長(zhǎng)白山火山巖區(qū)構(gòu)造地質(zhì)特征

0白頭山地區(qū)的巖漿激光反應(yīng)長(zhǎng)白山地區(qū)中生代火山巖分布廣泛。巖石學(xué)主要為玄武巖、厚巖和黑巖，層壓，底部為玄武巖形成的玄武巖溶合液。在玄武巖臺(tái)地之上散布著一些粗面巖、石英粗面巖等堿性火山巖,在一些中心式噴發(fā)的火山口及其附近形成了一部分凝灰?guī)r、黑曜巖等火山巖,以白頭山地區(qū)最為典型。該區(qū)地處亞洲板塊東緣部位,由于受到太平洋板塊的持續(xù)俯沖作用,以及弧后盆地(日本海)擴(kuò)張對(duì)大陸一側(cè)的擠壓作用,使長(zhǎng)白山地區(qū)地殼隆起,同時(shí)也產(chǎn)生了一系列北東向的斷裂帶,如敦密斷裂、鴨綠江斷裂、伊通—依蘭斷裂等。這些構(gòu)造對(duì)巖漿的運(yùn)移起到了良好的控制作用,為長(zhǎng)白山火山巖的形成奠定了基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)長(zhǎng)白山地區(qū)的火山巖基本特征及深部構(gòu)造的研究,對(duì)火山活動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了探討,并提出了成因模式。1火山巖的基本特征1.1火山巖巖性特征本區(qū)新生代火山活動(dòng)共分七期,按噴發(fā)順序分別為甑峰山期、奶頭山期、平頂村期、軍艦山期、廣坪期、白頭山期和天文峰期,其中前五期的產(chǎn)物為玄武巖,白頭山期為粗面巖、石英粗面巖和鈉閃堿流巖,天文峰期為鈉閃堿流巖質(zhì)的浮巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、黑曜巖及凝灰?guī)r。甑峰山、奶頭山和平頂村三期玄武巖的巖性特征相近,具顯微斑狀結(jié)構(gòu),斑晶主要為普通輝石、橄欖石及斜長(zhǎng)石,基質(zhì)為隱晶質(zhì)。軍艦山玄武巖具有斑狀結(jié)構(gòu),斑晶主要為橄欖石,偶見(jiàn)普通輝石,基質(zhì)多為間粒結(jié)構(gòu)。廣坪玄武巖也具有斑狀結(jié)構(gòu),但它與前四期火山巖最大的區(qū)別是含有拉長(zhǎng)石斑晶,基質(zhì)為隱晶質(zhì)。白頭山期火山巖主要有三種:粗面巖,灰綠色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造;石英粗面巖,灰白色,石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)較多,基質(zhì)中可見(jiàn)鈉鐵閃石;鈉閃堿流巖為灰黑色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。天文峰期火山巖主要有三種:黑曜巖,綠黑色,玻基斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造;浮巖,灰黑色,主要由火山玻璃組成;熔結(jié)凝灰?guī)r,黑褐色,熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。1.2粗面質(zhì)和堿流巖為了深入了解長(zhǎng)白山火山巖的地球化學(xué)特征,筆者根據(jù)樣品中的全堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)(Na2O+K2O)和SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)制作了長(zhǎng)白山火山巖的TAS分類(lèi)圖(圖1),從圖上可以看出巖性分為明顯的兩大類(lèi),一類(lèi)是SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于45.36%~55.10%之間的鈣堿性和堿性玄武巖,另一類(lèi)是SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于64.88%~72.22%之間的粗面巖和堿流巖,如果把本區(qū)的火山巖和堿性、過(guò)堿性火山巖聯(lián)系起來(lái),作為一個(gè)完整的演化系列研究的話,二者之間就缺少SiO2在55.10%~64.88%之間的巖石,這就使該區(qū)的火山巖具有了雙峰式火山巖的特點(diǎn),同時(shí)也說(shuō)明,長(zhǎng)白山火山巖來(lái)源于兩個(gè)不同的巖漿源區(qū):一個(gè)是來(lái)自幔源的玄武質(zhì)巖漿,另一個(gè)是由于幔源巖漿上侵,在地殼巖漿房中經(jīng)過(guò)結(jié)晶分異而形成的粗面質(zhì)和堿流質(zhì)巖漿。