趙波 許建東 肖旭 孫洪亮 張柳毅 陳正全

ZHAO Bo1，XU JianDong1，XIAO Xu2，SUN HongLiang3，ZHANG LiuYi1 and CHEN ZhengQuan1

1. 中國地震局地質(zhì)研究所，活動構(gòu)造與火山中國地震局重點實驗室，北京 100029

2. 中國地震局地球物理研究所，北京 100081

3. 中國石油塔里木油田公司，庫爾勒 841000

1. Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China

2. Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，Beijing 100081，China

3. Tarim Oilfield PetroChina Limited，Korla 841000，China

2014-01-02 收稿，2014-04-30 改回.

圖1 阿什庫勒盆地位置圖(a)和大黑山火山位置圖(b)Fig.1 Location of Ashikule basin (a)and location of Daheishan volcano (b)

新疆阿什庫勒火山群位于新疆于田縣城南120km 西昆侖山中(圖1a)，平均海拔在4700m 以上。據(jù)新疆日報報道阿什庫勒火山于1951 年5 月27 日爆發(fā)過(劉嘉麒和買買提·依明，1990)，構(gòu)造活動活躍。阿什庫勒火山群發(fā)育阿什火山、大黑山火山、烏魯克火山、迷宮山火山、月牙山火山、牦牛山火山、馬蹄山火山和椅子山火山等火山渣錐以及數(shù)以十記的濺落錐，熔巖臺地分布面積約200km2(圖1b)。前人對阿什庫勒火山群及其周圍地區(qū)的研究主要集中在火山地質(zhì)、巖石學(xué)、地球化學(xué)、年代學(xué)以及構(gòu)造成因等方面(鄧萬明，1989a，b，1998，2003a，b;李栓科，1991;趙興有等，1993;劉嘉麒，1999;劉若新，2000;Mattern and Schneider，2000;Tapponnier et al.，2001;Cooper et al.，2002;張招崇等，2002;Guo et al.，2006;林清茶等，2007;潘家偉，2011;Shan et al.，2011;許建東等，2011;Liao et al.，2012;Jiang et al.，2013;潘家偉等，2013;Xu et al.，2013;Guo et al.，2014;申歡歡等，2014;Yu et al.，2014)。研究結(jié)果表明，阿什庫勒盆地內(nèi)的火山活動幾乎都發(fā)生在第四紀(jì)，火山類型大部分屬于中小規(guī)模的斯通博利式噴發(fā)和平靜的夏威夷式噴發(fā)。

大黑山火山是阿什庫勒盆地內(nèi)最高的火山，位于盆地的中北部，K-Ar 年齡為0.5Ma 和0.6Ma(劉嘉麒和買買提·依明，1990)。劉嘉麒和買買提·依明(1990)提出大黑山是一座大型復(fù)式火山，噴發(fā)產(chǎn)物主要是熔巖流和濺落堆積物。本次研究在大黑山火山(2 號火山)錐體南側(cè)新發(fā)現(xiàn)一套火山碎屑熔巖。鄧萬明(1998)指出在中昆侖和西昆侖火山巖區(qū)，火山碎屑巖以及火山碎屑熔巖零星出露。阿什庫勒火山群更未有火山碎屑熔巖的報道。一般來說，火山碎屑熔巖是火山碎屑巖向熔巖過渡的巖石類型，其成因類型與火山噴發(fā)方式或熔巖流流動環(huán)境密切相關(guān)。

本文主要以大黑山火山碎屑熔巖為研究對象，通過地層學(xué)、顯微結(jié)構(gòu)以及地球化學(xué)特征的分析，建立大黑山火山碎屑熔巖的巖相模式，初步探討火山碎屑熔巖的成因及其作用過程。

