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第二节 火山岩

  一、火山岩调查研究
    黑龙江省火山岩分布广泛,出露面积达56000平方公里,约占全省山区半山区面积的17. 5%。特别是中、新生代火山岩最发育,占火山岩面积的90%。火山岩的调查研究工作,大致可 分为4个阶段:
    (一)1949年前阶段
    黑龙江地区早在30年代就有国内外地质学者做过火山及火山岩的调查研究工作,主要有 1933年尹赞勋的《吉林宁安县地质及镜泊湖与吊水楼瀑布之成因》;新带国太郎的《北满之 火山》;1935年杨杰的《中国东北部几个近期火山》;1936年小仓勉的《龙江省五大连池火 山地质调查报告》;1937年尹赞勋的《中国近期火山》;1938年小仓勉的《龙江省二克山火 山地质调查报告》和《满洲五大连池火山概报》;1942年牛来正夫的关于五大连池火山碱性 玄武岩成因的论文。
    (二)1950——1965年阶段
    火山岩的调查研究,在非正规1∶20万区域地质调查报告中作为火山——沉积地层划分对 比。火山岩专题研究工作有1959年唐克东的《大兴安岭中北部喷出岩浆活动》;1965年巩杰 生、贾庆永的《黑龙江省五大连池火山群》;1965年建材部601队提交的《黑龙江省牡丹江崴 子山火山碎屑岩详查最终报告》。
    (三)1966——1978年阶段
    1966年开始进行正规1∶20万区域地质调查工作,除岩石分类定名外,对岩石化学特征也 有所涉及。1969年黑龙江省地质局第一地质队提交了《黑龙江省牡丹江市黄花玄武岩说明书 》。70年代有1972年巩杰生、魏正民的《黑龙江省德都县五大连池火山地区资源的综合利用 》;1974年王承祺等的《黑龙江省德都五大连池火山地质和矿产资源综合利用》。
    (四)1979——1985年阶段
    在1∶20万区域地质调查中采用“双重填图法”研究火山构造;在区域地质调查和专题研 究工作中采用同位素、微量元素、稀土元素分析等方法,对火山岩的岩石化学和地球化学特 征、构造环境、岩浆演化及成矿各方面进行研究。专题研究主要有1979年徐衍强、王承祺、 王允鹏等的《五大连池火山群论文集》;张跃德的《黑龙江省嫩江县东北部科洛火山群的火 山地质和火山地貌》;1980年张国华的《黑龙江省嫩江西山超基性喷发岩及其地质意义》; 徐衍强的《五大连池第四纪火山群的喷发类型和喷发型式》:1981年胡君生的《黑龙江省第 四纪玄武岩的初步划分》;蒋永玉等的《嫩江钾玄岩组分及成因模式》;莫友忱的《黑龙江 省嫩江县科洛新生代火山岩岩石特征》;1982年彭云彪的《火山机构多旋回重叠再现与找矿 关系》;盛中芳、左伯华等的《黑龙江省宁安县镜泊近代火山群与熔岩隧道》;1983年崔革 的《小兴安岭西北部奥陶纪大陆边缘火山岛弧的确定及其演化》;盛中芳等的《镜泊地区新 生代玄武岩中深源包体的特征及演化》;杜世政、杜向荣的《黑龙江省新生代玄武岩及尖晶 石二辉橄榄岩包体的研究》;巩杰生的《黑龙江省新生代火山活动》;张明的《黑龙江省老 黑山、火烧山石龙岩岩石学特征》;胡世玲等的《五大连池新生代玄武岩的K——Ar年龄和锶 、氧同位素特征》;1985年王莹的《大兴安岭侏罗——白垩系研究新进展》;梁秀英的《小 兴安岭东北坡中生代火山岩》;盛中芳等的《黑龙江省宁安县镜泊晚期火山地质考察报告》 ;刘嘉麒的《论中国东北新生代火山活动与大陆裂谷系》。