盡管長(zhǎng)白山火山巖前五期的火山活動(dòng)所形成的巖石基本上都是玄武巖,但是各期玄武巖的堿性卻不盡相同,如圖2所示,A線之上為堿性系列玄武巖,A線之下為亞堿性系列玄武巖,從中可以看出,本區(qū)甑峰山、奶頭山和軍艦山玄武巖屬于堿性玄武巖系列,而平頂村和廣坪玄武巖屬于拉斑玄武巖系列,同時(shí),筆者又用里特曼指數(shù)公式進(jìn)行了驗(yàn)證,計(jì)算結(jié)果與圖2所示基本一致,這就充分說(shuō)明了該區(qū)的玄武巖分為堿性和亞堿性兩個(gè)系列。2地殼深部構(gòu)造長(zhǎng)白山火山巖區(qū)地處歐洲板塊東緣,從甑峰山期的玄武巖到天文峰期為鈉閃堿流巖質(zhì)的浮巖,基性巖漿分異的總趨勢(shì)為愈向晚期成分愈向富硅、鐵和鈉的方向演化,堿性增強(qiáng),因此出現(xiàn)堿性長(zhǎng)石和堿性輝石等堿性礦物成分,主礦物斑晶的成分與相應(yīng)的巖石類(lèi)型也吻合的比較好。那么研究區(qū)亞堿質(zhì)—堿質(zhì)火山巖究竟是由地殼深部何種因素作用的結(jié)果呢?筆者認(rèn)為自新生代以來(lái)由于太平洋板塊向亞洲板塊俯沖,或者由于弧后盆地的擴(kuò)張作用,產(chǎn)生對(duì)大陸一側(cè)的水平擠壓。這種擠壓導(dǎo)致大陸邊緣的白頭山一帶及其周邊發(fā)生局部拱起,從而產(chǎn)生地幔隆升作用,地幔隆升在地殼產(chǎn)生了拉張應(yīng)力,從而引起放射狀斷裂(圖3)。放射狀深部斷裂的形成將通過(guò)如下事實(shí)得到證實(shí)。2.1狀況上的網(wǎng)狀異常帶通過(guò)我國(guó)布格異常圖明顯看出,在白頭山一帶出現(xiàn)了重力異常的高點(diǎn),以高點(diǎn)為中心出現(xiàn)了向三個(gè)方向延伸的放射狀異常帶。第一條從白頭山開(kāi)始向北西延伸,至靖宇一帶重力異常值逐漸降至-25mGal;第二條從白頭山開(kāi)始向北東延伸至安圖一帶,重力異常值逐漸降至為-40mGal;第三條由白頭山經(jīng)長(zhǎng)白縣、朝鮮的頭流山到吉州。2.2中新世土門(mén)子組地層的下高程和垂直高差依據(jù)有:(1)鴨綠江上游,中更新世以來(lái)的古侵蝕面比現(xiàn)在的江面高100~120m;(2)安圖東部甑峰山一帶中新世土門(mén)子組地層的下部高程為1150m,同時(shí)代地層在長(zhǎng)白縣一帶的高程僅有700m,前者比后者高出450m;(3)朝鮮境內(nèi)臨津江附近,古風(fēng)化殼在中新世形成50m的垂直高差。地面隆升和放射狀斷裂的結(jié)果是地殼在此處變的脆弱,形成薄弱面,這就為后期巖漿的上侵噴溢提供了必要條件。3國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀長(zhǎng)白山新生代火山巖的形成過(guò)程比較復(fù)雜,從20世紀(jì)60年代以來(lái),中外學(xué)者就對(duì)長(zhǎng)白山火山巖區(qū)展開(kāi)了較為系統(tǒng)的研究,用的方法種類(lèi)繁多,研究結(jié)果也是仁者見(jiàn)仁,智者見(jiàn)智。筆者通過(guò)野外實(shí)地測(cè)量以及參考相關(guān)文獻(xiàn),認(rèn)為長(zhǎng)白山火山巖的形成經(jīng)歷了6個(gè)階段。3.1形成島弧的火山由于太平洋板塊向亞洲板塊的俯沖(圖4),形成了千島海溝,日本海溝,硫球海溝等一系列北東向展布的海溝鏈,繼而形成了日本島弧,因?yàn)榘鍍?nèi)脫水作用,形成了島弧巖漿,促使了日本島弧上的的火山噴發(fā)現(xiàn)象頻發(fā)。