中國東南部碎斑熔巖問題再探討＊

周萬蓬，郭福生，劉林清，姜勇彪

（1．核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029） （2．東華理工大學(xué)，撫州 344000）（3．江西省數(shù)字國土重點實驗室，撫州 344000）

在東南沿海福建、浙江及江西等省分布一類特殊的巖石類型—碎斑熔巖。碎斑熔巖由福建省區(qū)測隊1966年在1：20萬南平幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告中提出，當時命名為“顯微粒狀碎斑酸性熔巖”。碎斑熔巖與花崗斑巖、微花崗巖、凝灰熔巖、碎斑凝灰?guī)r及自碎次花崗斑巖等巖石名稱常存在同物異名現(xiàn)象。碎斑熔巖名稱提出后引起了許多巖漿巖地質(zhì)工作者的關(guān)注［1－12］，這些學(xué)者及單位對其開展了大量研究，并總結(jié)闡述了碎斑熔巖的礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、巖石化學(xué)、巖石產(chǎn)出等特征，及對碎斑熔巖的特殊現(xiàn)象如碎斑結(jié)構(gòu)、珠邊結(jié)構(gòu)及碎斑熔巖的成因等方面進行了多方面的分析、推斷和論證。在1985年三省一所（浙、閩、贛、南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所）就碎斑熔巖的認識問題舉行過一次專題討論會。由于本人所在工作區(qū)相山原作為碎斑熔巖的一個典型研究區(qū)，為使碎斑熔巖的認識更接近客觀實際，在3年的野外地質(zhì)調(diào)查及研究前人資料的基礎(chǔ)上，闡述對碎斑熔巖問題的認識及看法。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

碎斑熔巖主要分布在東南沿海的浙江、江西和福建三省，據(jù)統(tǒng)計三省出露的碎斑熔巖體有29個之多，尤其是福建閩東已查明有13個（圖1）。從構(gòu)造位置上看碎斑熔巖主要分布在贛杭構(gòu)造帶和政和—大埔斷裂帶附近，顯示碎斑熔巖與區(qū)域斷裂構(gòu)造有一定的成因聯(lián)系，碎斑熔巖的展布方向與其所在的火山構(gòu)造洼地方向一致［4］。研究較為深入、典型的碎斑熔巖體主要有江西的相山、玉華山，浙江桐廬，福建石牛山、尤溪溪尾至古田洋中，屏南到周寧等地。另外在內(nèi)蒙古、黑龍江、廣西等地也報道存在碎斑熔巖體［13－15］。

2 碎斑熔巖的地質(zhì)特征

2．1 具有侵出產(chǎn)狀特征

碎斑熔巖與其它火山巖沒有侵入接觸關(guān)系，大多數(shù)情況下為超覆于早期火山巖之上，接觸面傾角一般20°～50°。在碎斑熔巖中未發(fā)現(xiàn)沉積夾層，碎斑熔巖體之上未發(fā)現(xiàn)有殘留頂蓋，僅發(fā)現(xiàn)有巨大巖塊及邊部有較多外來角礫。碎斑熔巖體附近沒有明顯的接觸變質(zhì)現(xiàn)象，產(chǎn)出形態(tài)一般為中間厚度大，周邊變薄的對稱或不對稱的等軸穹丘狀、蘑菇狀或線性巖脊狀地質(zhì)體［4，6］。

2．2 具分帶性

圖1 中國東南部碎斑熔巖分布圖（據(jù)文獻［4］修改）Fig．1 Distribution of porphyroclastic lava in southeast China

碎斑熔巖體在水平方向上具分帶性，表現(xiàn)為邊緣相的玻質(zhì)碎斑熔巖，過渡相的霏細質(zhì)碎斑熔巖，內(nèi)部相的似斑狀碎斑熔巖三個相帶，構(gòu)成三相一體［4］。各相巖石名稱有不同的稱謂，有把中心相巖石稱為粒狀碎斑熔巖，也有把邊緣相巖石稱為凝灰熔巖、熔離熔結(jié)凝灰?guī)r、泡沬熔巖等。

