內(nèi)蒙古阿魯科爾沁旗新民組“豆?fàn)睢蹦規(guī)r巖石學(xué)特征及成因探討

鐘　輝，郜曉勇，伍　月中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽(yáng)110034

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內(nèi)蒙古阿魯科爾沁旗新民組“豆?fàn)睢蹦規(guī)r巖石學(xué)特征及成因探討

鐘輝，郜曉勇，伍月
中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽(yáng)110034

內(nèi)蒙古阿魯科爾沁旗新民組出露有“豆?fàn)睢蹦規(guī)r，其中含“火山豆”（火山灰球）65%左右.“火山豆”發(fā)育同心韻律環(huán)帶構(gòu)造，有的發(fā)育有玻璃質(zhì)邊，有的可見(jiàn)長(zhǎng)石晶屑嵌入其邊緣，填隙物中可見(jiàn)有長(zhǎng)石晶屑聚集現(xiàn)象.通過(guò)分析巖石結(jié)構(gòu)及碎屑成分特征，認(rèn)為“火山豆”凝灰?guī)r是火山噴發(fā)過(guò)程中，由熾熱的高能量高密度火山灰涌流向外遷移并伴隨大氣降水共同作用形成.

火山豆；凝灰?guī)r；巖石學(xué)特征；阿魯科爾沁旗地區(qū)；內(nèi)蒙古

“火山豆”（火山灰球）是一種較特殊的火山碎屑物，是陸相爆發(fā)式火山活動(dòng)的產(chǎn)物［1］.已有的文獻(xiàn)表明火山灰球可存在于火山碎屑流及涌流相堆積物中［2-3］，但對(duì)“豆?fàn)睢蹦規(guī)r的巖石學(xué)特征，特別是顯微鏡下的微觀特征及成因卻鮮有報(bào)道.本文著重從“豆?fàn)睢蹦規(guī)r的巖石學(xué)特征，探索性地分析其成因.

1　區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于大興安嶺火山巖帶（Ⅱ級(jí)）呼瑪-大廟火山巖帶（Ⅲ級(jí)）南西段，阿魯科爾沁旗火山盆地之中?沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心.大興安嶺成礦帶北段基礎(chǔ)地質(zhì)綜合研究成果報(bào)告.2013.，地處內(nèi)蒙古自治區(qū)東部阿魯科爾沁旗一帶.火山盆地基底為上古生界，包括上石炭統(tǒng)海相碎屑巖-碳酸鹽巖建造，下—中二疊統(tǒng)海相碎屑巖-火山巖夾碳酸鹽建造，上二疊統(tǒng)陸相河湖相碎屑沉積建造?沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心.內(nèi)蒙古1∶25萬(wàn)扎魯特旗幅（L51C004001）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查（修測(cè)）項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)..火山盆地中，充填地層自下而上有中侏羅世新民組（J2x）陸相酸性火山巖夾碎屑沉積巖及煤線，晚侏羅世滿克頭鄂博組（J3mk）中酸性-酸性火山巖、瑪尼吐組（J3mn）中性火山巖，早白堊世白音高老組（K1b）酸性火山巖夾碎屑沉積巖、梅勒?qǐng)D組（K1m）中基性火山巖.研究區(qū)新民組不整合于晚二疊世林西組（P3ln）之上，被晚侏羅世滿克頭鄂博組不整合覆蓋.

本次研究的“豆?fàn)睢蹦規(guī)r發(fā)育于新民組建組剖面下部層位.新民組建組剖面位于阿魯科爾沁旗北西約20 km處的新民煤礦（圖1），總體為一套含煤火山巖-碎屑巖建造.內(nèi)蒙古阿魯科爾沁旗新民鄉(xiāng)好力保西煤窯溝中侏羅統(tǒng)新民組實(shí)測(cè)剖面層序自上而下為：

未見(jiàn)頂中侏羅統(tǒng)新民組三段（J2x3）15.灰白色含角礫晶屑凝灰?guī)r　14.20 m整合接觸中侏羅統(tǒng)新民組二段（J2x2）14.灰綠色長(zhǎng)石巖屑細(xì)砂巖　26.80 m 13.黑色頁(yè)巖夾煤線　36.00 m 12.灰黑色泥灰?guī)r　3.30 m 11.灰黑色粉砂質(zhì)泥巖與灰綠色粉砂巖互層　11.80 m 10.灰綠色粉砂巖　4.10 m 9.深灰色泥質(zhì)粉砂巖　9.10 m 8.灰色晶屑凝灰?guī)r　1.80 m 7.深灰色凝灰質(zhì)粉砂巖　1.80 m整合接觸中侏羅統(tǒng)新民組一段（J2x1）6.灰褐色含角礫晶屑凝灰?guī)r　10.20 m 5.深灰色層凝灰?guī)r　2.90 m 4.灰白色豆?fàn)钅規(guī)r　22.30 m 3.深灰色流紋質(zhì)含角礫晶屑玻屑凝灰?guī)r　4.90 m 2.深灰褐色含角礫沉凝灰?guī)r　25.90 m 1.灰褐色流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r　21.70 m未見(jiàn)底總厚度＞196.80 m