3.2板塊沖刷作用太平洋板塊的持續(xù)俯沖形成了一個(gè)在日本島弧和中國(guó)東北部大陸邊緣之間的弧后盆地(日本海),弧后盆地具有擴(kuò)張作用,造成了對(duì)大陸一側(cè)的水平擠壓,從而導(dǎo)至中國(guó)東北部大陸邊緣的隆起,在白頭山一帶表現(xiàn)的尤為明顯,形成了以白頭山為中心的放射狀斷裂,這就為后來(lái)各期巖漿上侵提供了通道。筆者認(rèn)為研究區(qū)受到板塊俯沖作用影響主要有兩個(gè)證據(jù):第一,中生代以來(lái)區(qū)內(nèi)的構(gòu)造展布方向及火山帶方向基本與大陸邊界平行,均是以北東向?yàn)橹?且新生代以來(lái)火山活動(dòng)帶逐漸向大陸邊緣一側(cè)移動(dòng),這表明引起火山活動(dòng)的作用力方向與大陸邊緣垂直,即太平洋板塊向大陸的俯沖。第二,地球物理資料證明,從日本的津輕海峽經(jīng)日本海到中國(guó)東北大陸邊緣,存在一個(gè)傾角約26°的傾斜震源面,并肯定震源面為貝厄奧夫帶,地震源深度逐漸增加,因而認(rèn)為西太平洋板塊是以小傾角、大跨度下插,直達(dá)中國(guó)東北,在中國(guó)東北地區(qū)形成一條大致南北走向的深震帶,其震源都在500km以上。3.3巖石圈內(nèi)部擴(kuò)散的作用由于板塊俯沖的持續(xù)深入,在上地幔的地幔轉(zhuǎn)換帶中出現(xiàn)了滯留板塊,在高溫高壓下,板塊發(fā)生了深熔作用,在重力分異作用下,低密度物質(zhì)向上運(yùn)動(dòng),高密度物質(zhì)向下運(yùn)動(dòng),形成了類(lèi)似于“積雨云”的對(duì)流運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象,即產(chǎn)生了地幔柱的上升運(yùn)動(dòng),當(dāng)?shù)蒯Ｖ仙杰浟魅敳繋r石圈附近時(shí),受巖石圈阻擋不能繼續(xù)上升,于是向四周擴(kuò)散,地幔柱中的高黏度類(lèi)似巖漿的物質(zhì)向四周流動(dòng)對(duì)巖石圈形成了很大的摩擦力,帶動(dòng)巖石圈向四周擴(kuò)散(圖5),并向上隆起,這種擴(kuò)散對(duì)地殼產(chǎn)生了水平拉張力,從而為大陸裂谷的形成提供了良好的地質(zhì)應(yīng)力,在地殼相對(duì)薄弱區(qū),便產(chǎn)生了一系列超殼斷裂,如伊通—依蘭斷裂,敦密斷裂等。3.4玄武添加帶大陸裂谷形成以后,裂谷帶中的壓力相對(duì)減小,于是來(lái)自幔源的玄武質(zhì)巖漿沿著裂隙上侵,到達(dá)地表后形成熔巖臺(tái)地(造盾運(yùn)動(dòng))。在白頭山處幔源巖漿則是沿著弧后擴(kuò)張擠壓大陸邊緣形成的以天池為中心的放射性斷裂帶向外溢流。3.5地殼內(nèi)熱質(zhì)巖巖漿發(fā)育成造盾運(yùn)動(dòng),形成了早期地殼幔源玄武質(zhì)巖漿在上升過(guò)程中,一部分直接溢出地表,形成玄武巖,完成造盾運(yùn)動(dòng),另一部分在地殼巖漿房滯留并發(fā)生了強(qiáng)烈的巖漿結(jié)晶分異作用,經(jīng)過(guò)橄欖石、輝石以及鈣質(zhì)斜長(zhǎng)石等高度結(jié)晶分異作用,導(dǎo)致殼內(nèi)巖漿房的巖漿演化為極富硅、堿和揮發(fā)分的酸性巖漿噴出地表,形成了雙峰式火山巖。3.6巖漿主要矛盾的發(fā)生,資源性和最佳發(fā)酵期順治期,利用釋放來(lái)原采后再參連,再聚離子巖漿進(jìn)入全新世階段,地殼巖漿房的剩余巖漿繼續(xù)上侵,并不斷匯集,形成新的巖漿房,隨著揮發(fā)分的增多,以及粗面質(zhì)、玄武質(zhì)圍巖的混入,地表壓力的減小,使巖漿再次噴發(fā),形成粗面質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r及堿流質(zhì)浮巖等。4成因和構(gòu)造背景本區(qū)新生代火山巖是一套由玄武巖和粗面巖一鈉閃堿流巖組成的雙峰式火山巖組合。本區(qū)的玄武巖分為堿性