    二、前寒武纪火山岩
    分布于黑龙江省东部的元古代黑龙江群,经恢复原岩有深海相基性火山岩。
    鹤岗一带的东风山群,以含东风山式金矿而闻名。1980年刘会元指出东风山群下部岩组 为含矿层,其中磁铁铁闪石英片岩(包括钴金矿体)的硫同位素δS(34)为+5.0——-6 .9‰,显示出火山成因的特征,很可能原为海底基性——超基性火山喷发物,流入东风山古 海盆中,再行化学沉淀而成非晶质含水的铁硅酸盐。1982年刘静兰强调火山的成矿作用,认 为东风山金矿为前寒武纪硅铁建造产于含锰硫化物相的金矿床,金的成矿物质来自火山作用 ,硫(δS(34)——5.5——+1.9‰)氧(δO(18)平均值9.79‰)同位素组成可印证 这一推论;矿床为沉积火山喷气或热泉沉积成因,属于受变质型金矿床。
    三、古生代火山岩
    (一)加里东期火山岩
    分布于小兴安岭西北部和张广才岭地区。工作重点围绕多宝山铜矿的勘查和外围区域地 质调查工作进行。1981年黑龙江省地质区域地质测量第一队研究了多宝山地区奥陶纪火山岩 。
    奥陶纪火山岩呈北西向展布,构成多宝山复式背斜。可划分为3个喷发旋回,9个喷发亚 旋回和25个喷发韵律。
    第一喷发旋回,早奥陶世大治组、西鳅河组,为喷发——沉积相,流纹质凝灰熔岩、英 安质凝灰熔岩及火山角砾岩、凝灰岩,多为小规模的喷发。属于大规模构造岩浆活动初期阶 段,首先溢出一些岩浆顶部的混染岩浆。
    第二喷发旋回,中奥陶世铜山组,为喷发——沉积相,流纹质凝灰熔岩、安山质凝灰岩 、英安岩等,喷发强度增大,有爆发和喷溢。深部岩浆上升,岩浆成分由酸性向中性演变。
    第三喷发旋回,中奥陶世多宝山组,以爆发——喷溢相为主夹喷发——沉积相,晚期有 爆发相的次火山相,火山活动强度猛增之后减弱,有安山岩、英安岩、玄武岩及凝灰角砾岩 、凝灰熔岩、凝灰岩。开始为中基性,向中酸性和酸性演变,岩浆来源较深,晚期有中基性 残浆活动。
    该火山岩以贫钾富钠为特征,属细碧角斑岩建造。该岩系是偏碱的钙碱类型,具太平洋 岩系特征。该区是蒙古——鄂霍茨克早古生代褶皱带的一部分。很可能是陆棚近岛弧凹陷的 火山带区域。
    多宝山组火山岩中铜、氟元素丰度较高,有利于铜质运移聚集;铜山组三段富含钙、镁 、铁、对铜质沉淀有利。因此多宝山斑岩铜矿在成矿过程中受第二喷发旋回晚期和第三喷发 旋回早期形成的岩段层位控制,矿体产于华力西中期花岗闪长岩及其外接触带的安山岩及其 凝灰岩的蚀变带上。
    (二)华力西期火山岩
    分布广泛。现以嫩江霍龙门地区为例,根据1984年黑龙江省地质矿产局第一区域地质调 查大队的研究成果,华力西早期火山活动见于早泥盆世罕达气组,由中性与中酸性火山岩( 英安岩、安山岩)组成,以熔岩为主,凝灰岩与火山角砾岩次之,夹凝灰砂岩,厚度大于51 5米。华力西晚期火山活动强烈。早二迭世早期形成了厚达900米的酸性火山岩,主要为片理 化酸性熔岩和酸性凝灰岩,为海相火山喷发。晚二迭世开始大规模的火山活动,先是较为宁 静的火山溢出,后转为强烈的火山爆发,形成了白山组厚达1645米的火山岩,由中性到酸性 演化,又可细分为5个喷发韵律,属陆相火山喷发。二迭纪火山岩在里特曼——戈蒂里图解上 绝大多数落入造山带的B区,说明二迭纪时该区是一个不断褶皱隆起的造山带。
