程銀行，滕學建，楊俊泉，任邦方

（天津地質礦產研究所，天津 300170）

內蒙古東烏旗敖包查干地區(qū)中生代陸相火山構造特征

程銀行，滕學建，楊俊泉，任邦方

（天津地質礦產研究所，天津 300170）

通過對內蒙古東烏珠穆沁旗（簡稱東烏旗）敖包查干地區(qū)中生代陸相火山巖地質調查、同位素年齡測定、巖性巖相分析，劃分出兩個火山活動旋回（滿克頭鄂博旋回和白音高老旋回），恢復了9個古火山機構，識別出11個火山口，確定中生代火山噴發(fā)時限約為30～40 Ma。兩個火山活動旋回均以偏中性安山質火山碎屑巖、熔巖開始到酸性火山碎屑巖、熔巖結束?；鹕交顒用黠@受區(qū)域構造控制，沿北東-北北東向基底構造多呈中心式噴發(fā)，成群呈帶分布，形成兩個疊置的滿克頭鄂博破火山群和白音高老層狀火山群。

中生代；陸相火山；火山構造；敖包查干；內蒙古

1 地質概況

敖包查干位于內蒙古東烏旗東北約200 km處，該區(qū)中生代陸相火山巖極為發(fā)育，屬中生代大興安嶺巖漿巖帶組成部分。區(qū)域上處于古生代興蒙造山帶與中生代大興安嶺巖漿巖帶的疊加部位，大興安嶺巖漿巖帶成北北東向跨越在興蒙造山帶不同的構造單元之上，地質構造十分復雜[1]。巖漿巖帶火山巖形成全盛時期主要為晚侏羅世至早白堊世，火山巖呈北東向環(huán)狀分布[2]。大興安嶺巖漿巖帶形成時代及大地構造意義，引起了很多國內學者的關注[1-8]，對中生代巖漿活動和構造背景方面進行了研究，圍繞大興安嶺巖漿巖帶成因提出了板內底侵作用[3]、太平洋的俯沖作用[4]、裂谷作用[5]、大陸根－柱作用[6]等成因模式。本文試圖在Ⅳ級、Ⅴ級[9]火山構造尺度上，從火山巖巖性巖相空間展布和火山構造來探討火山活動的期次和活動規(guī)律。

2008-2010年筆者參加了敖包查干地區(qū)的1:5萬區(qū)域地質調查，并選擇1252高地中生代陸相火山巖比較發(fā)育的區(qū)域進行了詳細剖析，研究區(qū)面積約400 km2。區(qū)內出露的地層主體為中生代火山巖（圖1），前中生代變質巖系僅零星出露于研究區(qū)的北部、西部，為泥盆系安格爾音烏拉組變質砂巖、板巖，志留系臥都河組變質砂巖礫巖。這些變質巖系構成了研究區(qū)中生代火山活動的基底。區(qū)內中生代陸相火山活動時限為晚侏羅紀－白堊紀。筆者新獲得的SHRIMP鋯石U-Pb測年資料表明火山活動集中在兩個高峰期，早期集中在157～174 Ma，區(qū)域上相當于前人劃分的滿克頭鄂博期火山巖，晚期集中在123～131 Ma，為白音高老期火山巖，推斷區(qū)內火山活動經歷了約30～40 Ma。大規(guī)模強烈的火山噴發(fā)活動，形成了數(shù)千米厚的火山物質，在莫合爾圖、1252高地、查干烏蘇等地（圖1）發(fā)育了比較典型的破火山、層狀火山火山機構及其組合體。

2 火山噴發(fā)旋回的劃分

敖包查干地區(qū)中生代陸相火山活動經歷了約30～40 Ma的噴發(fā)活動，形成了數(shù)千米厚的火山沉積層。通過1:5萬野外地質填圖，劃分了兩個火山活動旋回，即早期滿克頭鄂博旋回和晚期白音高老旋回。兩個火山旋回存在約26 Ma噴發(fā)間斷。在1252高地南側白音高老旋回的底部出露磨圓度好較為穩(wěn)定的流紋質熔結凝灰?guī)r礫巖層，證實兩個火山旋回存在噴發(fā)間斷。此外，兩旋回火山產物的巖性巖相、火山活動強度及規(guī)模上差異較大。每個火山旋回根據其間的火山碎屑沉積巖夾層（火山活動間歇期）可分別劃分出兩個亞旋回，根據巖性巖相和火山活動的規(guī)律分別劃分了6個和10個火山噴發(fā)韻律（圖2）。兩個火山活動旋回均以中性安山質火山碎屑巖、熔巖開始到酸性火山碎屑巖、熔巖結束，但是早期滿克頭鄂博旋回以火山碎屑巖為主，具有破火山的特征，而晚期白音高老旋回為熔巖、火山碎屑巖互層，具層狀火山的特征。

