内蒙古阿鲁科尔沁旗新民组“豆状”凝灰岩岩石学特征及成因探讨

钟　辉，郜晓勇，伍　月中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳110034



内蒙古阿鲁科尔沁旗新民组“豆状”凝灰岩岩石学特征及成因探讨

钟辉，郜晓勇，伍月
中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳110034

内蒙古阿鲁科尔沁旗新民组出露有“豆状”凝灰岩，其中含“火山豆”（火山灰球）65%左右.“火山豆”发育同心韵律环带构造，有的发育有玻璃质边，有的可见长石晶屑嵌入其边缘，填隙物中可见有长石晶屑聚集现象.通过分析岩石结构及碎屑成分特征，认为“火山豆”凝灰岩是火山喷发过程中，由炽热的高能量高密度火山灰涌流向外迁移并伴随大气降水共同作用形成.

火山豆；凝灰岩；岩石学特征；阿鲁科尔沁旗地区；内蒙古

“火山豆”（火山灰球）是一种较特殊的火山碎屑物，是陆相爆发式火山活动的产物［1］.已有的文献表明火山灰球可存在于火山碎屑流及涌流相堆积物中［2-3］，但对“豆状”凝灰岩的岩石学特征，特别是显微镜下的微观特征及成因却鲜有报道.本文着重从“豆状”凝灰岩的岩石学特征，探索性地分析其成因.

1　区域地质背景

研究区位于大兴安岭火山岩带（Ⅱ级）呼玛-大庙火山岩带（Ⅲ级）南西段，阿鲁科尔沁旗火山盆地之中❶沈阳地质调查中心.大兴安岭成矿带北段基础地质综合研究成果报告.2013.，地处内蒙古自治区东部阿鲁科尔沁旗一带.火山盆地基底为上古生界，包括上石炭统海相碎屑岩-碳酸盐岩建造，下—中二叠统海相碎屑岩-火山岩夹碳酸盐建造，上二叠统陆相河湖相碎屑沉积建造❷沈阳地质调查中心.内蒙古1∶25万扎鲁特旗幅（L51C004001）区域地质调查（修测）项目总体设计..火山盆地中，充填地层自下而上有中侏罗世新民组（J2x）陆相酸性火山岩夹碎屑沉积岩及煤线，晚侏罗世满克头鄂博组（J3mk）中酸性-酸性火山岩、玛尼吐组（J3mn）中性火山岩，早白垩世白音高老组（K1b）酸性火山岩夹碎屑沉积岩、梅勒图组（K1m）中基性火山岩.研究区新民组不整合于晚二叠世林西组（P3ln）之上，被晚侏罗世满克头鄂博组不整合覆盖.

本次研究的“豆状”凝灰岩发育于新民组建组剖面下部层位.新民组建组剖面位于阿鲁科尔沁旗北西约20 km处的新民煤矿（图1），总体为一套含煤火山岩-碎屑岩建造.内蒙古阿鲁科尔沁旗新民乡好力保西煤窑沟中侏罗统新民组实测剖面层序自上而下为：

未见顶中侏罗统新民组三段（J2x3）15.灰白色含角砾晶屑凝灰岩　14.20 m整合接触中侏罗统新民组二段（J2x2）14.灰绿色长石岩屑细砂岩　26.80 m 13.黑色页岩夹煤线　36.00 m 12.灰黑色泥灰岩　3.30 m 11.灰黑色粉砂质泥岩与灰绿色粉砂岩互层　11.80 m 10.灰绿色粉砂岩　4.10 m 9.深灰色泥质粉砂岩　9.10 m 8.灰色晶屑凝灰岩　1.80 m 7.深灰色凝灰质粉砂岩　1.80 m整合接触中侏罗统新民组一段（J2x1）6.灰褐色含角砾晶屑凝灰岩　10.20 m 5.深灰色层凝灰岩　2.90 m 4.灰白色豆状凝灰岩　22.30 m 3.深灰色流纹质含角砾晶屑玻屑凝灰岩　4.90 m 2.深灰褐色含角砾沉凝灰岩　25.90 m 1.灰褐色流纹质晶屑凝灰岩　21.70 m未见底总厚度＞196.80 m

据岩性组合特征划分为3个岩性段：上段（J2x3）为火山碎屑岩，局部夹火山碎屑沉积岩；中段（J2x2）火山喷发间歇期碎屑沉积岩组合，其中夹煤线或煤层；下段（J2x1）为火山碎屑岩，局部夹火山碎屑沉积岩，发育层凝灰岩及豆状凝灰岩，豆状凝灰岩厚度达到22.3 m.