碎斑熔巖體除了在水平方向上具有分帶性外，其垂直方向上亦有分帶性，如福建永春錦斗碎斑熔巖體，從上到下表現(xiàn)為上部為玻質(zhì)碎斑熔巖，中間為霏細質(zhì)碎斑熔巖，下部為似斑狀碎斑熔巖［4，6］。

2．3 具有特殊的標型結(jié)構(gòu)

碎斑熔巖富含斑晶，含量30%～55%，一般從邊緣相到內(nèi)部相斑晶含量有增高趨勢，斑晶成分以鉀長石、斜長石、石英為主，含少量黑云母和角閃石。巖石具碎斑結(jié)構(gòu)、珠邊結(jié)構(gòu)兩種典型的巖石標型結(jié)構(gòu)［4］。碎斑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為斑晶呈碎裂狀，這種碎裂狀形態(tài)可描述為“碎而不散，或散而不離，或離而不遠”；珠邊結(jié)構(gòu)有不同的名稱和成因爭議，稱其為珠邊結(jié)構(gòu)、再生珠邊結(jié)構(gòu)、篩孔結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)增生邊、再生長斑邊結(jié)構(gòu)、再生包含結(jié)構(gòu)邊、次生加大增生邊等［4，16］。珠邊結(jié)構(gòu)形態(tài)上主要表現(xiàn)為在鉀長石斑晶的周邊發(fā)育一圈同成分、同光性方位并在其間散布有石英珠點狀客晶的齒狀邊［9］。在碎斑熔巖的三相一體中，珠邊結(jié)構(gòu)在內(nèi)部相中較為發(fā)育。

碎斑結(jié)構(gòu)的成因主要有兩種認識，一種認為巖漿上侵壓力降低，造成巖漿中揮發(fā)份沸騰進而引起隱爆作用，使早期結(jié)晶形成的斑晶呈碎裂狀產(chǎn)出［3］；另一種認為巖漿熔體侵出在巖漿管道運移磨擦形成潛裂紋，熔體侵出地表，壓力、溫度驟降，揮發(fā)份的快速釋氣致碎，以及收縮系數(shù)不同、快速冷卻不均衡致碎而形成碎斑結(jié)構(gòu)［9］。

有關(guān)珠邊結(jié)構(gòu)的成因，王德滋等研究認為是熔體間存在過冷梯度造成珠邊結(jié)構(gòu)［17］。

2．4 成巖溫度及長石礦物特點

福建區(qū)測隊火山巖組、巖礦組對古田洋板、屏南溪坪等處酸性粒狀碎斑熔巖中的石英包裹體分別采用均勻法、淬火法獲取的溫度分別為1350℃和1220℃［12］。而相山碎斑熔巖石英流體包裹體研究獲取成巖溫度也為1220℃［18］。

碎斑熔巖中的斜長石號碼An＝32～53，有序度變化較大（S＝0．1～0．5），透長石以地內(nèi)結(jié)晶的低透長石為主［18］。

2．5 巖石類型歸屬

從東南沿海已發(fā)現(xiàn)的碎斑熔巖的研究看，碎斑熔巖屬中酸性－酸性巖類，如浙江桐廬的碎斑熔巖為英安巖類，SiO2含量52．08%～72．65%［1］；而江西相山、玉華山主體為酸性巖類，SiO2含量65．25%～76．58%［1］；福建石牛山碎斑熔巖為中酸性－酸性巖類［11］。

浙江桐廬碎斑熔巖的源區(qū)為變質(zhì)基性火成巖，為I型火山巖，而相山碎斑熔巖源區(qū)物質(zhì)為變質(zhì)沉積巖，成因歸屬S型火山巖［1，19］