1 大黑山火山地質(zhì)概況

大黑山火山就是2 號火山，位于盆地的中北部，它的東南峰為盆地內(nèi)最高峰，海拔約5080m(圖2b)。通過遙感圖像獲得大黑山火山底部基座南北長1240m，東西長1100m?；鹂谠珫|西長510m，南北440m。大黑山是一座大型復(fù)式火山(劉嘉麒和買買提·依明，1990;鄧萬明，1998)，整體形態(tài)保存差，錐體有4 個缺口，大致分布于東西南北四個方向。但它到底是由幾種火山體組成，一直困擾著研究者。

在遙感影像中，大黑山火山錐體北側(cè)可見清晰的環(huán)狀形態(tài)(圖2c)，具有多期活動特征。外側(cè)的環(huán)為大黑山早期錐體，錐體外坡發(fā)育羊尾巴沖溝(圖2a)，坡角約為16°。錐體破壞嚴(yán)重，東西南北各個方向均有熔巖流溢出口，熔巖流北至山根，西至阿什庫勒湖邊，東與椅子山火山所在洪積扇相接，南與烏魯克火山熔巖流接壤，是阿什庫勒火山群熔巖臺地分布最廣的火山。大黑山早期活動開始是爆破噴發(fā)為主，緊接著為溢流噴發(fā)，破壞了錐體，早期的噴發(fā)基本奠定了現(xiàn)在大黑山火山錐體的分布格局。

圖2 大黑山火山口照片、遙感影像及錐體地質(zhì)簡圖(a)-大黑山火山錐(拍攝方向從南往北);(b)-大黑山最高峰(拍攝方向從東往西);(c)-大黑山遙感影像;(d)-大黑山南側(cè)火口垣V 形缺口;(e)-大黑山火山口(拍攝方向從南往北);(f)-大黑山火口地質(zhì)簡圖;(g)-大黑山南北向剖面圖Fig.2 Pictures，remote sensing image and geological map of Daheishan volcano(a)-cone of Daheishan (from south to north);(b)-the highest peak of Daheishan (from west to east);(c)-remote sensing image of Daheishan;(d)-“V”gap;(e)-crater of Daheishan;(f)-volcanic geological map of Daheishan;(g)-section of Dahieshan (from south to north)

內(nèi)側(cè)的環(huán)為火口垣，東西高，北側(cè)平緩，南側(cè)是一缺口?；鹂谠现饕羌t褐色熔巖餅，氣孔發(fā)育。南側(cè)缺口呈“V”字形，貫穿大黑山火山整個南側(cè)錐體。在缺口壁上，可見大塊火山渣與熔巖餅互層堆積(圖2d)，反映了火山爆發(fā)強度的變化。黑色火山渣粒徑范圍10 ～20cm，比重輕，棱角尖銳，氣孔發(fā)育，表明巖漿碎屑化程度較低，爆發(fā)強度弱。地貌上內(nèi)側(cè)錐體與外側(cè)的錐體明顯具有不連續(xù)性(圖2b)，這表明后期的噴發(fā)對早期錐體造成了破壞，可能的原因就是兩次噴發(fā)具有較長的時間間隔，噴火口位置發(fā)生了改變。這個時期大黑山火山活動主要以造濺落錐為主，晚期有少量熔巖流溢出，但火山活動規(guī)模要小于早期的噴發(fā)規(guī)模。

野外地質(zhì)調(diào)查在火口垣北側(cè)發(fā)現(xiàn)一個寄生火山錐，寄生火山的爆發(fā)破壞了火口垣北側(cè)部分，也就是為什么北側(cè)火口垣海拔低于東西火口垣的主要原因。寄生火山錐體上發(fā)育直徑達(dá)1m 的火山彈，此外還可見紅褐色的熔巖餅。寄生火山的出現(xiàn)表明大黑山火山活動已進入末期。

火口內(nèi)部地勢平緩，北高南低，無積水，有小沖溝，底部覆蓋洪積物，這些地貌特征直接反映大黑山火山經(jīng)過了較長時間的剝蝕作用(圖2e)，同時也反映大黑山火山在很長的一段時間里沒有大規(guī)模的活動。

