大興安嶺中段扎蘭屯地區中生代火山巖巖性巖相及火山活動作用研究

摘 要：在前人研究的基礎上，通過野外地質剖面的觀察和測制、室內薄片鑒定等工作，對大興安嶺中段扎蘭屯地區中生代火山巖巖性巖相及其火山活動進行研究。結果表明：扎蘭屯地區中生代火山巖巖性主要以酸性-中基性為主，火山活動活躍，總體劃分為三個階段，巖相主要以爆發相為主，溢流相次之。火山爆發方式主要為普林尼式。

關鍵詞：火山巖；中生代；巖性巖相；火山活動

1 區域地質概況

中國東北地區中生代火山巖構成規模宏大的火山巖帶，其分布延伸到蒙古和俄羅斯境內，是東亞大陸邊緣巨型火山巖帶的重要組成部分；其中，大興安嶺火山巖帶是中生代火山巖集中分布區。近年來，大興安嶺地區中生代火山地質調查、火山巖年代學與成因學研究等，已經取得了大量的成果，基本建立了區域中生代火山巖地層的時空格架；相對而言，位于大興安嶺中部的扎蘭屯地區則研究相對薄弱，尤其是中生代火山巖性巖相的研究還不甚清楚。

研究區位于內蒙古東部與黑龍江省交界處，東南部隸屬于黑龍江省齊齊哈爾市，西北部隸屬于內蒙古自治區扎蘭屯市，主要鄉鎮有成吉思汗鎮、中興鄉等。地處大興安嶺中段東坡，山脈總體呈NNE向延伸，地勢較低，相對高度一般在200～600米之間，為中低山區，相對高差不大。總的地勢為西北高南東低。由于地勢的這一特點，西北部基巖出露較好，東南部多為第四系或農田覆蓋。

2 扎蘭屯地區中生代火山巖巖性巖相特征

扎蘭屯地區火山巖露頭較差，普遍缺乏連續的地層出露。為了查明本區火山地層的巖性巖相特征，經比較后選擇了三條火山巖基本連續出露、巖性巖相齊全、基本能代表各自火山地層組的地質路線，編制了三條實測剖面，進行詳細的火山巖巖性巖相學研究。

實測剖面介紹：

（1）蒙古屯梅勒圖組實測剖面（PM211）

研究區梅勒圖組分布范圍較小，主要出露于研究區東北部的大河灣鎮以北地區，另外在徐地營子、保安屯等處也零星出露。主要巖石類型有灰黑色、灰紫色玄武巖、玄武安山巖，斑狀結構，氣孔狀構造，斑晶由斜長石和角閃石組成，含量較少（5%），基質為隱晶質結構。

在大河灣蒙古屯西山實測了梅勒圖組（K1m）的火山機構剖面（PM211），走向北東23°，露頭較差，為一相對高度為100m的山丘，表現為三級階地。剖面起點為下伏瑪尼圖組安山巖，終點被第四系覆蓋，發現有安山巖野出露，推測為龍江組安山巖。剖面可根據巖性巖相劃分為7層，在室內按照地層層序和巖石組合特征由下而上將其劃分為4層。該火山機構地層厚度>149.3m，火山口南西側剖面巖石出露較好，可代表該火山機構剖面的巖性巖相，至上而下為：

-------- 未見頂 --------

4灰黑色玄武巖安山巖 44.3m

3灰黑色玄武巖 14.8m

2灰黑色玄武安山巖 54.5m

1灰褐色玄武巖 36.3m

～～～～～～～ 噴發不整合 ～～～～～～～

下伏地層：白音高老組英安巖

該火山機構呈現中心式噴發，以溢流相玄武巖為主，共可分四個噴發期次，第一次噴發強度較大，形成灰褐色玄武巖，形成一級臺地；第二次噴發形成灰黑色玄武安山巖，構成第二級臺地；第三次噴發強度較弱，形成灰黑色玄武巖，厚度較薄；第四次噴發主要巖性是灰黑色玄武安山巖，地貌上構成小山頂，沿裂隙還有少量基性巖脈侵入。扎蘭屯地區甘河組分布范圍小，大部分以小山包的形式出現，火山巖相表現為溢流相，巖性主要以玄武巖、玄武安山巖為主，局部地區可見杏仁、氣孔狀玄武巖（圖2）。