3 碎斑熔巖的成因模式

陶奎元等（1985）［4，9］總結(jié)碎斑熔巖體的成因機理經(jīng)歷了四個階段：第一階段，碎斑熔巖形成之前的火山噴發(fā)階段。第二階段，碎斑熔巖侵出—溢流階段，在此階段經(jīng)歷了多種成巖作用，如地內(nèi)斑晶的結(jié)晶作用、熔蝕作用及親巖揮發(fā)份對巖漿的熔離作用；含斑晶熔巖上升侵位時，由于釋氣和快速冷卻造成斑晶的碎裂作用，巖漿侵位作用；火山通道類型不同可能形成不同形態(tài)的熔巖地質(zhì)體，如中心式火山通道形成蘑菇狀穹丘地質(zhì)體，中心—裂隙式火山通道則形成巖脊狀地質(zhì)體，若為多火山通道則形成復(fù)合穹丘狀地質(zhì)體（圖2）；富含碎斑的巖漿經(jīng)冷卻、結(jié)晶形成三相一體，巖漿晚期疊加氣相重結(jié)晶作用。第三階段，碎斑熔巖形成后的次火山巖侵入活動階段，表現(xiàn)為呈巖株、巖脈侵入碎斑熔巖的中央或邊緣地帶。第四階段，長期的隆起剝蝕作用階段。

圖2 碎斑熔巖侵位模式示意圖［4］Fig．2 Emplacement model of porphyroclastic lava

尹家衡等（1985）［10］對浙江桐廬碎斑熔巖體進行研究，認為其成因機理大致經(jīng)歷了7個階段。第一階段：基底斷陷，火山—構(gòu)造洼地雛形，斷裂活動產(chǎn)生地塹式斷陷及內(nèi)陸湖盆沉積，火山噴發(fā)主要為裂隙式。第二階段：大規(guī)模火山灰流噴發(fā)，火山噴發(fā)由裂隙式發(fā)展為裂隙—中心式。第三階段：破火山口形成。第四階段：繼承性火山灰流噴發(fā)，火山噴發(fā)以中心式噴發(fā)為主，局部為裂隙式。第五階段：巖漿侵出，形成各類穹狀地質(zhì)體，由于揮發(fā)份的大量散失，巖漿粘度大，巖漿充填于火山通道或各種裂隙中，由于冷卻因素造成巖相分帶。第六階段：次火山巖及中央火山侵入體的侵入定位，大規(guī)模巖漿侵出后，部分深部巖漿上侵在深部形成中酸性侵入體，或部分沿火山通道上侵形成次火山巖體。第七階段：后期地殼抬升剝蝕。

總之，前人對碎斑熔巖體的形成大致歸納為四個階段：第一階段，碎斑熔巖之前的火山噴發(fā)作用及火山碎屑沉積巖形成階段；第二階段，碎斑熔巖上侵就位階段；第三階段為碎斑熔巖之后的潛火山巖侵入階段；第四階段為火山機構(gòu)的隆起剝蝕階段。

4 討 論

通過對前人資料的研究及結(jié)合近3年相山地區(qū)野外區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，認為關(guān)于碎斑熔巖的認識，以下幾方面值得進一步探討。

4．1 碎斑熔巖有其特殊的構(gòu)造屬性

碎斑熔巖的分布及展布方向與區(qū)域斷裂構(gòu)造存在緊密相關(guān)性，如東南沿海碎斑熔巖的分布及展布方向與贛杭構(gòu)造帶、政和—大埔斷裂帶一致，并主要分布在斷裂破碎帶附近（圖1）。碎斑熔巖的形成時代為早白堊世，或晚侏羅世，碎斑熔巖的形成是否可代表該區(qū)域已處于伸展構(gòu)造時期，代表巖漿作用從高揮發(fā)分火山噴發(fā)—低揮發(fā)分溢流侵出—少揮發(fā)分或無揮發(fā)分次火山巖侵入的演化過程，其證據(jù)有待進一步研究。