    1982年韩廷峰撰写了《黑龙江省爱辉县付地营子矿区含铜锌硫铁矿床地质特征》,认为 与成矿有关的为下泥盆统罕达气组安山玄武岩、英安岩,厚度大于1000米。安山玄武岩已不 同程度的角岩化、矽卡岩化和片理化,变为黑云母斜长角岩,据角闪石钾氩法测年结果为33 9Ma。硫同位素以重硫为主,来源主要是地壳深部。根据光谱分析矿源层为安山玄武岩。矿床 的形成是由于岩浆活动气水溶液携带S、Cu、Zn离子上升到地表与矿源层中的S、Cu、Zn离子 结合重新沉淀,富集成矿。
    对阿城五道岭钼矿与成矿有关的火山岩也进行了研究。据1979年陈学义撰写的《五道岭 火山热液钼矿床地质特征》,上二迭统五道岭组为流纹斑岩、流纹质凝灰岩夹安山凝灰岩及 安山岩,是矿体的主要近矿围岩,厚度100余米。特点为钾钠含量高,安山质凝灰岩含SiO( 2)53.78%、Na(2)O3.70%、K(2)O3.88%。矿区分布有次火山岩——石英斑岩,呈脉状 产出。含矿矽卡岩体呈不对称漏斗状,依附在石英斑岩体的一侧,其边部有角砾岩带。石英 斑岩SiO(2)>75%,碱6——8%,K(2)O>Na(2)O。矽卡岩化发育在次火山岩体与五道岭 组接触带。矿床的成因和火山作用有关。
    四、中生代火山岩
    (一)印支期火山岩
    分布于黑龙江省东部。分布于东宁县的上三迭统罗圈站组,主要为流纹质熔岩、流纹质 角砾凝灰岩、层凝灰岩、英安岩,厚度大于828米。为陆相火山岩。分布于饶河县境内的上三 迭统,由硅质岩、凝灰岩夹粗玄岩组成。分布于宝清县的南双鸭山组,由凝灰岩、凝灰砂岩 、粉砂岩和凝灰质泥岩等组成。后两处都属于海相火山沉积岩。与印支期火山活动有关的矿 产有东宁九佛沟火山热液型多金属矿,主要矿化围岩为上三迭统中性、中酸性凝灰熔岩和火 山角砾岩。
    (二)燕山期火山岩
    分布广泛,以大兴安岭北段和小兴安岭研究较详。
    黑龙江省地质矿产局第二区域地质调查大队对大兴安岭北段开展了“双重填图”,对中 生代火山地质单辟一章。根据1985年该队提交的开库康幅、塔河区幅和塔源幅1∶20万区域地 质调查报告,该区中生代火山岩的特点如下:
    在火山岩年代学方面,上侏罗统塔木兰沟组取得132.1——175Ma的测年数据;下白垩统 玄武岩组取得113.4——134.3Ma的测年数据;下白垩统上库力组取得90.6——117.8Ma的 测年数据;下白垩统伊列克得组取得88.5——126Ma的测年数据。
    在岩石学和岩石化学方面,分别研究了从基性、中性到酸性的熔岩、火山碎屑岩和沉火 山碎屑岩以及次火山岩,划分了不同的相(爆发相、喷溢相、溢流相、火山口相等)。塔木 兰沟组中基性火山岩、下白垩统玄武岩组基性火山岩、伊列克得组中基性火山岩属碱性玄武 岩系列;上侏罗统吉祥峰组中酸性火山岩、上库力组中酸性火山岩属钙碱性玄武岩系列。多 数Na(2)O>K(2)O,少数K(2)O>Na(2)O。研究了各喷发旋回的稀土元素特征,其中 吉祥峰和上库力喷发旋回稀土总量较高,分配模式与对应的燕山期侵入岩基本相似;但伊列 克得喷发旋回稀土总量较低,且与燕山期侵入岩极不协调。在里特曼——戈蒂里图解上落入 B区和C区,说明晚侏罗——早白垩世时该区是一个隆起的造山带环境。