圖1 敖包查干地區(qū)中生代陸相火山構造巖性巖相圖Fig.1 Volcanic facies of the Mesozoic continental volcano in Qagan Obo

2.1 早期滿克頭鄂博旋回（157～174 Ma）

該旋回火山巖主要分布在莫合爾圖、尼仁高勒一帶，出露面積約25 km2，厚度約800 m，研究區(qū)可恢復出兩個古火山機構。主要巖相、巖性為碎屑流相的流紋質熔結凝灰?guī)r，爆發(fā)空落相含角礫晶屑凝灰?guī)r、安山質凝灰?guī)r，溢流相的流紋巖、安山巖，火山口湖相的細礫巖、長石石英砂巖、凝灰質砂巖等。根據火山碎屑沉積巖噴發(fā)間歇期將該旋回劃分為兩個亞旋回，根據巖性巖相劃分了6個噴發(fā)韻律（圖2）。

亞旋回1：下部是由偏中性的安山質火山碎屑巖、安山巖組成，厚度約170 m；上部是由酸性熔結凝灰?guī)r、含角礫晶屑凝灰?guī)r及少量的流紋巖構成，厚度約430 m。該亞旋回根據巖性巖相劃分了5個噴發(fā)韻律，韻律特征為從爆發(fā)空落相含角礫凝灰?guī)r→火山碎屑流相熔結凝灰?guī)r→溢流相的熔巖，每一個韻律代表了一次火山活動。其中韻律1～4表明了火山活動從強→弱的變化，韻律5表明火山活動從強→弱→強→弱，最終靜止接受后期改造的變化規(guī)律。

亞旋回2：下部主要為火山碎屑沉積巖，上部主要為熔結凝灰?guī)r，厚度約200 m。該亞旋回只存在一個噴發(fā)韻律，韻律特征為爆發(fā)崩落相火山角礫巖→含角礫凝灰?guī)r→火山碎屑流相熔結凝灰?guī)r→溢流相的熔巖。該韻律特征表明了火山活動由強→弱→強的變化規(guī)律。該旋回底部的沉積相為湖相沉積，主要的巖性為含礫粗砂巖、砂巖、粉砂巖，其中粉砂巖水平層理清晰，表明莫合爾圖地區(qū)存在一破火山湖，自湖中心至邊部碎屑物沉積厚度變薄，碎屑物粒度變粗。在莫合爾圖破火山湖剖面圖中共有3處見到碎屑沉積巖，沉積物厚度由54 m→32 m→22 m，有逐漸變薄的變化規(guī)律。

2.2 白音高老旋回（123～131 Ma）

圖2 敖包查干地區(qū)中生代陸相火山巖柱狀圖Fig.2 The columnar map of the Mesozoic continental volcano in Qagan Obo

該旋回火山巖主要分布在1252高地一帶，出露面積約240 km2，厚度約1 170 m。主要巖相巖性為溢流相的流紋巖、球粒流紋巖、珍珠巖、黑耀巖、凝灰熔巖、安山巖等，為野外識別白音高老期火山巖的主要標志。爆發(fā)空落相為含角礫晶屑凝灰?guī)r、安山質凝灰?guī)r，爆發(fā)崩落相為火山角礫巖、含集塊角礫巖，沉積相的細礫巖、長石石英砂巖、凝灰質砂巖等。根據火山碎屑沉積巖噴發(fā)間歇期將該旋回劃分為兩個亞旋回，根據巖性巖相劃分出10個噴發(fā)韻律（圖2）。