根據(jù)遙感影像、地貌特征和野外地質(zhì)調(diào)查，大黑山火山錐體由渣錐、濺落錐和寄生火山錐組成(圖2f，g)?；鹕絿姲l(fā)具有多期性、活動規(guī)模由大到小、爆發(fā)強度由強到弱的特征。前人K-Ar 測年所得結(jié)果也與多期性這個特征相呼應(yīng)(劉嘉麒和買買提·依明，1990)。

2 大黑山火山碎屑熔巖

圖3 大黑山火山碎屑熔巖照片及地層剖面示意圖(a)-近源相厚層堆積;(b)-氣囊構(gòu)造;(c)-中源相龜裂地層;(d)-中源塊狀構(gòu)造;(e)-遠(yuǎn)源相地層火山彈;(f)-遠(yuǎn)源碎裂構(gòu)造;(g)-火山碎屑熔巖地層剖面示意圖Fig.3 Pictures and section of pyrocalstic lavas(a)-thick-bedded deposits of proximal strata;(b)-big gas segregation structure;(c)-crack structure of median strata;(d)-block of median strata;(e)-bomb of distal strata;(f)-cataclastic structure of distal strata;(g)-section of pyroclastic-lava

火山碎屑巖以及火山碎屑熔巖是整個藏北新生代火山巖內(nèi)出露最少的火山巖之一(鄧萬明，1998)。阿什庫勒火山群火山噴發(fā)產(chǎn)物主要是熔巖，鮮有火山碎屑熔巖的報道。通過地層巖相特征和顯微結(jié)構(gòu)分析，對大黑山火山錐體南側(cè)的火山碎屑熔巖成因進行探討。

2.1 地層巖相特征

火山碎屑熔巖呈條帶狀南北向分布(圖2a)，中間發(fā)育沖溝，長約1.3km，隨著與火口距離變遠(yuǎn)，巖相發(fā)生變化。根據(jù)地貌、巖石類型以及地層結(jié)構(gòu)特征的變化，初步把該套火山碎屑巖劃分為近火口相、中源相和遠(yuǎn)源相進行探討。

近火口相地層(圖3a)，主要位于南側(cè)V 形缺口處，大黑山火山錐的南側(cè)邊緣，巖石類型主要為氣孔發(fā)育的含長石晶屑的強熔結(jié)集塊巖(圖3a)，厚層塊狀堆積，出露厚度約40m。巖屑大部分為同源剛性巖屑，為早期噴出巖，巖屑分選差，大的一般在10 ～20cm，小的2mm，次棱角狀，含量約20%;晶屑主要為灰黃色長石晶體，晶屑粒徑在1 ～4mm，破碎程度高，形態(tài)不一，含量約30%;氣孔長度1 ～2mm，呈扁平或拉長扭曲，含量50%。此外還發(fā)育氣囊構(gòu)造(圖3b)，氣囊長軸在60～80cm，表明揮發(fā)份等氣體物質(zhì)已經(jīng)沒有足夠壓力碎屑化巖漿，被巖漿包裹帶出，反映了火山晚期活動減弱，取巖石樣品521-10 和521-11。

中源相，距離火山錐約400m 處，黑色含長石晶屑的角礫熔巖，出露厚度4 ～6m。巖屑為同源剛性巖屑，粒徑5 ～6cm，次磨圓，含量約25%;晶屑主要為灰黃色長石晶體，破碎程度高，粒徑1 ～4mm，含量約25%;膠結(jié)物主要為巖漿，表面呈紅褐色，氣孔發(fā)育，含量約50%。剖面裂縫發(fā)育，把整個剖面分割為不規(guī)則的龜殼狀，判斷為冷卻收縮形成(圖3c)。往南約50m，溝中巖石呈塊狀出露，可見60 ～100cm 的同源巖塊，有磨圓，部分為磚紅色火山彈(圖3d)。取巖石樣品Dsh-2 和514-02。