    该区位于大兴安岭火山岩带的北段,总体方向是北北东向。又可细分为若干火山带和火 山机构。经过航片卫片解译和野外观测,圈出了一些火山口。如开库康幅圈出3条火山带,1 4个火山口,其中中心式11个,裂隙式3个。
    火山喷发旋回,自塔木兰沟组到吉祥峰组由中基性到中酸性是1个喷发旋回,2个亚旋回 。自下白垩统玄武岩组到上库力组由中基性到中酸性是1个喷发旋回,2个亚旋回。
    火山岩与矿产的关系,一是吉祥峰组酸性火山岩中有石英脉型的塔源火山热液型金、银 矿点,和碧洲铜矿化点。二是上库力组有火山玻璃、松脂岩和沸石。
    嫩江霍龙门地区是燕山期火山岩发育的地区。根据1984年黑龙江省地质矿产局第一区域 地质调查大队的1∶20万区调成果,燕山期火山活动为陆相裂隙式喷发。晚侏罗世早期,强烈 的火山喷发形成了以中酸性火山岩为主的龙江组,厚达2297.83米。岩石含SiO(2)52.44 ——70.76%。晚侏罗世中期以陆相湖沼沉积为主,伴有间歇性基性火山喷发,形成九峰山组 ,其中数层玄武岩厚度累计达598.7米。晚侏罗世中晚期火山活动又逐渐加强,形成了由中 基——基性火山岩组成的甘河组,厚达2075.01米。岩石含SiO(2)51.28——60.68%。早 白垩世有中酸性火山喷发,厚达1680.9米,岩石含SiO(2)67.48——74.32%,且K(2) O大于Na(2)O。以上该区燕山期火山岩累计厚度达6652.44米,总的演化趋势是中酸性—— 基性——中基性——中酸性,火山活动强——弱——强——由强到弱。
    1985年,梁秀英对小兴安岭东北坡中生代火山岩进行了研究。划分了3个火山喷发旋回, 即晚侏罗世早期旋回,以酸性、中酸性熔浆爆发式喷发为主,形成流纹质玻屑凝灰岩、熔结 凝灰岩、斜长流纹岩、安山岩等。晚侏罗世晚期旋回,以中基性熔浆大面积裂隙喷溢为主, 形成玄武岩、玄武安山岩、安山岩夹少量粗安岩、粗面岩、英安岩及中性、中酸性火山碎屑 岩。早白垩世旋回,溢流相和爆发相都有,形成透长流纹岩、碱性流纹岩、流纹质熔结火山 角砾岩、凝灰岩夹珍珠岩、黑曜岩。在岩石成因分类上有2种火山岩系列,一是钙碱质火山岩 系列(高铝玄武岩系列),即玄武岩、安山岩、流纹岩组合。一是碱质火山岩系列,即碱性 橄榄玄武岩——粗面岩——碱性流纹岩组合。以前者为主,其中高铝玄武岩含SiO(2)52. 58%、Al(2)O(3)18.51%、Na(2)O3.68%、K(2)O2.22%。在里特曼——戈蒂里图解 中绝大多数投影到B区(造山带地区),表明该区中生代火山活动地处环太平洋造山带而且靠 近稳定的大陆地区,区内的钙碱质岩浆与太平洋板块向欧亚板块的俯冲有关。碱性玄武岩系 列的岩浆来源有2种可能,一种是由钙碱性岩浆派生的;一种来自大洋壳及上地幔局部熔融形 成。