據(jù)巖性組合特征劃分為3個(gè)巖性段：上段（J2x3）為火山碎屑巖，局部夾火山碎屑沉積巖；中段（J2x2）火山噴發(fā)間歇期碎屑沉積巖組合，其中夾煤線或煤層；下段（J2x1）為火山碎屑巖，局部夾火山碎屑沉積巖，發(fā)育層凝灰?guī)r及豆?fàn)钅規(guī)r，豆?fàn)钅規(guī)r厚度達(dá)到22.3 m.

圖1　豆?fàn)钅規(guī)r產(chǎn)出位置示意圖Fig.1　Sketch map showing the position of pisolitic tuff

2　豆?fàn)钅規(guī)r的巖石學(xué)特征

圖2　豆?fàn)钅規(guī)r手標(biāo)本特征Fig.2　Hand specimen of pisolitic tuff

圖3　“火山豆”的同心層狀韻律層Fig.3　Concentric layered rhythmic texture of volcanic pisolite

豆?fàn)钅規(guī)r手標(biāo)本呈灰色或灰綠色，由“火山豆”（火山灰球）（65%）及膠結(jié)物（35%）組成（圖2）.“火山豆”多呈圓狀或橢圓形，邊緣較圓滑，少部分有破碎形態(tài)，呈條形或不規(guī)則扇形，其長(zhǎng)軸直徑在2～10 mm之間，長(zhǎng)短軸比在0.57～0.83之間，且長(zhǎng)軸略顯定向.顯微鏡下可見(jiàn)“火山豆”內(nèi)部具同心層狀構(gòu)造.同心層有兩個(gè)特征：①因火山灰的顏色、粒度差異而形成的韻律層（圖3），即同心層由內(nèi)至外火山灰粒度呈粗細(xì)相間變化；②同心層只有內(nèi)外兩層，表現(xiàn)為火山灰粒度內(nèi)粗外細(xì)的特征（圖4）.個(gè)別的“火山豆”邊界略顯火焰狀，內(nèi)部顏色較淺，成分為細(xì)的火山灰，外部顏色較深呈暗褐色，成分為玻璃質(zhì)（圖5）.各種“火山豆”的內(nèi)核成分主要為火山塵，其次為少量的細(xì)小晶屑、巖屑、玻屑.晶屑呈棱角狀，成分為斜長(zhǎng)石及石英，粒徑0.02～0.13 mm.巖屑呈次圓狀，成分為流紋巖及凝灰?guī)r，粒徑0.03～0.12 mm.玻屑形態(tài)以彎曲條狀為主，少量凹面三角形，脫玻為長(zhǎng)英質(zhì)霏細(xì)狀隱晶集合體.火山塵成分為鱗片狀黏土礦物及長(zhǎng)英質(zhì)隱晶集合體.

圖4　“火山豆”分內(nèi)外兩層同心層Fig.4　Inner and outer concentric layers of volcanic pisolite

“火山豆”之間的填隙物由巖屑、晶屑、玻屑及火山灰組成.巖屑粒徑0.5～2.0 mm，呈次棱角狀、次圓狀，成分為玄武巖（間隱結(jié)構(gòu)）、玄武安山巖（間隱-交織結(jié)構(gòu)）、閃長(zhǎng)玢巖、流紋巖.晶屑成分以斜長(zhǎng)石為主，少量鉀長(zhǎng)石及石英.大部分斜長(zhǎng)石晶體兩個(gè)邊緣較平直，但棱角處有磨圓.斜長(zhǎng)石晶屑分布不均勻，有局部相對(duì)集中的現(xiàn)象（圖6）.偶見(jiàn)斜長(zhǎng)石晶屑小部分嵌入“火山豆”邊部，使“火山豆”內(nèi)部的同心紋層變形（圖7）.部分斜長(zhǎng)石晶屑內(nèi)部有裂紋或整體碎裂，但有“裂而不離”的特征.斜長(zhǎng)石晶屑聚片雙晶紋較細(xì)密，部分可見(jiàn)鈉長(zhǎng)-肖鈉復(fù)合式雙晶，測(cè)⊥（010）晶帶，Np'?（010）= 10°，An=23，成分為更長(zhǎng)石，部分斜長(zhǎng)石晶屑表面被絹云母鱗片星散交代，斜長(zhǎng)石晶屑粒徑0.4～2.4 mm.鉀長(zhǎng)石晶屑呈次棱角狀，少量邊緣略磨圓呈渾圓形，或被熔蝕呈港灣狀，有微裂紋，成分為條紋長(zhǎng)石，條紋呈補(bǔ)片狀，晶屑粒徑0.4～1.6 mm.石英晶屑呈圓狀、次棱角狀，邊緣被熔蝕呈港灣狀，粒徑0.2～0.7 mm.玻屑呈凹面三角形、彎曲條形、桿狀，脫玻為粒狀石英或鱗片狀黏土礦物.火山灰充填于巖屑、晶屑及玻屑之間，為隱晶褐鐵質(zhì)成分及黏土礦物.

