陆相火山岩区岩性组合-岩相填图实验--以内蒙古西台普寺破火山口为例

陆相火山岩区岩性组合-岩相填图实验

--内蒙古西台普寺破火山口示例

中国是陆相火山岩的大分布载体，尤其是在中国东部广泛分布的中、新生代火山岩。由于它们的巨大规模，它们具有全球地质构造意义。探索合理有效的陆相火山岩区填图方法一直是区域地质调查和火山岩区科研人员的目标。经过半个多世纪的不断探索，陆相火山岩区测绘取得了许多成功经验，但作为区别传统沉积岩区测绘方法的尝试，并未被广泛接受和坚持。梳理总结反映火山活动特点的填图技术路线，坚持推广有效的火山岩区域填图技术方法，仍是区域调整工作面临的主要问题。

火山岩性是野外工作中可以直接识别的对象，岩相是特定火山作用产物的总称。在实际野外工作过程中，虽然一些单一的岩性可以帮助确定岩相类型（例如斑状熔岩可以确定为喷出相），但在大多数情况下，还是需要将上下层位（甚至是变化在三维空间中）。岩石成分和岩性组合可以有效确定其岩相类型。本次采用岩性-岩相法测绘火山岩区。

1 大陆火山岩区测绘方法的演变

1960年代及以前，中国以火山岩为地层，主要借鉴沉积岩区的测绘方法。

1970年代以来，部分省份开始采用1：20万时间点的双重测绘法（即火山岩地层与火山岩相结合的测绘法），专门对火山地层进行纵向研究。利用喷发序列横向研究火山岩的岩性、岩相变化和生产特征。大趋势是改变纯沉积岩区填图方法，探索适合火山岩区地质结构的填图方法，出版《火山岩区区域地质调查方法指南》。但在实际测绘工作中，以火山岩为地层（组）的习惯做法并没有避免。

1980-1990年代，在总结我国东南沿海火山岩区调查研究成果的基础上，提出了旋回岩相火山构造一体化的新思路，即即以遥感地质学为先导，测量制作火山岩相结构图，以还原火山（​​古火山）的面貌和历史为主体，结合地球物理方法，最终解决火山的模型、空间框架、演化（火山构造）和火山根系或深层火山构造的构造形式。最后强调火山构造的骨架意义，提出将火山活动旋回和岩相纳入火山构造修复研究。但在实际测绘工作中，首先接触的是岩性甚至岩相。火山构造经过综合研究和高水平处理后可能得到。如果先确定火山构造，很容易造成先祖主宰。

21世纪初，以1:25万的区域地质调查为标志，包括同期进行的1:50,000区域地质调查及相关区域综合测绘。虽然有些人仍然坚持编火山岩相和火山构造图的思想，但总体上还是有回归以火山岩为地层的趋势。

可以看出，目前我国陆相火山岩区的测绘主要是基于沉积岩区的工作方法，尤其是连片火山岩区，尽管近些年来也有学者试图改变这一点年。情况，但经过反复反复，并未被普遍接受。没有任何一种岩石类型（如沉积岩、侵入岩等）像大陆火山岩区那样在测绘方法上具有不确定性。原因主要有两个方面：一是习惯性的测绘思路，毕竟沉积岩区的测绘方法普及较早，广为人知；一个好的火山岩相图比基于沉积岩区域的测绘方法要多得多。

美国采用地层-岩性法制图，重视火山地层、水下火山岩和火山机构之间的关系及其演化，确定相邻火山机构之间的关系，特别是三卷科罗拉多州西南部的火山岩区。这幅画很经典。

前苏联从1960年代开始绘制岩相图，强调综合利用岩相、构造、岩性、地貌学和地球物理方法来识别和研究古火山的特征。

2 大陆火山岩特征及主要填图目的

大陆火山岩具有一些不同于其他岩石类型的特征。一些火山岩（主要是喷出岩）具有地层特征，而另一些火山岩（主要是喷出岩和次火山相岩）除了具有自身独特的性质外，还具有侵入岩的特征。概述主要表现在以下几个方面。

(1)喷发形式的多样性决定了火山岩的多样性。火山喷发包括喷发和喷发，以及两者之间的过渡类型——喷发。喷发又分为岩浆喷发和蒸汽喷发。喷发，以及两者之间的连续过渡系列（岩浆-蒸汽喷发）。岩浆喷发取决于岩浆本身的物理化学性质（粘度、成分、含量等）和火山通道的性质（裂隙/或中心、宽度、开口和编号、长度等）并呈现不同的突发模式。