    关于火山岩与矿产的关系,一是晚侏罗世中基性火山岩的气孔和裂隙中充填石英、玉髓 、蛋白石、玛瑙,有的经风化形成玛瑙砂矿。二是早白垩世有珍珠岩、黑曜岩和沸石。三是 晚侏罗世流纹质熔结凝灰岩分布区有锌化探异常。
    黑龙江省与燕山期火山岩有关的矿产还有海林县一部落的沸石和膨润土矿,产于下白垩 统海浪组。嫩江县大砬子沸石矿,产于上侏罗统龙江组。
    五、新生代火山岩
    (一)分布
    自东而西可以分为5个带:
    1.东宁火山岩带,受乌苏里江深断裂及次一级断裂控制,有东宁晚第三纪玄武岩。
    2.密山——敦化火山岩带,受密山——敦化深断裂及次一级断裂控制,有虎林至穆棱晚 第三纪玄武岩、牡丹峰晚第三纪玄武岩、崴子山第四纪火山、宁安第四纪镜泊火山群、杏山 火山群、鹿道晚第三纪玄武岩。
    3.依兰——舒兰火山岩带,受依兰——舒兰深断裂及次一级断裂控制,有尚志晚第三纪 高丽山火山群、方正晚第三纪玄武岩、富锦二龙山晚第三纪玄武岩。
    以上火山岩带皆为北东向。在密山——敦化火山岩带与依兰——舒兰火山岩带之间,还 有3条北西向的火山岩亚带。
    乌斯浑河火山岩亚带,受乌斯浑河断裂控制,有林口至刁翎晚第三纪玄武石。
    倭肯河火山岩亚带,受倭肯河断裂控制,有勃利、依兰晚第三纪和第四纪玄武岩。
    密山——佳木斯火山岩亚带,沿北西向断裂分布,有晚第三纪玄武岩。
    4.小兴安岭火山岩带,大致呈北西西方向,受海拉尔、逊克深断裂及次一级断裂控制, 有第四纪门鹿河火山、嘎丛火山、一架山火山和石参山火山群。
    5.科洛——五大连池——二克山火山岩带,呈北北西方向,受科洛——五大连池——二 克山深断裂控制,有科洛晚第三纪至第四纪火山群,五大连池第四纪火山群和二克山第四纪 火山群。
    (二)时代
    自老而新可划分为7期:
    1.始新世牡丹江黄花组地层中有4层玄武岩。同位素测年41.2——44.9Ma。
    2.中新世尚志、方正玄武岩同位素测年13.0——13.4Ma,宁安鹿道有15.8Ma的数据 ,东宁老黑山有12.24Ma的数据。还有宁安帽儿山(10.6Ma)、牡丹江大架子山(8.97Ma )的数据。
    3.上新世已取得同位素测年数据的有科洛火山群黑山(7.27Ma),和鸡东永安河谷( 3.66Ma)。
    4.早更新世在温春黑山屯及宁安西江桥取得1.1——1.39Ma的测年数据。
    5.中更新世已取得同位素测年数据的有五大连池(0.286——0.563Ma)、二克山(0 .563Ma)、温春西崴子(0.907Ma)。
    6.晚更新世科洛火山群大椅山同位素测年0.133Ma,镜泊湖湖底熔岩0.068Ma。
    7.全新世有五大连池火山群的老黑山和火烧山。镜泊火山群最新一次喷发也取得C14测 年5140年和热发光分析8300年的数据。
    (三)岩石和岩石化学特征
    1.东宁火山岩带,为拉斑玄武岩。
    2.密山敦化火山带及各北西向亚带,除黄花玄武岩属于拉斑玄武岩外,都属于钠质碱性 玄武岩系列的碱性橄榄玄武岩。
    3.依兰——舒兰火山岩带,在尚志县高丽山发现霞石富橄玄武岩;在方正莫得利有富橄 玄武岩,都属于钠质碱性玄武岩系列。