圖5　“火山豆”外層為玻璃質(zhì)成分Fig.5　Vitreous component in outer layer of volcanic pisolite

圖6　“火山豆”之間晶屑成分較集中Fig.6　Crystal fragments concentrated in between volcanic pisolites

圖7　長(zhǎng)石晶屑嵌入“火山豆”中Fig.7　Feldspar crystal fragments filled in volcanic pisolites

3　豆?fàn)钅規(guī)r的成因探討

3.1“火山豆”的成因

“火山豆”（volcanic mud ball）又稱火山泥球、火山灰球、火山豆石、增生火山礫［2-4］.其成因可能為以下3種情況：①在火山爆發(fā)時(shí)伴隨降水，上涌的細(xì)火山灰流與下落的雨滴相互作用，雨滴作為凝聚介質(zhì)，在雨滴降落過(guò)程中，火山灰圍繞雨滴一層層增大而形成小圓球，同時(shí)受巨大的火山氣流涌托，“小圓球”被上下振拋并旋轉(zhuǎn)，而形成層帶狀韻律，成巖后被上覆沉積物壓實(shí)，可呈橢圓形、扁豆?fàn)?，且長(zhǎng)軸具有方向性；②火山碎屑圍繞一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，借助風(fēng)力或斜坡在疏松的火山碎屑堆積物表面滾動(dòng)增大所致；③火山爆發(fā)產(chǎn)生的蒸氣冷卻變成水滴，遇細(xì)的火山灰沿斜坡與其他火山碎屑物一起以湍流的形式旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)而成.結(jié)合上述特征，本文所述的“火山豆”的特征形成過(guò)程可能為火山噴發(fā)過(guò)程中火山灰涌流與巖漿蒸氣冷卻的水滴或大氣降水相互作用的結(jié)果.

據(jù)新民組的剖面層序分析，新民組下段的層序組合特征表明其火山噴發(fā)至少含3次韻律性噴發(fā)，且每個(gè)噴發(fā)韻律都是由爆發(fā)相的粗火山碎屑巖向上變?yōu)榭章湎嗄規(guī)r.含本文所述的“豆?fàn)钅規(guī)r”所在的火山噴發(fā)韻律，自下而上為深灰色流紋質(zhì)含角礫晶屑玻屑凝灰?guī)r→灰白色豆?fàn)钅規(guī)r→深灰色層凝灰?guī)r，而以灰白色豆?fàn)钅規(guī)r的厚度較大，可達(dá)22 m，反映當(dāng)次火山噴發(fā)的晚期，火山噴發(fā)以強(qiáng)烈的噴出火山灰涌流為特征.

熾熱的高能量、高密度火山灰涌流（含晶屑、巖屑、玻屑、火山灰），作為熾熱高密度湍流，自火山噴發(fā)中心或火山口向外遷移過(guò)程中，加上降水作用，形成火山灰的凝聚質(zhì)點(diǎn)，在火山熱氣底浪的推動(dòng)下，作湍流運(yùn)動(dòng)，火山灰凝聚質(zhì)點(diǎn)做上下翻滾運(yùn)動(dòng)逐漸增大，形成環(huán)帶層狀韻律構(gòu)造，并隨遠(yuǎn)離火山噴發(fā)中心而火山灰粒級(jí)變小，形成具同心層狀韻律層（圖3）特征的“火山豆”凝灰?guī)r.火山碎屑流中最高溫度可達(dá)715～1000℃［3］，少量“火山豆”遇水淬冷，邊緣成分來(lái)不及結(jié)晶而表現(xiàn)為玻璃質(zhì)成分（圖5）；少量“火山豆”在滾動(dòng)過(guò)程中遇剛性物質(zhì)，易破碎成不完整形態(tài)（圖4）.

