长白山火山岩区构造地质特征

长白山火山岩区构造地质特征

0白头山地区的岩浆激光反应长白山地区中生代火山岩分布广泛。岩石学主要为玄武岩、厚岩和黑岩，层压，底部为玄武岩形成的玄武岩溶合液。在玄武岩台地之上散布着一些粗面岩、石英粗面岩等碱性火山岩,在一些中心式喷发的火山口及其附近形成了一部分凝灰岩、黑曜岩等火山岩,以白头山地区最为典型。该区地处亚洲板块东缘部位,由于受到太平洋板块的持续俯冲作用,以及弧后盆地(日本海)扩张对大陆一侧的挤压作用,使长白山地区地壳隆起,同时也产生了一系列北东向的断裂带,如敦密断裂、鸭绿江断裂、伊通—依兰断裂等。这些构造对岩浆的运移起到了良好的控制作用,为长白山火山岩的形成奠定了基础。本文通过对长白山地区的火山岩基本特征及深部构造的研究,对火山活动机制进行了探讨,并提出了成因模式。1火山岩的基本特征1.1火山岩岩性特征本区新生代火山活动共分七期,按喷发顺序分别为甑峰山期、奶头山期、平顶村期、军舰山期、广坪期、白头山期和天文峰期,其中前五期的产物为玄武岩,白头山期为粗面岩、石英粗面岩和钠闪碱流岩,天文峰期为钠闪碱流岩质的浮岩、熔结凝灰岩、黑曜岩及凝灰岩。甑峰山、奶头山和平顶村三期玄武岩的岩性特征相近,具显微斑状结构,斑晶主要为普通辉石、橄榄石及斜长石,基质为隐晶质。军舰山玄武岩具有斑状结构,斑晶主要为橄榄石,偶见普通辉石,基质多为间粒结构。广坪玄武岩也具有斑状结构,但它与前四期火山岩最大的区别是含有拉长石斑晶,基质为隐晶质。白头山期火山岩主要有三种:粗面岩,灰绿色,斑状结构,块状构造;石英粗面岩,灰白色,石英质量分数较多,基质中可见钠铁闪石;钠闪碱流岩为灰黑色,斑状结构,块状构造。天文峰期火山岩主要有三种:黑曜岩,绿黑色,玻基斑状结构,块状构造;浮岩,灰黑色,主要由火山玻璃组成;熔结凝灰岩,黑褐色,熔结凝灰结构,块状构造。1.2粗面质和碱流岩为了深入了解长白山火山岩的地球化学特征,笔者根据样品中的全碱质量分数(Na2O+K2O)和SiO2质量分数制作了长白山火山岩的TAS分类图(图1),从图上可以看出岩性分为明显的两大类,一类是SiO2质量分数介于45.36%~55.10%之间的钙碱性和碱性玄武岩,另一类是SiO2质量分数介于64.88%~72.22%之间的粗面岩和碱流岩,如果把本区的火山岩和碱性、过碱性火山岩联系起来,作为一个完整的演化系列研究的话,二者之间就缺少SiO2在55.10%~64.88%之间的岩石,这就使该区的火山岩具有了双峰式火山岩的特点,同时也说明,长白山火山岩来源于两个不同的岩浆源区:一个是来自幔源的玄武质岩浆,另一个是由于幔源岩浆上侵,在地壳岩浆房中经过结晶分异而形成的粗面质和碱流质岩浆。尽管长白山火山岩前五期的火山活动所形成的岩石基本上都是玄武岩,但是各期玄武岩的碱性却不尽相同,如图2所示,A线之上为碱性系列玄武岩,A线之下为亚碱性系列玄武岩,从中可以看出,本区甑峰山、奶头山和军舰山玄武岩属于碱性玄武岩系列,而平顶村和广坪玄武岩属于拉斑玄武岩系列,同时,笔者又用里特曼指数公式进行了验证,计算结果与图2所示基本一致,这就充分说明了该区的玄武岩分为碱性和亚碱性两个系列。2地壳深部构造长白山火山岩区地处欧洲板块东缘,从甑峰山期的玄武岩到天文峰期为钠闪碱流岩质的浮岩,基性岩浆分异的总趋势为愈向晚期成分愈向富硅、铁和钠的方向演化,碱性增强,因此出现碱性长石和碱性辉石等碱性矿物成分,主矿物斑晶的成分与相应的岩石类型也吻合的比较好。那么研究区亚碱质—碱质火山岩究竟是由地壳深部何种因素作用的结果呢?笔者认为自新生代以来由于太平洋板块向亚洲板块俯冲,或者由于弧后盆地的扩张作用,产生对大陆一侧的水平挤压。这种挤压导致大陆边缘的白头山一带及其周边发生局部拱起,从而产生地幔隆升作用,地幔隆升在地壳产生了拉张应力,从而引起放射状断裂(图3)。放射状深部断裂的形成将通过如下事实得到证实。2.1状况上的网状异常带通过我国布格异常图明显看出,在白头山一带出现了重力异常的高点,以高点为中心出现了向三个方向延伸的放射状异常带。