图1　豆状凝灰岩产出位置示意图Fig.1　Sketch map showing the position of pisolitic tuff

2　豆状凝灰岩的岩石学特征

图2　豆状凝灰岩手标本特征Fig.2　Hand specimen of pisolitic tuff

图3　“火山豆”的同心层状韵律层Fig.3　Concentric layered rhythmic texture of volcanic pisolite

豆状凝灰岩手标本呈灰色或灰绿色，由“火山豆”（火山灰球）（65%）及胶结物（35%）组成（图2）.“火山豆”多呈圆状或椭圆形，边缘较圆滑，少部分有破碎形态，呈条形或不规则扇形，其长轴直径在2～10 mm之间，长短轴比在0.57～0.83之间，且长轴略显定向.显微镜下可见“火山豆”内部具同心层状构造.同心层有两个特征：①因火山灰的颜色、粒度差异而形成的韵律层（图3），即同心层由内至外火山灰粒度呈粗细相间变化；②同心层只有内外两层，表现为火山灰粒度内粗外细的特征（图4）.个别的“火山豆”边界略显火焰状，内部颜色较浅，成分为细的火山灰，外部颜色较深呈暗褐色，成分为玻璃质（图5）.各种“火山豆”的内核成分主要为火山尘，其次为少量的细小晶屑、岩屑、玻屑.晶屑呈棱角状，成分为斜长石及石英，粒径0.02～0.13 mm.岩屑呈次圆状，成分为流纹岩及凝灰岩，粒径0.03～0.12 mm.玻屑形态以弯曲条状为主，少量凹面三角形，脱玻为长英质霏细状隐晶集合体.火山尘成分为鳞片状黏土矿物及长英质隐晶集合体.

图4　“火山豆”分内外两层同心层Fig.4　Inner and outer concentric layers of volcanic pisolite

“火山豆”之间的填隙物由岩屑、晶屑、玻屑及火山灰组成.岩屑粒径0.5～2.0 mm，呈次棱角状、次圆状，成分为玄武岩（间隐结构）、玄武安山岩（间隐-交织结构）、闪长玢岩、流纹岩.晶屑成分以斜长石为主，少量钾长石及石英.大部分斜长石晶体两个边缘较平直，但棱角处有磨圆.斜长石晶屑分布不均匀，有局部相对集中的现象（图6）.偶见斜长石晶屑小部分嵌入“火山豆”边部，使“火山豆”内部的同心纹层变形（图7）.部分斜长石晶屑内部有裂纹或整体碎裂，但有“裂而不离”的特征.斜长石晶屑聚片双晶纹较细密，部分可见钠长-肖钠复合式双晶，测⊥（010）晶带，Np'⋀（010）= 10°，An=23，成分为更长石，部分斜长石晶屑表面被绢云母鳞片星散交代，斜长石晶屑粒径0.4～2.4 mm.钾长石晶屑呈次棱角状，少量边缘略磨圆呈浑圆形，或被熔蚀呈港湾状，有微裂纹，成分为条纹长石，条纹呈补片状，晶屑粒径0.4～1.6 mm.石英晶屑呈圆状、次棱角状，边缘被熔蚀呈港湾状，粒径0.2～0.7 mm.玻屑呈凹面三角形、弯曲条形、杆状，脱玻为粒状石英或鳞片状黏土矿物.火山灰充填于岩屑、晶屑及玻屑之间，为隐晶褐铁质成分及黏土矿物.

图5　“火山豆”外层为玻璃质成分Fig.5　Vitreous component in outer layer of volcanic pisolite

图6　“火山豆”之间晶屑成分较集中Fig.6　Crystal fragments concentrated in between volcanic pisolites

图7　长石晶屑嵌入“火山豆”中Fig.7　Feldspar crystal fragments filled in volcanic pisolites

3　豆状凝灰岩的成因探讨

3.1“火山豆”的成因

“火山豆”（volcanic mud ball）又称火山泥球、火山灰球、火山豆石、增生火山砾［2-4］.其成因可能为以下3种情况：①在火山爆发时伴随降水，上涌的细火山灰流与下落的雨滴相互作用，雨滴作为凝聚介质，在雨滴降落过程中，火山灰围绕雨滴一层层增大而形成小圆球，同时受巨大的火山气流涌托，“小圆球”被上下振抛并旋转，而形成层带状韵律，成岩后被上覆沉积物压实，可呈椭圆形、扁豆状，且长轴具有方向性；②火山碎屑围绕一个质点，借助风力或斜坡在疏松的火山碎屑堆积物表面滚动增大所致；③火山爆发产生的蒸气冷却变成水滴，遇细的火山灰沿斜坡与其他火山碎屑物一起以湍流的形式旋转滚动而成.结合上述特征，本文所述的“火山豆”的特征形成过程可能为火山喷发过程中火山灰涌流与岩浆蒸气冷却的水滴或大气降水相互作用的结果.