亞旋回1：下部由偏中性的粗安質火山碎屑巖、安山巖組成，厚度約200 m；上部由以溢流相流紋巖為主，夾熔結凝灰?guī)r、凝灰?guī)r，厚度約500 m。該亞旋回根據巖性巖相劃分出7個噴發(fā)韻律，具兩種噴發(fā)韻律特征。韻律1～5及7是由爆發(fā)空落相含角礫凝灰?guī)r→溢流相流紋巖構成，韻律6是由爆發(fā)崩塌相火山角礫巖→爆發(fā)空落相含角礫凝灰?guī)r→溢流相流紋巖構成。每一個韻律代表了一次火山活動，即該亞旋回火山至少活動了7次。上述特征均表明了火山活動從強→弱的變化。

亞旋回2：下部主要為火山碎屑沉積巖，上部主要為流紋質火山碎屑巖和流紋巖。厚度約470 m。該亞旋回可劃分出3個噴發(fā)韻律，爆發(fā)空落相含角礫凝灰?guī)r→溢流相流紋巖構成。該韻律特征表明了火山活動由強→弱的變化規(guī)律。

2.3 兩旋回主要特征對比

綜上兩個旋回主要特征可以看出：早期滿克頭鄂博旋回以流紋質熔結凝灰?guī)r為主，晚期白音高老旋回以流紋巖、球粒流紋巖、珍珠巖、黑耀巖為主要特征；早期火山活動相對于晚期火山活動而言，其火山活動次數(shù)相對較少，火山物質較少，但強度較大；空間展布上，晚期火山物質分布較廣，覆蓋于早期火山之上，故早期火山物質僅出露在盆地邊緣，出露面積約為晚期火山產物的十分之一。

3 火山構造特征

根據指南[9]的火山構造分類，研究區(qū)應為一Ⅳ級火山構造盆地，隸屬于Ⅰ級火山構造大興安嶺－太行山中、新生代巨型火山活動帶，Ⅱ級火山構造為大興安嶺中、新生代火山帶，Ⅲ級火山構造為扎蘭屯中、新生代火山噴發(fā)帶。Ⅳ級火山構造可進一步劃屬為火山群、火山洼地、火山盆地[9]。其中，火山盆地是受區(qū)域構造控制，在火山活動之前盆地就已經形成，并在盆地底部普遍有先存的盆地沉積，之后火山物質疊加其上，而火山洼地與區(qū)域構造關系不密切，它是由火山作用形成的，受火山作用控制，且其基底不存在盆地沉積?；鹕饺菏侵感纬傻牡厥窌r代基本一致，巖石或巖相組合及火山機構類型相似的一群火山機構，呈群落式組合在一起。

根據上述Ⅳ級火山構造的特征，結合火山產物的空間和活動時限范圍，將研究區(qū)內Ⅳ級火山構造劃分為一個火山盆地（1252高地火山盆地），由兩個疊加的火山群構成（圖1和表1）。

早期滿克頭鄂博火山群是以熔結凝灰?guī)r為主具破火山特征的破火山群，晚期白音高老火山群是以火山碎屑巖和流紋巖互層，并以流紋巖為主，具層狀火山特征的層狀火山群。雖然兩個火山群在空間上位于同一個火山盆地，但從火山活動的時限范圍來看它們屬于不同的火山活動階段；白音高老旋回底部的沉積巖層，且該巖層在界線上比Ⅴ級火山機構巖性巖相間界線要穩(wěn)定的多，表明他與滿克頭鄂博旋回有較長時間的間隔，同位素測年也支持這一認識。同時兩個旋回的火山巖巖性、巖相大不相同。因此，將其劃分為兩個Ⅳ級火山構造更能反映其火山活動的規(guī)律?，F(xiàn)將區(qū)內Ⅳ級火山構造的特征分述如下：

3.1 1252高地火山盆地

位于1252高地一帶，不整合于前中生代基底之上，受基底構造控制，由早期滿克頭鄂博旋回和晚期白音高老旋回火山巖系組成（圖1）。

形態(tài)特征：整體上呈橢圓形，北東向展布與基底構造線基本一致（圖1），盆地的南、東邊界均超出了研究區(qū)的范圍，研究區(qū)內盆地長約27 km、寬約13 km，面積約260 km2。盆地被北西、北東東向的斷裂和水系所分割。盆地的中心位于烏散查干一帶，地勢較低，其外緣由高山環(huán)繞，形成外高內底的盆地形態(tài)。