(2)火山物质的快速喷发和堆积，决定了用同位素年代学方法确定时间序列的方法在一定程度上受到限制。一般火山活动在数万年内可以形成高大的成层火山, 一个复杂的岩穹可以在几年内形成, 一个比较厚的火山碎屑可以在几小时或几天内堆积起来。误差一般在3%到5%之间，可能远大于不同火山事件的时间间隔。

(3)火山物质的运移方式多种多样，决定了相态的多样性。火山喷发产物的运移方式有熔岩流、重力流、气运甚至水流。

(4)相变快，空间连续性低。一次火山活动产物的分布范围有限，一般只接触一座山（或附近几座山）。因此，火山岩系列地层序列对比、岩相、火山活动阶段划分等应仅限于特定的火山机构，不宜大范围应用“地层组”概括比较。

(5)物质来源多样。构成火山岩的物质来自岩浆本身，也来自周围的火山通道、岩浆房顶部，甚至周围的源区火山。

(6)火山物质冷却固结的速度非常快。因此，火山岩中的锆石主要在岩浆房中结晶火山区矿场，由此测得的年龄并不能严格代表地层火山岩的年代。

鉴于大陆火山岩的这些特征，火山岩区的测绘和研究方法应区别于沉积岩区和侵入岩区，以反映火山活动的特征。笔者认为，火山岩区大比例尺测绘的主要目标和任务是确定古火山喷发-堆积环境，恢复古火山机构，追溯火山活动过程。

3 岩性组合-岩相映射试验

本实验选取华北地块北缘火山岩带（或称燕山-辽西火山岩带）绘制太埔寺宝场镇西侧晚中生代火山岩系列图横幅。选定区域跨越1:20万地质图太埔寺旗 太埔寺旗张家口组三段火山岩分类为流纹岩熔岩和火山碎屑岩，但同一岩性分类为侵入钾长石斑岩正蓝旗。这2张图显然没有联系。在 1:50,000 分图上，实验填图区主体位于沃地图东侧，包括少量太浦寺旗图西缘，其中火山岩分类为白银澳老组。

3.1 实验填图区基本地质特征

火山基底地层主要出露在实验填图区的西部、西南部和西北部，主要由元古界玉华德群变质岩系和晚古生代（华里西期）变质花岗岩组成，构成中生代火山岩晚期即刻基底。其中，华德群变质岩系下部以变质粉砂细砂岩为主，夹石英岩、大理岩、结晶灰岩和安达卢斯（硅线石）二白云质石英片岩；中部为灰白色中厚石英透辉石，含石英透辉石透闪石和深灰色薄层状细粒石英透辉石互层，偶有大理岩互层；上部夹有银灰色云母石英片岩和石英云母片岩，夹有石榴石云母片岩和少量变质长石石英砂岩，底部夹灰黑色红柱石片岩。

实验填图区晚中生代火山岩系列分布广泛，出露面积约占总面积的50%。东部多为第四系覆盖，南部出露较多。

3.2 路由

路线安排的原则是便于实现火山岩区测绘的主要目标任务——追溯火山过程，恢复古火山机构。首先，通过对实验填图区1：20万地质图和现有1：5万地质图的详细研究，结合遥感影像解译和重航磁异常分析，确定了该区主要地质构造。获得面积。在此基础上，通过详细勘察，初步确定实验测绘范围内的火山活动中心区由零碎的熔岩体组成，代表了古火山岩浆主通道的位置。

路线主要围绕零碎的熔岩体（火山活动的中心区）呈放射状排列，采用穿越法和跟踪法相结合的方式确定火山岩的排列顺序、火山的类型岩相、各岩相的空间形态以及不同岩相之间的相互作用。关系等。

3.3 基准剖面的建立

本实验绘制并测量了两个基准剖面，分别是高世才营子-木家营子剖面和马老斯营子-郑家营子剖面，两个剖面的走向仅相差50.火山活动（易碎的熔岩体）并且都局限于原生火山活动的火山体。两剖面揭示的火山岩层序和岩相具有可比性，能更全面地反映实验填图区火山产物堆积的主层序和火山过程。所不同的是，麻老四营子-郑家营子剖面同时穿过晚期蒸汽-岩浆喷发形成的侧火山口，反映了更全面的火山过程。