遠(yuǎn)源相，呈扇狀分布，距離火口約1.3km，黑色火山角礫熔巖，地層出露厚度約10m，剖面呈碎裂狀，巖屑清晰可見(圖3e)。巖屑為同源剛性巖屑，粒徑1 ～4cm，次磨圓，有火山彈(圖3f)，含量約30%;晶屑主要為灰黃色長石晶體，破碎程度高，粒徑1 ～4mm，含量約25%;膠結(jié)物主要為巖漿，氣孔發(fā)育，含量約45%，取巖石樣品521-01、521-02、521-03和521-04。地貌上與大黑山早期熔巖臺地高差在3 ～5m。

巖石地層特征為近源發(fā)育氣囊構(gòu)造含長石晶屑的強熔結(jié)集塊巖、中源發(fā)育塊狀構(gòu)造含長石晶屑的角礫熔巖、遠(yuǎn)源發(fā)育火山彈含長石晶屑的角礫熔巖(圖3g)。宏觀上，研究區(qū)地層與火山碎屑流近源相堆積地層相比，凝灰物質(zhì)少，無漿屑拉伸現(xiàn)象。

2.2 顯微結(jié)構(gòu)

研究區(qū)火山巖石樣品薄片分析結(jié)果顯示，主要發(fā)育玻晶交織結(jié)構(gòu)和溶蝕結(jié)構(gòu)。此外還有少量的凝灰結(jié)構(gòu)。

玻晶交織結(jié)構(gòu) 玻晶交織結(jié)構(gòu)一般出現(xiàn)在安山巖和粗安巖中，在研究區(qū)樣品薄片中普遍發(fā)育。如近源的521-11(圖4a)，一部分為玻晶交織結(jié)構(gòu)基質(zhì)，一部分為?；郀罱Y(jié)構(gòu)。兩部分不規(guī)則混合接觸。521-03 樣品中(圖4b)，交織結(jié)構(gòu)特征明顯，長石微晶呈交織狀或半平行排列。

溶蝕結(jié)構(gòu) 溶蝕結(jié)構(gòu)主要有兩種，一種斑晶表面熔蝕成麻點狀，邊緣溶蝕弱，如521-03 樣品(圖4b)，由斑晶和黑色玻璃基質(zhì)組成，斑晶主要為長石，長石表面熔蝕麻點狀，含量約占15%，基質(zhì)含量約60%，氣孔含量約20%，其它礦物含量約5%。另一種斑晶邊緣溶蝕強，晶形破壞，邊緣參差不齊，如Dsh-02 樣品(圖4c)，由斑晶和黑色玻璃基質(zhì)組成，斑晶為長石，大小約4 ～5mm，有很多斑晶碎屑物質(zhì)組成的集合體分布于基質(zhì)中，含量約30%;玻基含量約50%;氣孔發(fā)育，含量約20%。此外還發(fā)育港灣結(jié)構(gòu)(圖4d)。

凝灰結(jié)構(gòu) 凝灰成分主要是晶屑和巖屑，玻屑很少。分成兩種，一種是晶屑聚合體，粒徑在0.1 ～0.3mm 之間，磨圓好，顆粒之間接觸緊密，被基質(zhì)所包圍(圖4e)，晶屑內(nèi)部可見麻點狀的熔蝕結(jié)構(gòu);另一種是晶屑和巖屑混合的聚合體(圖4f)，粒徑分選差，大的達(dá)0.5mm，小的達(dá)0.05mm，次棱角狀，大顆粒之間充填小顆粒，表面光滑。

玻晶交織結(jié)構(gòu)和溶蝕結(jié)構(gòu)是熔巖結(jié)構(gòu)特征。凝灰結(jié)構(gòu)是火山碎屑巖的結(jié)構(gòu)特征。兩種不同巖石類型的顯微結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在同一套連續(xù)地層上，到底是凝灰?guī)r還是熔巖?玻晶交織結(jié)構(gòu)和溶蝕結(jié)構(gòu)普遍發(fā)育，凝灰結(jié)構(gòu)少，而且多被熔巖基質(zhì)所環(huán)抱或是處于邊緣。常麗華等(2009)指出凝灰熔巖中常見熔巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造，晶屑一般常發(fā)育熔蝕結(jié)構(gòu)。