表1 研究區(qū)火山構造劃分表Table 1 The main volcanic structure type and characteristic in Qagan Obo

結構構造特征：盆地是由早期及晚期兩個火山群疊置而成，共包括9個Ⅴ級火山機構、11個火山口。其主體是由晚期的白音高老旋回的火山巖系組成，早期的滿克頭鄂博旋回火山巖僅在莫和爾圖、尼仁高勒一帶的盆地邊部出露。

3.2 滿克頭鄂博火山群

由于早期的火山產物多被覆蓋，區(qū)內僅恢復了2個不太完整的Ⅴ級古火山機構，主要的巖性巖相有爆發(fā)崩落相火山角礫巖、含角礫凝灰?guī)r，火山碎屑流相熔結凝灰?guī)r以及少量溢流相的流紋巖，并在莫和爾圖古火山機構中見有破火山口湖相沉積。兩個火山機構的地史時代根據同位素測年在157～174 Ma，可視為同一時代；巖性或巖相均以火山碎屑巖為主；火山機構的類型多為破火山，火山類型相似，根據這些特征將其劃為同一火山群較為合適。

由于多旋回、多期次的噴發(fā)活動，使火山產物互相疊加，造成了火山機構的疊加、重疊與復合。再加上長期的風化剝蝕及后期的運動的改造，草原覆蓋區(qū)基巖露頭非常差等因素，給識別與研究火山機構帶來一定的難度，現(xiàn)結合遙感影像色調、影紋特征，以早期莫和爾圖破火山(圖3)為例詳細介紹研究區(qū)內Ⅴ級火山機構的特征。

圖3 莫合爾圖破火山機構巖性巖相地質簡圖（圖例同圖1）Fig.3 Volcanic facies map of Moheertu caldera

滿克頭鄂博旋回火山構造是本區(qū)活動最為強烈的時期，多次的火山噴發(fā)活動形成大面積的火山碎屑流堆積（流紋質熔結凝灰?guī)r），由于火山物質的快速噴出導致淺部巖漿房中的物質虧損，巖漿房失去支撐，塌陷而形成破火山口，在火山活動間歇期接受湖相沉積。莫合爾圖破火山由于受到后期運動的改造及風化剝蝕，形態(tài)已不夠完整，研究區(qū)只可見到不足火山機構的二分之一，根據殘存的火山機構判斷其為長軸北東走向，長約13 km，短軸約8 km，表明火山構造的形成并非處于一種自由邊界，可能是受到了北東向構造空間應力場的制約。

該火山機構的主要特征：巖性巖相主要為爆發(fā)崩落堆積的火山角礫巖、爆發(fā)空落堆積晶屑凝灰?guī)r、含角礫的凝灰?guī)r、火山碎屑流相熔結凝灰?guī)r。各巖相呈半環(huán)狀展布，南側以熔結凝灰?guī)r為主，構成破火山口的主體，北側核部發(fā)育火山口湖相沉積（圖4）；環(huán)形構造、放射狀斷裂極為發(fā)育，從火山機構巖相地質簡圖（圖3）、遙感影像圖（圖5）上可以明顯看到；環(huán)狀、放射狀脈巖和破碎帶特別發(fā)育，即沿著火山的環(huán)狀斷裂、放射狀斷裂多發(fā)育潛火山巖；環(huán)狀水系發(fā)育，在地形圖、遙感影像圖（圖5）上均可以見到較為明顯的環(huán)狀影像特征；地層產狀向火山機構中心傾斜，傾角12°-45°，越靠近火山中心傾角越小。

3.3 白音高老火山群

主要為白音高老旋回火山物質，出露面積約230 km2，整體呈北東－北北東向展布。根據巖性巖相、構造等特征恢復了7個Ⅴ級火山機構（表1）9個火山口。這7個Ⅴ級火山機構共同特征是：根據同位素測年其年齡在123～131 Ma，幾乎為同一時代；火山機構的類型多為層狀火山或者破火山，火山類型相似；巖性巖相多以熔巖和火山碎屑巖互層。主要巖相、巖性為溢流相的流紋巖、凝灰熔巖、安山巖等，爆發(fā)空落相含角礫晶屑凝灰?guī)r、安山質凝灰?guī)r，爆發(fā)崩落相火山角礫巖、含集塊角礫巖及少量沉積相的細礫巖、長石石英砂巖、凝灰質砂巖。因此將上述地史時代基本一致，巖石或巖相組合及火山機構類型相似的一群火山機構，呈群落式組合在一起，劃為同一個火山群。