从以上两段可以清楚地看出，火山相的形成过程大致为：喷发相→火山喷发相→火山碎屑流相→喷出相→次火山相→蒸汽→岩浆喷发。除了最后2个岩相（潜火山相和蒸汽-岩浆喷发相）的形成顺序外，没有明确的现场接触关系证据，其他岩相的形成顺序在现场都可以清楚地得到。

3.4 主要岩相描述

3.4.1 溢出阶段

主要分布在火山口周围，尤其是西部和西北边缘。剖面下部为玄武质安山岩、安山岩，上部为流纹岩，并有少量英安岩，呈现双峰岩组合特征。其中，玄武质安山岩和安山岩不整合覆盖在前寒武纪变质基底或瓦里西期弱变质花岗岩之上，是该地区最早的中生代火山活动的产物。岩石中杏仁状结构发育，呈斑状结构，斑晶主要为自面体和半自面体斜长石，含量小于10%。矩阵交织在一起。

流纹岩结构一般在流纹岩中发育，岩石呈斑状结构。斑晶主要为少量钾长石和石英，含量一般小于5%。基体多为隐晶-玻璃质，局部可见球晶结构。

英安岩呈紫红色和土黄色，块状结构，斑状结构，斑晶主要为钾长石和少量石英。矩阵大多结构精细。

3.4.2 次火山爆发

主要为灰白色火山角砾岩、凝灰岩角砾岩和角砾凝灰岩，其中角砾岩多呈棱角状，主要由英安岩和流纹岩组成，粒度以2-4cm为主，部分集中块体约40厘米。

3.4.3 火山碎屑流相

主要分布在火山口内侧的碎屑熔岩体周围，碎屑熔体顶部也有少量残留物。岩性主要由熔凝凝灰岩、结晶熔凝凝灰岩、含角砾岩的熔凝凝灰岩和凝灰岩组成。岩石的熔合程度一般强，浆液和玻璃碎屑塑性变形强，但靠近零碎的熔岩体，熔合带变得不明显，角砾岩含量变小，大小角砾岩变小，几乎说明熔凝凝灰岩与碎裂斑岩熔岩之间存在过渡关系火山区矿场，在现场很难确定两者的分界线，需要借助微结构研究来确定这种碎屑斑岩熔岩与外围有过渡关系的岩石，有学者将其命名为凝灰岩，对应碎屑斑岩熔岩“三期一”边缘相的玻璃质碎屑斑岩熔岩，这次被指定为熔凝凝灰岩。

3.4.4喷出斑岩熔岩

斑岩熔岩占西台普斯火山的很大比例。柱状节理在野外局部发育。岩石中斑晶一般为破碎状，构成破碎点的矿物主要为钾长石、斜长石、石英，含量为30%～60%。并以珠边结构的发展为标志。基质具有玻璃质结构、精细结构和微晶结构。从整个斑岩熔岩体的边缘到中心，基质越来越厚，并有从玻璃状结构、细斑岩结构向粒状结构转变的趋势。

3.4.5 岩浆蒸汽爆炸阶段

分布在主要火山口的北部边缘。在现场，它是由珍珠岩-黑曜石角砾岩和黑曜石凝灰岩环产生的，形成一个侧面火山口。当残余岩浆遇到外部水时，这是火山活动的结束。爆炸的产物。岩石中角砾岩以黑曜石为主，其次为珍珠岩，大小不一，散布在以黑曜石或珍珠岩为主的凝灰岩基质中，部分角砾岩呈圆形。

3.4.6个次火山岩相

西台普斯破火山口发育水下火山岩，主要由环状和放射状岩脉（岩脉）组成，岩性以安山岩斑岩和花岗斑岩为主，其次为流纹斑岩/细斑岩。

3.5 个表示

从还原古火山机构和追溯火山作用过程的角度来看，大陆火山岩图上要表达的核心要素应该是岩相，图上的颜色最为醒目。本实验用颜色表示岩相，用图案表示主要岩性，用代码表示岩性组合。

西塔普斯火山口南北向近乎椭圆形，由一座主火山和三座侧火山组成。以黑曜岩角砾岩和黑曜岩凝灰岩为特征，岩浆蒸汽爆炸相。碎屑熔岩体周围出露火山碎屑流相熔凝凝灰岩、含角砾岩熔凝凝灰岩等，而喷发的火山角砾岩和溢流相英安岩、水沸石出露。熔岩体有晚期花岗斑岩侵入，部分残片斑岩熔岩体（多为两峰谷地）残留溢流相流纹岩盖帽。

来自：《地质公报》2017 年第 11 期