圖4 正交偏光下顯微結(jié)構(gòu)照片(a)-521-11 ?；郀罱Y(jié)與玻晶交織結(jié)構(gòu);(b)-521-03 玻晶交織結(jié)構(gòu)、溶蝕結(jié)構(gòu);(c)-Dsh-02 斑狀溶蝕結(jié)構(gòu);(d)-521-02 樣品的港灣狀溶蝕結(jié)構(gòu);(e)-521-02 凝灰結(jié)構(gòu)與?；郀罱Y(jié)構(gòu);(f)-Dsh-01 樣品凝灰結(jié)構(gòu)Fig.4 Pictures of micro-texture of pyroclastic-lava under crossed polarization(a)-hyalopilitic texture and vitroporphyritic texture of 521-11;(b)-hyalopilitic texture and resorption texture of 521-03;(c)-resorption texture of Dsh-02;(d)-bay-like resorption texture of 521-02;(e)-tuffaceous texture and vitroporphyritic texture;(f)-tuffaceous texture of Dsh-01

3 地球化學(xué)分析

3.1 全巖分析

鄧萬明(1998)指出阿什庫勒火山群巖石類型主要是安粗巖。選取大黑山熔巖樣品進行全巖測試，樣品依次:凝灰熔巖521-01 和Dsh-02 樣品;大黑山錐體西南邊緣黑色火山彈樣品514-01、大黑山北火口垣黑色火山渣樣品514-06 和大黑山北側(cè)寄生火口黑色致密熔巖樣品514-08(圖2f);大黑山早期熔巖流樣品516-02、516-03、516-04、516-06 和516-08，采樣位置均位于大黑山熔巖臺地邊緣。該次測試工作是在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所巖石化學(xué)分析實驗室完成，主要測試儀器為AxiosmaxX射線熒光光譜儀，檢測方法代號GB/T 14506.28—2010。詳細(xì)測試結(jié)果見表1。

TAS 投點結(jié)果表明(圖5a)，大黑山514-01 與516-02 等早期熔巖樣品巖性均為玄武粗安巖;錐體北側(cè)樣品514-06、514-08 與516-08 為粗安巖;樣品521-01 和Dsh-2 為粗面質(zhì)含集塊和角礫巖屑的晶屑凝灰熔巖。巖漿混合作用過渡類型的玄武粗安巖-粗面安山巖很多，巖漿結(jié)晶分異作用或混合作用形成的粗面巖較少。K2O 與SiO2投點結(jié)果表明(圖5b)，粗安巖為鉀玄巖系列。這些認(rèn)識與鄧萬明(1989b，1998)關(guān)于藏北巖石類型的認(rèn)識基本一致。

表1 大黑山巖石樣品主量元素成分(wt%)Table 1 Major element composition of Daheishan volcanic rocks (wt%)

圖5 大黑山火山巖樣品TAS 投點圖(a，據(jù)Le Maitre，1989)以及K2O 與SiO2 判別圖解(b，實線根據(jù)Peccerillo and Talyer，1976;虛線根據(jù)Middlemost，1985)Fig.5 TAS classification plot (a，after Le Maitre，1989)and diagram of K2O vs. SiO2(b，after Peccerillo and Talyer，1976;Middlemost，1985)of Daheishan volcanic rocks

巖石類型由玄武粗安巖、粗面安山巖到粗面巖的變化特征，反映了深部巖漿演化，從巖石學(xué)角度揭示了大黑山活動具有多期性特征。

3.2 稀土元素分析

選取大黑山凝灰熔巖521-01 樣品，另外選取阿什火山樣品518-03、518-07 和518-12 樣品進行稀土元素成分分析。該次測試工作同樣是在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所巖石化學(xué)分析實驗室完成，詳細(xì)測試結(jié)果見表2。