据新民组的剖面层序分析，新民组下段的层序组合特征表明其火山喷发至少含3次韵律性喷发，且每个喷发韵律都是由爆发相的粗火山碎屑岩向上变为空落相凝灰岩.含本文所述的“豆状凝灰岩”所在的火山喷发韵律，自下而上为深灰色流纹质含角砾晶屑玻屑凝灰岩→灰白色豆状凝灰岩→深灰色层凝灰岩，而以灰白色豆状凝灰岩的厚度较大，可达22 m，反映当次火山喷发的晚期，火山喷发以强烈的喷出火山灰涌流为特征.

炽热的高能量、高密度火山灰涌流（含晶屑、岩屑、玻屑、火山灰），作为炽热高密度湍流，自火山喷发中心或火山口向外迁移过程中，加上降水作用，形成火山灰的凝聚质点，在火山热气底浪的推动下，作湍流运动，火山灰凝聚质点做上下翻滚运动逐渐增大，形成环带层状韵律构造，并随远离火山喷发中心而火山灰粒级变小，形成具同心层状韵律层（图3）特征的“火山豆”凝灰岩.火山碎屑流中最高温度可达715～1000℃［3］，少量“火山豆”遇水淬冷，边缘成分来不及结晶而表现为玻璃质成分（图5）；少量“火山豆”在滚动过程中遇刚性物质，易破碎成不完整形态（图4）.

3.2“火山豆”之间胶结物中晶屑的成因

“火山豆”之间胶结物中晶屑成分较单一，大部分为斜长石，故大部分晶屑属于同源岩浆的产物，少量为火山通道边缘已经固结的岩石发生崩裂而分离出来的晶体碎片.即同源岩浆携带少量异源碎屑喷出火山口后，大部分碎屑经过短距离的搬动，边缘略磨圆，少量异源碎屑发生熔蚀，反映出少量晶屑来源于火山岩中斑晶的特征［5-7］.另有少量晶屑在喷出过程中受气浪的冲击作用显示微碎裂特征，但只体现裂纹或裂开，碎块之间无明显位移，具“裂而不离”特征.钾长石晶屑呈次棱角状，少量边缘略磨圆呈浑圆形，或被熔蚀呈港湾状，具有同源晶屑与异源晶屑的双重特征.如前所述，在显微镜下见“火山豆”之间填隙物中有长石晶屑集聚现象，晶屑经过短距离的搬运后，能量消耗殆尽，受重力分选作用，局部相对较集中.

3.3豆状凝灰岩的成因

综合上述特征的分析，豆状凝灰岩的形成与火山灰涌流及相伴的大气降水共同作用有关.炽热的高能量、高密度火山灰涌流，夹杂着同源晶屑与少量异源碎屑，自火山口向外迁移的过程中，遇降水作用，形成火山灰的凝聚质点，在火山热气底浪的推动下作湍流运动，火山灰凝聚质点上下翻滚运动逐渐增大，形成“火山豆”的环带层状韵律构造.随着火山灰涌流自火山喷发中心向外运动，能量逐渐耗散，半凝固状态“火山豆”经过短距离的搬运，与晶屑一起落入沉积盆地中.由于重力分选作用，长石晶屑有局部相对集中的现象.当半凝固状态的“火山豆”滚动落入沉积盆地中，遇坚硬的长石晶屑，使长石晶屑部分嵌入“火山豆”的边缘，或“火山豆”在滚动的过程中遇坚硬的物质也会出现类似的现象.

［1］陶奎元.火山岩相构造学［M］.南京：江苏科学技术出版社，1994.

［2］谢家莹.火山碎屑涌流堆积与涌流凝灰岩［J］.火山地质与矿产，1996，17（21）：94—96.

［3］刘洋.当代火山喷发碎屑堆积物的研究进展及主要类型［J］.世界地质，1996，15（1）：1—6.

［4］王德滋，周新民.火山岩岩石学［M］.北京：科学出版社，1982.

［5］常丽华，曹林，等.火成岩鉴定手册［M］.北京：地质出版社，2009.

［6］徐夕生，邱俭生.火成岩岩石学［M］.北京：科学出版社，2010.

［7］武汉地质学院岩石教研室.岩浆岩岩石学［M］.北京：地质出版社，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.编辑：张哲.

中国地质调查局项目“松辽盆地外围深部地质调查”（编号1212011220242）；“内蒙古1:25万扎鲁特旗（L51C004001）幅区调修测”（编号1212011120670）.

钟辉（1964—），女，教授级高级工程师，主要从事岩石学及矿物学研究工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河北大街26甲3号，E-mail//2418734955@qq.com