3.2“火山豆”之間膠結(jié)物中晶屑的成因

“火山豆”之間膠結(jié)物中晶屑成分較單一，大部分為斜長(zhǎng)石，故大部分晶屑屬于同源巖漿的產(chǎn)物，少量為火山通道邊緣已經(jīng)固結(jié)的巖石發(fā)生崩裂而分離出來(lái)的晶體碎片.即同源巖漿攜帶少量異源碎屑噴出火山口后，大部分碎屑經(jīng)過(guò)短距離的搬動(dòng)，邊緣略磨圓，少量異源碎屑發(fā)生熔蝕，反映出少量晶屑來(lái)源于火山巖中斑晶的特征［5-7］.另有少量晶屑在噴出過(guò)程中受氣浪的沖擊作用顯示微碎裂特征，但只體現(xiàn)裂紋或裂開(kāi)，碎塊之間無(wú)明顯位移，具“裂而不離”特征.鉀長(zhǎng)石晶屑呈次棱角狀，少量邊緣略磨圓呈渾圓形，或被熔蝕呈港灣狀，具有同源晶屑與異源晶屑的雙重特征.如前所述，在顯微鏡下見(jiàn)“火山豆”之間填隙物中有長(zhǎng)石晶屑集聚現(xiàn)象，晶屑經(jīng)過(guò)短距離的搬運(yùn)后，能量消耗殆盡，受重力分選作用，局部相對(duì)較集中.

3.3豆?fàn)钅規(guī)r的成因

綜合上述特征的分析，豆?fàn)钅規(guī)r的形成與火山灰涌流及相伴的大氣降水共同作用有關(guān).熾熱的高能量、高密度火山灰涌流，夾雜著同源晶屑與少量異源碎屑，自火山口向外遷移的過(guò)程中，遇降水作用，形成火山灰的凝聚質(zhì)點(diǎn)，在火山熱氣底浪的推動(dòng)下作湍流運(yùn)動(dòng)，火山灰凝聚質(zhì)點(diǎn)上下翻滾運(yùn)動(dòng)逐漸增大，形成“火山豆”的環(huán)帶層狀韻律構(gòu)造.隨著火山灰涌流自火山噴發(fā)中心向外運(yùn)動(dòng)，能量逐漸耗散，半凝固狀態(tài)“火山豆”經(jīng)過(guò)短距離的搬運(yùn)，與晶屑一起落入沉積盆地中.由于重力分選作用，長(zhǎng)石晶屑有局部相對(duì)集中的現(xiàn)象.當(dāng)半凝固狀態(tài)的“火山豆”滾動(dòng)落入沉積盆地中，遇堅(jiān)硬的長(zhǎng)石晶屑，使長(zhǎng)石晶屑部分嵌入“火山豆”的邊緣，或“火山豆”在滾動(dòng)的過(guò)程中遇堅(jiān)硬的物質(zhì)也會(huì)出現(xiàn)類似的現(xiàn)象.

［1］陶奎元.火山巖相構(gòu)造學(xué)［M］.南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

［2］謝家瑩.火山碎屑涌流堆積與涌流凝灰?guī)r［J］.火山地質(zhì)與礦產(chǎn)，1996，17（21）：94—96.

［3］劉洋.當(dāng)代火山噴發(fā)碎屑堆積物的研究進(jìn)展及主要類型［J］.世界地質(zhì)，1996，15（1）：1—6.

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［7］武漢地質(zhì)學(xué)院巖石教研室.巖漿巖巖石學(xué)［M］.北京：地質(zhì)出版社，1980.

Discussion on petrology and genesis of the pisolitic tuff in Xinmin Formation in Ar Horqin Qi, Inner Mongolia

ZHONG Hui,GAO Xiao-yong,WU Yue
Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110032,China

The pisolitic tuff,occurring in the Xinmin Formation in Ar Horqin Qi,Inner Mongolia,contains 65%of volcanic pisolites（or volcanic mud balls）.The volcanic pisolites are developed in concentric layered rhythmic texture, some of which are filled with feldspar crystal fragments around the pisolites.By analyzing the characteristics of texture and component of crystal fragments,it is considered that the pisolitic tuff is evolved from the flowing hot volcanic ash with high-energy and high-density,accompanied with atmospheric precipitation during volcanic eruption.

volcanic pisolite;tuff;petrologic characteristics;Ar Horqin Qi;Inner Mongolia

1671-1947（2016）02-0121-04

P588.14

A

2016-03-14；

2016-04-13.編輯：張哲.

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“松遼盆地外圍深部地質(zhì)調(diào)查”（編號(hào)1212011220242）；“內(nèi)蒙古1:25萬(wàn)扎魯特旗（L51C004001）幅區(qū)調(diào)修測(cè)”（編號(hào)1212011120670）.

鐘輝（1964—），女，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事巖石學(xué)及礦物學(xué)研究工作，通信地址遼寧省沈陽(yáng)市皇姑區(qū)黃河北大街26甲3號(hào)，E-mail//2418734955@qq.com