大兴安岭中段扎兰屯地区中生代火山岩岩性岩相及火山活动作用研究

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摘 要：在前人研究的基础上，通过野外地质剖面的观察和测制、室内薄片鉴定等工作，对大兴安岭中段扎兰屯地区中生代火山岩岩性岩相及其火山活动进行研究。结果表明：扎兰屯地区中生代火山岩岩性主要以酸性-中基性为主，火山活动活跃，总体划分为三个阶段，岩相主要以爆发相为主，溢流相次之。火山爆发方式主要为普林尼式。

关键词：火山岩；中生代；岩性岩相；火山活动

1 区域地质概况

中国东北地区中生代火山岩构成规模宏大的火山岩带，其分布延伸到蒙古和俄罗斯境内，是东亚大陆边缘巨型火山岩带的重要组成部分；其中，大兴安岭火山岩带是中生代火山岩集中分布区。近年来，大兴安岭地区中生代火山地质调查、火山岩年代学与成因学研究等，已经取得了大量的成果，基本建立了区域中生代火山岩地层的时空格架；相对而言，位于大兴安岭中部的扎兰屯地区则研究相对薄弱，尤其是中生代火山岩性岩相的研究还不甚清楚。

研究区位于内蒙古东部与黑龙江省交界处，东南部隶属于黑龙江省齐齐哈尔市，西北部隶属于内蒙古自治区扎兰屯市，主要乡镇有成吉思汗镇、中兴乡等。地处大兴安岭中段东坡，山脉总体呈NNE向延伸，地势较低，相对高度一般在200～600米之间，为中低山区，相对高差不大。总的地势为西北高南东低。由于地势的这一特点，西北部基岩出露较好，东南部多为第四系或农田覆盖。

2 扎兰屯地区中生代火山岩岩性岩相特征

扎兰屯地区火山岩露头较差，普遍缺乏连续的地层出露。为了查明本区火山地层的岩性岩相特征，经比较后选择了三条火山岩基本连续出露、岩性岩相齐全、基本能代表各自火山地层组的地质路线，编制了三条实测剖面，进行详细的火山岩岩性岩相学研究。

实测剖面介绍：

（1）蒙古屯梅勒图组实测剖面（PM211）

研究区梅勒图组分布范围较小，主要出露于研究区东北部的大河湾镇以北地区，另外在徐地营子、保安屯等处也零星出露。主要岩石类型有灰黑色、灰紫色玄武岩、玄武安山岩，斑状结构，气孔状构造，斑晶由斜长石和角闪石组成，含量较少（5%），基质为隐晶质结构。

在大河湾蒙古屯西山实测了梅勒图组（K1m）的火山机构剖面（PM211），走向北东23°，露头较差，为一相对高度为100m的山丘，表现为三级阶地。剖面起点为下伏玛尼图组安山岩，终点被第四系覆盖，发现有安山岩野出露，推测为龙江组安山岩。剖面可根据岩性岩相划分为7层，在室内按照地层层序和岩石组合特征由下而上将其划分为4层。该火山机构地层厚度>149.3m，火山口南西侧剖面岩石出露较好，可代表该火山机构剖面的岩性岩相，至上而下为：

-------- 未见顶 --------

4灰黑色玄武岩安山岩 44.3m

3灰黑色玄武岩 14.8m

2灰黑色玄武安山岩 54.5m

1灰褐色玄武岩 36.3m

～～～～～～～ 喷发不整合 ～～～～～～～

下伏地层：白音高老组英安岩

该火山机构呈现中心式喷发，以溢流相玄武岩为主，共可分四个喷发期次，第一次喷发强度较大，形成灰褐色玄武岩，形成一级台地；第二次喷发形成灰黑色玄武安山岩，构成第二级台地；第三次喷发强度较弱，形成灰黑色玄武岩，厚度较薄；第四次喷发主要岩性是灰黑色玄武安山岩，地貌上构成小山顶，沿裂隙还有少量基性岩脉侵入。扎兰屯地区甘河组分布范围小，大部分以小山包的形式出现，火山岩相表现为溢流相，岩性主要以玄武岩、玄武安山岩为主，局部地区可见杏仁、气孔状玄武岩（图2）。