研究區白音高老組分布廣泛，巖石類型有：灰白色、灰褐色流紋巖，斑狀、球粒結構（圖3），流紋構造，風化較嚴重，易碎，新鮮面灰白色，風化面褐色，斑晶由石英、鉀長石和斜長石組成（含量分別為7%、4%、5%），基質為隱晶質結構；流紋質含角礫巖屑晶屑凝灰巖，灰色、褐灰色，凝灰結構，火山碎屑物含量約70-80%（其中達礫級含量占6-8%），主要由晶屑、巖屑組成，晶屑占70-80%，由石英、堿性長石、斜長石及黑云母組成，其中石英約占25-30%，堿性長石約占40-45%，斜長石約占20%，黑云母約占5%；巖屑粒徑較大，一般為0.5-2.5mm，最大達10mm，巖性較復雜，有微粒凝灰巖、石英巖、細晶巖等；膠結物主要由極微細凝灰質組成；灰褐色流紋質含角礫晶屑凝灰熔巖，凝灰熔巖結構，由火山角礫、火山灰和熔巖膠結物組成，含量分別為5%、35%、60%；火山角礫粒度為2-5mm，呈棱角狀；凝灰質碎屑主要為晶屑；斑晶占熔巖的35%，主要由堿性長石、斜長石和石英組成。白音高老組地層上部主要由熔巖、流紋質火山碎屑巖和沉凝灰巖、凝灰質砂巖組成；下部主要為含砂礫巖、礫巖和粉砂巖。

在大河灣大黑山實測了白音高老組（K1b）火山機構剖面（PM213），剖面走向南東146°，因莊稼植被覆蓋嚴重，露頭較差而不連續。剖面地層共分為20層，在室內按照地層層序和巖石組合特征將其合并為7層。該地層厚度>520.8m，由于火山口兩側巖性組合基本相似，且南東側剖面出露情況較好，因此以其為代表進行描述。地層層序自上而下為：

上覆地層：梅勒圖組（K1g）玄武巖、玄武安山巖

～～～～～～～ 噴發不整合 ～～～～～～～

7灰白色流紋質凝灰巖 85.1m

6灰白色流紋巖質角礫熔巖 78.0m

5灰白色流紋巖 108.3m

4灰綠色流紋質含角礫巖屑晶屑凝灰巖 7.6m

3灰白色流紋巖 39.8m

2灰色流紋質角礫巖 71.5m

1流紋質集塊角礫巖 80.5m

------------- 整 合 ------------

下伏地層：瑪尼圖組（K1l）安山巖、安山質火山碎屑巖

綜上所述，大黑山白音高老組（K1b）火山機構主要巖石類型有灰白色流紋巖、灰白色角礫凝灰巖、灰綠色流紋質含角礫巖屑晶屑凝灰巖、灰紫色流紋質熔結凝灰巖，灰白色集塊角礫巖。根據巖性巖相關系，將灰白色含角礫集塊巖所處位置確定為古火山口，火山口中心產狀近直立，兩側巖石產狀逐漸變緩，傾角介于60°-75°，向內傾斜。火山通道附近出現灰紫色流紋巖，流面清晰，石英晶洞較發育，大小不一，5mm-10mm居多，可見次火山巖相的流紋斑巖侵入。由外圍向火山通道，火山碎屑巖的碎屑粒徑逐漸變大，其中含角礫集塊巖的個別集塊可達0.5m，凝灰質膠結。

由上可以看出：該火山機構以酸性巖漿爆發與溢流交替進行為特征，巖石顏色以灰白色、灰綠色、灰紫色為主。早期主要經歷了酸性巖漿的強烈爆發，在近火口和火口外圍形成爆發相流紋質角礫熔巖、火山碎屑流相流紋質熔結凝灰巖和降落相的流紋質含角礫巖屑晶屑凝灰巖；中期在火口外圍有短時的流紋巖溢流，和早期噴發并未見明顯的噴發間斷，而基本上是連續的火山活動，說明它們噴發的時間間隔不長，鑒于當時整個東北地區的區域火山活動猛烈而頻繁，且繼普林尼式爆發之后，常因大量揮發份的逸出而轉為較平靜的溢流式噴發（邢光福等，2007），這套流紋巖也有可能繼是普林尼式爆發性噴發后的溢流式噴發產物；晚期又出現了酸性巖漿的強烈爆發，形成具有壓結作用的火山通道相的流紋質角礫巖，且伴有爆發崩塌相凝灰質膠結的流紋質集塊角礫巖，主要集中于火口中心處。火山機構內爆發相和溢流相交替進行，爆發相相對發育，近火口處有大量的熔巖和火山角礫巖，巖層傾角相對較陡，總體傾向火口，傾角介于60°-75°；遠離火口主要是流紋質凝灰巖，巖層傾角總體逐漸變小，傾角介于30°-39°，總體反映了該火山機構具有層狀火山特征。