4．2 火山碎屑沉積巖—碎斑熔巖—花崗斑巖的演化關(guān)系

碎斑熔巖出露區(qū)均存在三套巖石類型，即早期典型的火山碎屑沉積巖、碎斑熔巖及晚期典型的花崗斑巖。如江西相山早期打鼓頂組紫紅色礫砂巖、粉砂巖、灰黃色含礫凝灰質(zhì)砂巖、層凝灰?guī)r及灰色熔結(jié)凝灰?guī)r、英安斑巖（有的稱為英安巖）等巖性組成，中期碎斑熔巖（三相一體），晚期為粗斑二長花崗斑巖－似斑狀微細粒二長花崗巖、石英二長斑巖；浙江桐廬火山巖系劃分為一個旋回、二個亞旋回及五個階段，第一亞旋回第一階段下部為礫巖、砂礫巖、砂巖偶夾凝灰?guī)r，第一亞旋回第二階段從下到上依次為紫紅色凝灰?guī)r，沉凝灰?guī)r、豆石凝灰?guī)r，流紋質(zhì)凝灰?guī)r，玻屑凝灰?guī)r，英安質(zhì)、流紋質(zhì)凝灰?guī)r，灰紫色安山質(zhì)巖屑凝灰?guī)r、安山巖，第二亞旋回第一階段下部為灰黑色、黃綠色英安質(zhì)凝灰?guī)r，上部為灰黑色流紋質(zhì)凝灰?guī)r，局部有爆發(fā)崩塌集塊巖，第二亞旋回第二階段為玻質(zhì)、霏細、似斑狀碎斑英安巖，第二亞旋回第三階段為二長花崗斑巖、石英二長斑巖到石英二長巖、石英二長閃長巖［10］；福建石牛山早期為砂礫巖、凝灰質(zhì)砂礫巖及粉砂巖夾凝灰?guī)r，向上依次為英安巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋巖，粒狀碎斑熔巖，晚期為潛火山相鉀長花崗斑巖［11］。

火山碎屑沉積巖、碎斑熔巖、花崗斑巖三者在產(chǎn)出空間上相伴而生，形成時間上具有“同時”性，現(xiàn)代年齡測試手段幾乎分不出前后。如江西相山火山—侵入雜巖體各巖性成巖同位素年齡測試，流紋英安巖的年齡為142～130Ma［20－23］，早期也有用傳統(tǒng)鋯石法和全巖Rb－Sr法獲得158Ma和169Ma的年齡數(shù)據(jù)［24］。近年來，關(guān)于碎斑熔巖的測試年齡有136～132Ma［22－26］，早年也有測得150～140Ma的年齡數(shù)據(jù)［24，27－29］；花崗斑巖年齡為136～133Ma［22，30］。相山火山雜巖體底部打鼓頂組火山沉積碎屑巖年齡為137Ma［23］，本項目組對相山914高地上的熔結(jié)凝灰?guī)r進行鋯石LA－ICPMS U－Pb年齡測定，獲得的年齡數(shù)據(jù)為139．8±1．9Ma?？傊鶕?jù)近年LAICP MS和SHRIMP鋯石測年，相山火山－侵入雜巖成巖時代主要集中在140～132Ma。近年來，相山火山雜巖體形成時代均歸為早白堊紀。福建石牛山東北的東湖粒狀碎斑熔巖鉀氬年齡為86．7Ma，而西部粒狀碎斑熔巖、鉀長花崗斑巖的鉀氬年齡分別為78 Ma和77．8Ma［11］。總之，除了可能由于測年技術(shù)手段影響因素外，火山碎屑沉積巖、碎斑熔巖、花崗斑巖三者同位素年齡差別很小，但三者在野外現(xiàn)象中存在疊置或切割穿插關(guān)系，由此可知三者在火山巖漿演化過程中，是在集中而又短暫的時間階段內(nèi)發(fā)生的地質(zhì)事件。