根據Ⅴ級火山機構的形態(tài)和空間關系可見其有兩條北東-北北向間距約4 km的火山噴發(fā)帶，即1252高地火山噴發(fā)帶和查干烏蘇火山噴發(fā)帶（圖1）。1252高地火山噴發(fā)帶，包括1252高地層狀火山、1252高地西南層狀火山、1252高地東北層狀火山三個火山機構，四個火口，整體呈北東向展布，長約10 km，寬約6 km。查干烏蘇火山噴發(fā)帶，包括查干烏蘇層狀火山、查干烏蘇南層狀火山、烏散查干西破火山、烏散查干東層狀火山四個火山機構，五個火口，兩端延伸出研究區(qū)。兩條火山噴發(fā)帶近于平行排列，由于火山物質之間的疊置關系及研究區(qū)的基巖露頭限制，很難分開兩條火山噴發(fā)帶的界線。

現(xiàn)以查干烏蘇火山詳細介紹白音高老期火山機構特征。

該火山機構（圖6）位于研究區(qū)東部查干烏蘇一帶，屬白音高老旋回的火山產物。其特點：1）該火山機構整體形態(tài)呈等軸狀，直徑約7 km，各火山巖相近圓形分布于火山機構的周圍。2）該火山機構以溢流相的流紋巖、凝灰熔巖和流紋質火山角礫巖、集塊巖、含角礫凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r互層為主，具有層狀火山的特征。3）自火山口中心向外的火山巖相：爆發(fā)崩落相流紋質集塊巖、火山角礫巖→爆發(fā)空落相含角礫凝灰?guī)r、流紋質晶屑凝灰?guī)r、凝灰?guī)r→溢流相流紋質凝灰熔巖、流紋巖→火山碎屑沉積相。基本上符合一個典型的完整火山機構的巖相分布，特別是在該火山機構北東方向這一特征更加明顯。各火山巖相多圍繞火山口分布，環(huán)狀形態(tài)較為明顯。4）火山口中心為沿火山頸侵出的流紋巖、流紋斑巖，平面形態(tài)呈橢圓形，見有柱狀節(jié)理和熔巖外殼，節(jié)理和平緩的頂面流動構造接近垂直，邊部流面產狀較陡。5）潛火山巖相呈環(huán)狀、放射狀分布于火山口的周圍，環(huán)狀、放射狀斷裂非常明顯，環(huán)狀水系較為發(fā)育。6）該火山機構的產狀自火山口中心向外有逐漸變緩的趨勢，特別是在該火山機構的西側，測得的地層（流面）的產狀：340°∠30°→320°∠25°→310°∠15°→330°∠14°，近火山口的產狀傾角、傾向變化較大。

圖4 莫合爾圖晚侏羅世破火山口湖剖面(圖例同圖1)Fig.4 The section sketch map of Moheertu caldera lake

圖5 莫和爾圖火山機構遙感影像圖及其解譯環(huán)狀、放射狀構造圖（圖例同圖1）Fig.5 The remote sensing image and interpretation of Moheertu caldera

圖6 查干烏蘇層狀火山機構巖性巖相地質簡圖Fig.6 The volcanic faces map of Chaganwusu caldera

3.4 兩期火山構造特征對比

據上述火山構造特征，認為早期滿克頭鄂博旋回受北東-北東東向前中生代基底擠壓斷裂控制，火山口及火山物質多圍繞該走向分布，火山機構形態(tài)受到擠壓構造影響呈橢圓狀，明顯受到區(qū)域擠壓應力場的制約，即早期擠壓造山階段；晚期白音高老旋回是以早期滿克頭鄂博火山物質為基底，受北東－北北東向斷裂控制，火山口及火山物質在區(qū)域上呈北北東向展布，火山機構多為等軸狀，說明火山活動可能處于一種自由狀態(tài)，即板內伸展階段。因此，在131～157 Ma間該區(qū)基底構造存在由NE－NEE向NNE轉換的可能。