研究区白音高老组分布广泛，岩石类型有：灰白色、灰褐色流纹岩，斑状、球粒结构（图3），流纹构造，风化较严重，易碎，新鲜面灰白色，风化面褐色，斑晶由石英、钾长石和斜长石组成（含量分别为7%、4%、5%），基质为隐晶质结构；流纹质含角砾岩屑晶屑凝灰岩，灰色、褐灰色，凝灰结构，火山碎屑物含量约70-80%（其中达砾级含量占6-8%），主要由晶屑、岩屑组成，晶屑占70-80%，由石英、碱性长石、斜长石及黑云母组成，其中石英约占25-30%，碱性长石约占40-45%，斜长石约占20%，黑云母约占5%；岩屑粒径较大，一般为0.5-2.5mm，最大达10mm，岩性较复杂，有微粒凝灰岩、石英岩、细晶岩等；胶结物主要由极微细凝灰质组成；灰褐色流纹质含角砾晶屑凝灰熔岩，凝灰熔岩结构，由火山角砾、火山灰和熔岩胶结物组成，含量分别为5%、35%、60%；火山角砾粒度为2-5mm，呈棱角状；凝灰质碎屑主要为晶屑；斑晶占熔岩的35%，主要由碱性长石、斜长石和石英组成。白音高老组地层上部主要由熔岩、流纹质火山碎屑岩和沉凝灰岩、凝灰质砂岩组成；下部主要为含砂砾岩、砾岩和粉砂岩。

在大河湾大黑山实测了白音高老组（K1b）火山机构剖面（PM213），剖面走向南东146°，因庄稼植被覆盖严重，露头较差而不连续。剖面地层共分为20层，在室内按照地层层序和岩石组合特征将其合并为7层。该地层厚度>520.8m，由于火山口两侧岩性组合基本相似，且南东侧剖面出露情况较好，因此以其为代表进行描述。地层层序自上而下为：

上覆地层：梅勒图组（K1g）玄武岩、玄武安山岩

～～～～～～～ 喷发不整合 ～～～～～～～

7灰白色流纹质凝灰岩 85.1m

6灰白色流纹岩质角砾熔岩 78.0m

5灰白色流纹岩 108.3m

4灰绿色流纹质含角砾岩屑晶屑凝灰岩 7.6m

3灰白色流纹岩 39.8m

2灰色流纹质角砾岩 71.5m

1流纹质集块角砾岩 80.5m

------------- 整 合 ------------

下伏地层：玛尼图组（K1l）安山岩、安山质火山碎屑岩

综上所述，大黑山白音高老组（K1b）火山机构主要岩石类型有灰白色流纹岩、灰白色角砾凝灰岩、灰绿色流纹质含角砾岩屑晶屑凝灰岩、灰紫色流纹质熔结凝灰岩，灰白色集块角砾岩。根据岩性岩相关系，将灰白色含角砾集块岩所处位置确定为古火山口，火山口中心产状近直立，两侧岩石产状逐渐变缓，倾角介于60°-75°，向内倾斜。火山通道附近出现灰紫色流纹岩，流面清晰，石英晶洞较发育，大小不一，5mm-10mm居多，可见次火山岩相的流纹斑岩侵入。由外围向火山通道，火山碎屑岩的碎屑粒径逐渐变大，其中含角砾集块岩的个别集块可达0.5m，凝灰质胶结。

由上可以看出：该火山机构以酸性岩浆爆发与溢流交替进行为特征，岩石颜色以灰白色、灰绿色、灰紫色为主。早期主要经历了酸性岩浆的强烈爆发，在近火口和火口外围形成爆发相流纹质角砾熔岩、火山碎屑流相流纹质熔结凝灰岩和降落相的流纹质含角砾岩屑晶屑凝灰岩；中期在火口外围有短时的流纹岩溢流，和早期喷发并未见明显的喷发间断，而基本上是连续的火山活动，说明它们喷发的时间间隔不长，鉴于当时整个东北地区的区域火山活动猛烈而频繁，且继普林尼式爆发之后，常因大量挥发份的逸出而转为较平静的溢流式喷发（邢光福等，2007），这套流纹岩也有可能继是普林尼式爆发性喷发后的溢流式喷发产物；晚期又出现了酸性岩浆的强烈爆发，形成具有压结作用的火山通道相的流纹质角砾岩，且伴有爆发崩塌相凝灰质胶结的流纹质集块角砾岩，主要集中于火口中心处。火山机构内爆发相和溢流相交替进行，爆发相相对发育，近火口处有大量的熔岩和火山角砾岩，岩层倾角相对较陡，总体倾向火口，倾角介于60°-75°；远离火口主要是流纹质凝灰岩，岩层倾角总体逐渐变小，倾角介于30°-39°，总体反映了该火山机构具有层状火山特征。