火山碎屑沉積巖、碎斑熔巖、花崗斑巖三者在礦物成分、化學(xué)成分上具有演化關(guān)系。據(jù)謝家瑩等（1989）［5］對福建尤溪—古田凝灰熔巖、碎斑熔巖、花崗斑巖進行研究，發(fā)現(xiàn)鉀長石成分從凝灰熔巖到碎斑熔巖，Ab減少而Or增多的趨勢，鉀長石有序度從碎斑熔巖到花崗斑巖規(guī)律性增大，斜長石從凝灰熔巖—碎斑熔巖—花崗斑巖順序，An組分漸增，Ab組分逐漸減少；同樣對花崗斑巖—碎斑熔巖—凝灰熔巖三者進行造巖元素氧化物含量相關(guān)矩陣聚類分析，表現(xiàn)為SiO2、K2O 逐漸增加，而Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、P2O5、TiO2等逐漸降低，為一個連續(xù)演化的高鉀鈣堿性系列，化學(xué)成分逐漸過渡；而三者稀土元素球粒標準化曲線極為相似（圖3），三者應(yīng)是同源巖漿在巖漿房結(jié)晶分異作用的結(jié)果。

圖3 各類巖石稀土元素球粒標準化配分曲線圖［6］Fig．3 Chondrite－normalized REE distribution patterns of different rocks

在東南沿海碎斑熔巖發(fā)育區(qū)，火山碎屑沉積巖、碎斑熔巖、花崗斑巖三者在空間、時間上相伴而生，在成分上具繼承演化關(guān)系，構(gòu)成“三位一體”，因此在對碎斑熔巖研究時要加以綜合考慮。

4．3 碎斑熔巖巖石名稱有待進一步探討

熔巖指溢流出火山通道的巖漿經(jīng)冷凝而成的火山熔體巖石。王德滋（1993）［3］把碎斑熔巖歸為次火山巖相，并劃分為不穿頂?shù)拇位鹕綆r（如桐廬）和穿頂?shù)拇位鹕綆r（如相山），屬于典型火山巖與侵入巖之間的過渡巖相，侵位方式有次火山相或侵出—溢流相兩種。從火山碎屑沉積巖、碎斑熔巖、花崗斑巖三位一體的情況來看，碎斑熔巖應(yīng)介于典型噴出巖與次火山巖（花崗斑巖）之間的一類特殊巖性。根據(jù)前人的研究成果，大部分研究者認為碎斑熔巖為侵出—溢流相，與早期典型噴出火山碎屑沉積巖呈超覆接觸關(guān)系。但從近兩年對江西相山地區(qū)碎斑熔巖野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果看，碎斑熔巖頂部有早期打鼓頂組火山碎屑沉積巖的殘留頂蓋及可見有多處典型的侵入接觸關(guān)系（圖4）。另外，碎斑熔巖往往含有大量斑晶（30%～55%），基質(zhì)（隱晶質(zhì)）含量相對較少，部分基質(zhì)已達微細粒，因此從火山巖相劃分看，碎斑熔巖可能位于火山口附近至火山頸相或火山通道相區(qū)間的過渡性巖石類型，而不是單一的侵出—溢流相或次火山侵入相?？傊?，筆者認為碎斑熔巖應(yīng)是介于典型熔巖與典型花崗斑巖之間的一類特殊巖類，不是某一種巖性，而應(yīng)是一類巖石組合，巖石類型可考慮定名碎斑熔巖體，其巖石名稱應(yīng)根據(jù)具體的巖石特征和野外產(chǎn)狀情況分別歸為熔巖或花崗斑巖。另外考慮到現(xiàn)存的碎斑熔巖均是遭受不同強烈程度的剝蝕，因而我國東南部地區(qū)出露的碎斑熔巖中有一部分應(yīng)該是花崗斑巖。