4 結論

敖包查干地區(qū)中生代陸相火山構造的基本特征歸納如下：

（1）火山構造數(shù)量多、類型多樣，火山構造具有多期、多旋回的特征。在僅260 km2的火山巖區(qū)發(fā)育一個Ⅳ級火山盆地，2個Ⅳ級火山群，9個Ⅴ級火山機構和11個火山口；發(fā)育兩個時期的火山構造，它們在類型、物質成分、結構與空間分布上具有各自的特征?；鹕綐嬙斓男纬删哂卸嚯A段和多旋回的演化過程，多數(shù)火山顯示出多期性噴發(fā)活動的特征。

（2）火山構造形成時的噴發(fā)方式以中心式為主，環(huán)狀、放射狀斷裂較為發(fā)育。根據對研究區(qū)9個Ⅴ級火山機構的構造、巖性巖相以及火山產物的空間分布的分析，表明中心式噴發(fā)是本區(qū)火山活動的基本方式。環(huán)狀、放射狀斷裂及沿著火山的環(huán)狀斷裂、放射狀斷裂多發(fā)育潛火山巖和環(huán)狀水系明顯發(fā)育。

（3）火山機構在空間分布和排列組合上具有一定的規(guī)律性。早期滿克頭鄂博旋回的火山主要分布在莫合爾圖、尼仁高勒一帶，1252高地火山盆地的邊緣。晚期白音高老旋回火山疊加于早期火山之上；同期火山機構間互相疊置，火山口呈群出現(xiàn)，總體北東向帶狀分布。

（4）兩期構造的轉變。滿克頭鄂博期火山活動由北東-北東東向前中生代基底擠壓斷裂控制，受擠壓構造空間應力場的制約，到白音高老期火山活動具向北北東方向演化的趨勢。反應了由早期擠壓造山向晚期板內伸展階段的轉換

（5）火山構造與成礦關系密切。區(qū)內許多礦化蝕變帶（點）與火山構造具有較為明顯的時空分布和成因聯(lián)系。如莫合爾圖Pb、Zn礦化蝕變帶（點）處于火山構造環(huán)狀斷裂與區(qū)域近南北向斷裂的交匯部位；珍珠巖礦床分布于一定火山構造類型中，并與一定旋回、巖相有關。

由于研究區(qū)面積相對較小，基巖露頭較差，對區(qū)內火山構造及地質意義的認識可能存在很多不足之處，還需進一步調查研究。

致謝：本文以1/5萬敖包查干區(qū)調項目組提供的資料為基礎；趙鳳清研究員審閱了本文初稿，提出了許多寶貴意見，使筆者受益匪淺；與劉永順教授級高工交換意見也有助于筆者對本文的思考。在此一并致以誠摯的感謝。

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Mesozoic Continental Volcanic Structure in Qagan Obo Area，Dongwu Qi,Inner Mongolia

CHENG Yin-hang,TENG Xue-jian,YANG Jun-quan,REN Bang-fang
（Tianjin institute of Geology and Mineral resources,Tianjin 300170，China)

Mesozoic continental volcanic rocks are widely distributed in Qagan Obo area,which are the important component of Daxing'anling volcanism.The isotopic data and the volcanic rock facies indicate that the volcano eruption experienced about 30～40 Ma with two cycles of volcanic activities which are Manketouebo and Baiyingaolao.We recognize 9 ancient volcanic structures and 11 craters.Both two cycles of volcano eruption all began with partial intermediate pyroclastic rocks and lava rocks,and end with acid volcanic rocks.The volcanic activities are controlled by the regional fault belt obviously,and the eruption centers distribute along the NE-NNE basement structure.The most craters appear in two superimposed volcano groups,named Caldera groups and Stratordcano groups.

Mesozoic;continental volcano;volcanic structure;Qagan Obo;Inner Mongolia

P588.14

A

1672－4135(2011）01－0016-07

2010-02-22

國家地質大調查項目：內蒙古敖包查地區(qū)五幅1/5萬區(qū)調項目（1212010881218）

程銀行（1982-），男，工程師，地質學專業(yè)，主要從事區(qū)域地質和礦產地質調查與研究工作。E-mail：weicheng1858@163.com。