（3）内蒙古扎兰屯市徐地营子沙里沟玛尼图组实测剖面（PM214）

研究区玛尼图组出露面积较大，受后期的构造改造影响形成宽缓的向背斜构造，在古里金-达 尔民族乡以西，龙江组地层主要向北西西向倾斜，古里金-达 尔民族乡以南龙江组地层向南东东方向倾斜，在团结村-半砬山一带地层产状较不稳定，显示受到较强构造改造作用。岩石类型为凝灰岩、凝灰质砂岩为主，在大河湾、绿色林场周边分布大量紫红色安山岩，在成吉思汗译站、大水泉村、姜家围子附近有少量砾岩出露，该砾岩具有山前快速堆积特征，可能是盆地形成初期玛尼图组的底部。在陶家窝棚玛尼图组沉火山碎屑岩被上覆白音高老组流纹岩整覆盖，在高台子附近白音高老期次流纹岩侵入玛尼图组凝灰质砂岩内部，在大河湾镇附近灰紫色安山岩覆盖于凝灰质砂岩上面。

该剖面位于内蒙古扎兰屯市徐地营子大北沟村西山。岩石类型主要是凝灰质砂岩、凝灰岩、灰紫色凝灰质复成分砾岩、流纹岩、安山岩等，剖面两端均被第四纪覆盖，未见其与其它地质体直接接触关系。剖面地层共分为20层，在室内按照地层层序和岩石组合特征将其合并为18层。该地层厚度>1344.44m，地层层序自上而下为

上覆地层：白音高老组（K1b）流纹岩、流纹质凝灰岩

～～～～～～～ 整合 ～～～～～～～

18紫色火山角砾岩 12.75m

17灰绿色凝灰岩 12.66m

16黄绿色含砾砂岩 59.33m

15黄绿色角砾凝灰岩 57.6m

14灰绿色火山角砾岩 26.59m

13黄色凝灰质细砂岩，内部发现植物根茎化石 41.27m

12淡黄色凝灰质粉砂岩 122.71m

11黄绿色角砾凝灰岩 111.97m

10淡黄色凝灰质砾岩 268.52m

9灰绿色凝灰质砂岩 107.21m

8灰白色凝灰岩 66.55m

7淡黄色含砾凝灰质砂岩 81.11m

6灰绿色流纹质角砾凝灰岩 156.72m

5灰白色凝灰质砂岩 46.5m

4流纹质凝灰岩 94.76m

3灰白色流纹岩 28.64m

2灰白色含砾晶屑凝灰岩 20.41m

1灰白色凝灰岩 30.11m

～～～～～～～ 未见底 ～～～～～～～

由上可知：剖面中未见到有火山颈相等岩石，且岩石产状稳定，均向北西西方向倾斜，说明剖面所在位置没有火山机构存在，表现为以接受稳定的凝灰质砂岩、含砾凝灰质砂岩、含砾砂岩等陆源碎屑物及爆发空落相凝灰岩、角砾凝灰岩、火山角砾岩沉积为主，剖面中出露的的溢流相火山岩可能为其它地方火山爆发流到此处，或被喷射到此处形成爆发相内部的溢流相透镜体。

根据其岩石组合特征初步判定其据有湖盆沉积的特征：岩石内部含有普遍含有具有一定磨圆程度的砾石及陆源碎屑物质，显示其在形成过程中有水动力环境的加入，同时剖面中存在较厚的凝灰质砂岩也进一步证明上述分析的正确性；剖面中地层产状较稳定，平行层理发育，显示其形成于相对静水环境；内部含有陆相似木贼植物化石，显示其形成于湖沼环境。

3 扎兰屯地区晚中生代火山活动作用分析

根据上述各地层代表性实测剖面的岩性岩相特征，可以将本区火山作用过程划分为三个阶段，现由早到晚分别叙述之：

第一阶段：早白垩世早期本区发生第一期强烈的普林尼式火山爆发。依据实测剖面（PM214）查明的龙江组地层层序及其岩石组合类型，将第一阶段划分为三期：前期火山活动剧烈，主要形成爆发空落相凝灰岩和角砾凝灰岩，这一岩石组合是本区龙江组火山岩系的主要岩石类型，而本区也未发现有与火山口有关的岩石，说明第一阶段前期本区主要接受火山碎屑物的沉积；中期，本区进入平静期，以接受稳定的陆源碎屑物为主，形成玛尼图组地层中段的凝灰质砂岩、凝灰质含砂砾岩；本阶段后期火山活动再次爆发，形成玛尼图组上部的含角砾凝灰岩和火山角砾岩，之后进入平静期。

第二阶段：继第一阶段平静期之后，本区进入了了第二次火山爆发，此次火山喷发主要表现为普林尼式爆发与平静溢流交替进行，形成了光华组碎屑流相熔结凝灰岩、爆发相流纹质岩屑晶屑凝灰岩和溢流相流纹岩，本阶段火山活动的结束标志着本区火山活动高潮期的结束。

第三阶段：本区最后一期火山活动，火山喷发作用逐渐减弱，主要形成溢流相玄武岩、玄武安山岩、杏仁玄武岩，梅勒图期火山活动的结束，标志着本区火山活动的终止。

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