由表2 和圖6 可知，LREE/HREE 為25.4 ～28.1，REE 分餾作用明顯，屬于輕稀土富集型;δEu 在0.63 ～0.74 之間，均小于1，為負(fù)異常。以上兩個特征表明阿什庫勒深部巖漿在演化過程中，發(fā)生分離結(jié)晶作用，斜長石結(jié)晶導(dǎo)致殘余熔體中形成明顯負(fù)異常。野外地質(zhì)主要表現(xiàn)為巖石發(fā)育斜長石晶體。

4 認(rèn)識與結(jié)論

圖6 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)Fig. 6 Chondrite-normalized REE distribution patterns of Daheishan volcanic rocks in Ashikule (normalization values after Sun and McDonough，1989)

表2 稀土元素成分表(×10 -6)Table 2 REE element composition of Daheishan volcanic rocks in Ashikule (×10 -6)

大黑山火山巖主要為粗安巖，屬于鉀玄巖系列，少量的玄武粗安巖和粗面巖，在大黑山地區(qū)可見集塊和角礫熔巖。一般情況下，碎屑熔巖(集塊熔巖和角礫熔巖等)有三種成因(常麗華等，2009):①熔巖流包裹快速冷卻的角礫或集塊，形成角礫熔巖或是集塊熔巖，②火口相堆積物，在火山口附近或火山通道中，爆破式噴發(fā)形成的集塊或角礫被熔巖膠結(jié);③富含揮發(fā)分的酸性巖漿，當(dāng)析出較多長石或石英后，發(fā)生爆炸噴發(fā)，把早期析出的晶體炸碎，后期被酸性巖漿膠結(jié)，形成具有顯微鑲嵌結(jié)構(gòu)的凝灰質(zhì)熔巖。地貌上，該套地層位于火山錐體之外，1.3km 彎曲的條帶狀分布，具有連續(xù)性和流動性特征;地層上，火口相的漿屑膠結(jié)的熔結(jié)集塊巖，發(fā)育氣囊構(gòu)造，指示火山活動晚期巖漿內(nèi)部壓力降低，爆發(fā)能力弱，熔巖噴泉式的爆發(fā)帶出含有大塊氣體的熔漿團塊，具有二次流動的特征。熔巖流中集塊或角礫一般棱角尖銳，位于地層的前沿或上部，與熔巖流流動特征類似。綜上所述，大黑山火山強熔結(jié)集塊巖以及碎屑熔巖成因為粗面質(zhì)巖漿爆破式噴發(fā)形成大量的集塊、角礫、晶屑和少量凝灰質(zhì)碎屑，近火口相形成強熔結(jié)集塊巖，后期噴發(fā)規(guī)模變小轉(zhuǎn)變成熔巖噴泉式噴發(fā)，在地表形成巖漿流動，流動過程中裹帶剛性碎屑，形成了大黑山南側(cè)約1.3km 長的角礫熔巖。

稀土分餾作用明顯，δEu 為負(fù)異常，巖漿在深部演化過程中，發(fā)生分離結(jié)晶作用，斜長石晶體析出導(dǎo)致殘余熔體中形成明顯負(fù)異常。這與野外地質(zhì)上的認(rèn)識一致。

大黑山火山是一座復(fù)式火山，錐體由早期形成的渣錐、晚期形成的濺落錐以及寄生火山錐組成。大黑山巖石類型由玄武粗安巖、粗面安山巖到粗面巖的變化。大黑山火山活動具有多期性特征，噴發(fā)產(chǎn)物有大塊火山渣、濺落堆積物、碎屑熔巖以及熔巖流等。大黑山火山是阿什庫勒火山群最大的火山，在整個阿什庫勒火山群活動歷史中占有重要地位。該套碎屑熔巖地層的發(fā)現(xiàn)，不僅讓研究者對大黑山火山產(chǎn)物以及活動方式有了新的了解，也為阿什庫勒火山區(qū)災(zāi)害評價等相關(guān)工作提供依據(jù)。致謝 在完成本文過程中，得到了中國地震局地質(zhì)所樊祺誠研究員、林傳勇研究員和于紅梅副研究員的幫助，在此表示衷心的感謝。

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