿作用的发生,形成独立的萤石矿体,同时叠加改造已形成的Pb、Zn、Mo、Bi等矿化。

结论

太仆寺旗破火山中心为流纹质泡沫熔岩、花岗斑岩,向外为大规模岩流堆积,边缘为沿外环断裂分布的侧火山口溢流相熔岩。该破火山的喷发是一次能量巨大的普林尼式爆发,火山活动经历了4个阶段:①强烈爆发,形成普林尼式喷发柱,喷发柱垮塌后形成浮岩流相;②岩浆房抽空,破火山口塌陷,破火山口湖内开始喷发沉积;③破火山整体塌陷,外环断裂形成,侧火山开始喷发;④破火山复活,中央高位岩浆房岩浆上升,形成中央侵出—侵入穹隆,破火山活动终止。Pb、Zn、Ag、Cu等多金属矿产严格受破火山口中心侵入穹隆控制,空间上,矿化分布在花岗斑岩与泡沫熔岩接触界线近花岗斑岩一侧的蚀变破碎带中;时间上,矿化形成于火山活动末期。

火山地热演变经过探讨责任编辑:陈老师    阅读:人次