（3）內蒙古扎蘭屯市徐地營子沙里溝瑪尼圖組實測剖面（PM214）

研究區瑪尼圖組出露面積較大，受后期的構造改造影響形成寬緩的向背斜構造，在古里金-達 爾民族鄉以西，龍江組地層主要向北西西向傾斜，古里金-達 爾民族鄉以南龍江組地層向南東東方向傾斜，在團結村-半砬山一帶地層產狀較不穩定，顯示受到較強構造改造作用。巖石類型為凝灰巖、凝灰質砂巖為主，在大河灣、綠色林場周邊分布大量紫紅色安山巖，在成吉思汗譯站、大水泉村、姜家圍子附近有少量礫巖出露，該礫巖具有山前快速堆積特征，可能是盆地形成初期瑪尼圖組的底部。在陶家窩棚瑪尼圖組沉火山碎屑巖被上覆白音高老組流紋巖整覆蓋，在高臺子附近白音高老期次流紋巖侵入瑪尼圖組凝灰質砂巖內部，在大河灣鎮附近灰紫色安山巖覆蓋于凝灰質砂巖上面。

該剖面位于內蒙古扎蘭屯市徐地營子大北溝村西山。巖石類型主要是凝灰質砂巖、凝灰巖、灰紫色凝灰質復成分礫巖、流紋巖、安山巖等，剖面兩端均被第四紀覆蓋，未見其與其它地質體直接接觸關系。剖面地層共分為20層，在室內按照地層層序和巖石組合特征將其合并為18層。該地層厚度>1344.44m，地層層序自上而下為

上覆地層：白音高老組（K1b）流紋巖、流紋質凝灰巖

～～～～～～～ 整合 ～～～～～～～

18紫色火山角礫巖 12.75m

17灰綠色凝灰巖 12.66m

16黃綠色含礫砂巖 59.33m

15黃綠色角礫凝灰巖 57.6m

14灰綠色火山角礫巖 26.59m

13黃色凝灰質細砂巖，內部發現植物根莖化石 41.27m

12淡黃色凝灰質粉砂巖 122.71m

11黃綠色角礫凝灰巖 111.97m

10淡黃色凝灰質礫巖 268.52m

9灰綠色凝灰質砂巖 107.21m

8灰白色凝灰巖 66.55m

7淡黃色含礫凝灰質砂巖 81.11m

6灰綠色流紋質角礫凝灰巖 156.72m

5灰白色凝灰質砂巖 46.5m

4流紋質凝灰巖 94.76m

3灰白色流紋巖 28.64m

2灰白色含礫晶屑凝灰巖 20.41m

1灰白色凝灰巖 30.11m

～～～～～～～ 未見底 ～～～～～～～

由上可知：剖面中未見到有火山頸相等巖石，且巖石產狀穩定，均向北西西方向傾斜，說明剖面所在位置沒有火山機構存在，表現為以接受穩定的凝灰質砂巖、含礫凝灰質砂巖、含礫砂巖等陸源碎屑物及爆發空落相凝灰巖、角礫凝灰巖、火山角礫巖沉積為主，剖面中出露的的溢流相火山巖可能為其它地方火山爆發流到此處，或被噴射到此處形成爆發相內部的溢流相透鏡體。

根據其巖石組合特征初步判定其據有湖盆沉積的特征：巖石內部含有普遍含有具有一定磨圓程度的礫石及陸源碎屑物質，顯示其在形成過程中有水動力環境的加入，同時剖面中存在較厚的凝灰質砂巖也進一步證明上述分析的正確性；剖面中地層產狀較穩定，平行層理發育，顯示其形成于相對靜水環境；內部含有陸相似木賊植物化石，顯示其形成于湖沼環境。

3 扎蘭屯地區晚中生代火山活動作用分析

根據上述各地層代表性實測剖面的巖性巖相特征，可以將本區火山作用過程劃分為三個階段，現由早到晚分別敘述之：

第一階段：早白堊世早期本區發生第一期強烈的普林尼式火山爆發。依據實測剖面（PM214）查明的龍江組地層層序及其巖石組合類型，將第一階段劃分為三期：前期火山活動劇烈，主要形成爆發空落相凝灰巖和角礫凝灰巖，這一巖石組合是本區龍江組火山巖系的主要巖石類型，而本區也未發現有與火山口有關的巖石，說明第一階段前期本區主要接受火山碎屑物的沉積；中期，本區進入平靜期，以接受穩定的陸源碎屑物為主，形成瑪尼圖組地層中段的凝灰質砂巖、凝灰質含砂礫巖；本階段后期火山活動再次爆發，形成瑪尼圖組上部的含角礫凝灰巖和火山角礫巖，之后進入平靜期。

第二階段：繼第一階段平靜期之后，本區進入了了第二次火山爆發，此次火山噴發主要表現為普林尼式爆發與平靜溢流交替進行，形成了光華組碎屑流相熔結凝灰巖、爆發相流紋質巖屑晶屑凝灰巖和溢流相流紋巖，本階段火山活動的結束標志著本區火山活動高潮期的結束。

第三階段：本區最后一期火山活動，火山噴發作用逐漸減弱，主要形成溢流相玄武巖、玄武安山巖、杏仁玄武巖，梅勒圖期火山活動的結束，標志著本區火山活動的終止。

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