圖4 碎斑熔巖與晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r侵入接觸關(guān)系圖Fig．4 Intrusive contact relationships graph between porphyroclastic lava and crystal vitric tuff

因此，就前人所指的碎斑熔巖，該巖石類型應(yīng)是火山口附近侵出—溢流相至火山通道相或火山頸相一類過渡性巖石類型。該過渡巖石類型名稱上可用碎斑熔巖體，再根據(jù)具體情況加以區(qū)別，若為侵出—溢流相可考慮用熔巖作為主名，再加其它修飾定語。而火山通道相或火山頸相的巖石，其特征在宏觀上更像花崗斑巖，但在出露區(qū)與典型的花崗斑巖又存在明顯區(qū)別，總體特征像花崗斑巖，巖石主名為花崗斑巖，該巖石可能具有一定的侵出熔巖的特點。

碎斑熔巖體可作為在構(gòu)造環(huán)境下熔巖與斑巖的過渡性巖類，該巖石常具有碎斑結(jié)構(gòu)和珠邊結(jié)構(gòu)兩種典型巖石結(jié)構(gòu)特征。

4．4 碎斑結(jié)構(gòu)的成因

碎斑結(jié)構(gòu)是前人確定碎斑熔巖名稱的一個要素，但有必要對碎斑熔巖的斑晶破碎的形成和分布作進一步研究。在巖石中如果碎斑晶在熔巖中是普遍、均勻分布，有理由推測碎斑晶可能是由于熔巖體本身整體性受作用而造成的，如熔巖體受整體性的物理化學(xué)條件突變或區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的作用引起斑晶碎裂；若碎斑晶僅分布巖體的局部位置，如巖體邊緣或裂隙帶部位，則碎斑現(xiàn)象可能是構(gòu)造作用，如隱爆作用、火山噴發(fā)作用，也可能是巖漿作用之后局部的斷層運動等引起斑晶碎裂。但不管碎斑熔巖的成因如何，這種巖石結(jié)構(gòu)一定是在某一特定的構(gòu)造背景下，或在某一特殊的構(gòu)造作用和構(gòu)造部位下形成的特殊巖石結(jié)構(gòu)類型，有必要對其進行構(gòu)造成因分析。

5 結(jié)論

（1）火山碎屑沉積巖、碎斑熔巖、花崗斑巖三者空間上伴生共存，時間上緊密相聯(lián)，成分上具演化繼承關(guān)系，在整體上構(gòu)成三位一體，反映了其特定的地質(zhì)構(gòu)造位置和構(gòu)造事件，代表巖漿作用從高揮發(fā)分噴發(fā)作用－低揮發(fā)分溢流侵出作用－少揮發(fā)分或無揮發(fā)分次火山巖侵入作用的演化過程。

（2）原來所指的碎斑熔巖應(yīng)是火山口附近溢流相至火山通道相或火山頸相區(qū)間一類過渡性巖石類型，這種巖石組合類型名稱可稱為碎斑熔巖體，而現(xiàn)在出露的碎斑熔巖是經(jīng)過長期剝蝕后再出露地表的，因此在實際工作中要根據(jù)巖石特征和野外產(chǎn)狀分別定名為熔巖或花崗斑巖。

（3）我國東南沿?，F(xiàn)在所出露的碎斑熔巖中應(yīng)有一部分巖石更接近次火山巖花崗斑巖的特征，其巖石名稱主名用“花崗斑巖”可能更能反映原來所指碎斑熔巖形成時的巖相、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造位置特征。

（4）在對碎斑熔巖的研究中要考慮火山碎屑沉積巖、碎斑熔巖、花崗斑巖三者的依存演化關(guān)系及對構(gòu)造事件的指示意義。碎斑結(jié)構(gòu)的成因有待進一步研究。

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