第一条从白头山开始向北西延伸,至靖宇一带重力异常值逐渐降至-25mGal;第二条从白头山开始向北东延伸至安图一带,重力异常值逐渐降至为-40mGal;第三条由白头山经长白县、朝鲜的头流山到吉州。2.2中新世土门子组地层的下高程和垂直高差依据有:(1)鸭绿江上游,中更新世以来的古侵蚀面比现在的江面高100~120m;(2)安图东部甑峰山一带中新世土门子组地层的下部高程为1150m,同时代地层在长白县一带的高程仅有700m,前者比后者高出450m;(3)朝鲜境内临津江附近,古风化壳在中新世形成50m的垂直高差。地面隆升和放射状断裂的结果是地壳在此处变的脆弱,形成薄弱面,这就为后期岩浆的上侵喷溢提供了必要条件。3国内研究现状长白山新生代火山岩的形成过程比较复杂,从20世纪60年代以来,中外学者就对长白山火山岩区展开了较为系统的研究,用的方法种类繁多,研究结果也是仁者见仁,智者见智。笔者通过野外实地测量以及参考相关文献,认为长白山火山岩的形成经历了6个阶段。3.1形成岛弧的火山由于太平洋板块向亚洲板块的俯冲(图4),形成了千岛海沟,日本海沟,硫球海沟等一系列北东向展布的海沟链,继而形成了日本岛弧,因为板内脱水作用,形成了岛弧岩浆,促使了日本岛弧上的的火山喷发现象频发。3.2板块冲刷作用太平洋板块的持续俯冲形成了一个在日本岛弧和中国东北部大陆边缘之间的弧后盆地(日本海),弧后盆地具有扩张作用,造成了对大陆一侧的水平挤压,从而导至中国东北部大陆边缘的隆起,在白头山一带表现的尤为明显,形成了以白头山为中心的放射状断裂,这就为后来各期岩浆上侵提供了通道。笔者认为研究区受到板块俯冲作用影响主要有两个证据:第一,中生代以来区内的构造展布方向及火山带方向基本与大陆边界平行,均是以北东向为主,且新生代以来火山活动带逐渐向大陆边缘一侧移动,这表明引起火山活动的作用力方向与大陆边缘垂直,即太平洋板块向大陆的俯冲。第二,地球物理资料证明,从日本的津轻海峡经日本海到中国东北大陆边缘,存在一个倾角约26°的倾斜震源面,并肯定震源面为贝厄奥夫带,地震源深度逐渐增加,因而认为西太平洋板块是以小倾角、大跨度下插,直达中国东北,在中国东北地区形成一条大致南北走向的深震带,其震源都在500km以上。3.3岩石圈内部扩散的作用由于板块俯冲的持续深入,在上地幔的地幔转换带中出现了滞留板块,在高温高压下,板块发生了深熔作用,在重力分异作用下,低密度物质向上运动,高密度物质向下运动,形成了类似于“积雨云”的对流运动现象,即产生了地幔柱的上升运动,当地幔柱上升到软流圈顶部岩石圈附近时,受岩石圈阻挡不能继续上升,于是向四周扩散,地幔柱中的高黏度类似岩浆的物质向四周流动对岩石圈形成了很大的摩擦力,带动岩石圈向四周扩散(图5),并向上隆起,这种扩散对地壳产生了水平拉张力,从而为大陆裂谷的形成提供了良好的地质应力,在地壳相对薄弱区,便产生了一系列超壳断裂,如伊通—依兰断裂,敦密断裂等。3.4玄武添加带大陆裂谷形成以后,裂谷带中的压力相对减小,于是来自幔源的玄武质岩浆沿着裂隙上侵,到达地表后形成熔岩台地(造盾运动)。在白头山处幔源岩浆则是沿着弧后扩张挤压大陆边缘形成的以天池为中心的放射性断裂带向外溢流。3.5地壳内热质岩岩浆发育成造盾运动,形成了早期地壳幔源玄武质岩浆在上升过程中,一部分直接溢出地表,形成玄武岩,完成造盾运动,另一部分在地壳岩浆房滞留并发生了强烈的岩浆结晶分异作用,经过橄榄石、辉石以及钙质斜长石等高度结晶分异作用,导致壳内岩浆房的岩浆演化为极富硅、碱和挥发分的酸性岩浆喷出地表,形成了双峰式火山岩。3.6岩浆主要矛盾的发生,资源性和最佳发酵期顺治期,利用释放来原采后再参连,再聚离子岩浆进入全新世阶段,地壳岩浆房的剩余岩浆继续上侵,并不断汇集,形成新的岩浆房,随着挥发分的增多,以及粗面质、玄武质围岩的混入,地表压力的减小,使岩浆再次喷发,形成粗面质熔结凝灰岩及碱流质浮岩等。4成因和构造背景本区新生代火山岩是一套由玄武岩和粗面岩一钠闪碱流岩组成的双峰式火山岩组合。本区的玄武岩分为碱性