    4.小兴安岭火山岩带,门鹿河火山和石参山火山,岩石含SiO2分别为55.66%和55.60 %,为玄武岩与安山岩的过渡类型,亦属于钠质拉斑玄武岩系列。
    5.科洛——五大连池——二克山火山岩带,为钾质碱性玄武岩系列,又分为2种:一种 是碱性基性岩,分布在科洛——五大连池和二克山火山群,小仓勉命名为“石龙岩”(或称 为白榴玄武岩、白榴碧玄岩、辉橄歪长玄武岩等),SiO(2)含量较高,富钾(5.04——5 .28%),富钛(2.09——2.48%),含碱性长石而不含斜长石。另一种是碱性超基性岩, 分布在科洛火山群的西山、荡子山、平顶山、黑山等地,含SiO(2)43.34%,TiO(2)2. 07%,K(2)O4.68%,Na(2)O3.47%,有的称为玻基辉橄岩,有的称为橄榄白榴岩或白榴 岩。在科洛火山群北北西约40公里处,有大黑山火山,岩性为辉橄白榴岩,和科洛火山群西 山等地岩性相似。
    对各火山岩带的不相容元素、稀土元素进行了初步研究。东宁火山岩带属于贫稀土型, 依兰——舒兰火山岩带和科洛——五大连池——二克山火山岩带属富稀土型(轻稀土富集) ,而密山——敦化火山岩带则介于两者之间。从拉斑玄武岩、碱性橄榄玄武岩到富钾火山岩 ,随着碱含量、尤其是钾含量的增高,不相容和稀土元素含量也增高。
    对各地玄武岩已取得一批锶同位素比值(0.703761——0.706031),在五大连池还取 得氧同位素数据(δO(18)5.50——6.89),五大连池锶氧同位素值都偏高。
    (四)深源包体及岩浆演化
    截至1983年,黑龙江省含尖晶石二辉橄榄岩包体的玄武岩已发现7处,即鹿道、镜泊北湖 头、尚志高丽山、方正得莫利、镜泊火山、林口马鞍山和五大连池。最大的包体见于鹿道, 直径达1米以上。一般10——30厘米,小者不足1厘米。均由镁橄榄石、顽火辉石、含铬透辉 石,铬尖晶石组成。前4处包体的Si(2)43.87——45.46%,MgO37.99——41.43%,K( 2)O0.14——0.40%、N(a)2O0.31——0.72%。含包体的玄武岩浆是在更大的深度上局 部熔融产生的,而尖晶石二辉橄榄岩包体则是玄武岩浆在上升运移途中捕获的地幔更靠上部 的岩块。
    各地区上地幔成分具不均一性,并在不同时间上发生演化。黑龙江省各地区以玄武岩为 主的新生代火山岩岩石化学成分不同,主要是由于它们来自上地幔成分的不同。如富钾玄武 岩分布在二克山、五大连池、科洛、大黑山以至内蒙小古里河北北西向的构造带上,说明深 部有富钾玄武岩浆。在晚第三纪时,喷出碱性超基性喷发岩,到第四纪时则演化为碱性基性 喷发岩,二者为同一岩浆源的产物,前者岩浆来源于地幔原始岩浆,深度大;后者岩浆源深 度减少,经过分异同化作用,全碱及钾的含量略有增加。在密山——敦化火山岩带,始新世 时喷出拉斑玄武岩,至中、上新世和第四纪,则为碱性橄榄玄武岩。自老而新,酸度逐渐降 低,而碱质及碱质中的钾质逐渐升高。空间上从东宁火山岩带向密山——敦化火山岩带、依 兰——舒兰火山岩带到科洛——五大连池——二克山火山岩带,岩石类型由拉斑玄武岩、碱 性橄榄玄武岩向霞石富橄玄武岩和富钾玄武岩过渡,全碱尤其钾增加,稀土元素以及ZrO(2 )(HfO(2))、Rb(2)O、F及Nb/Ta比值也逐步增加。
    (五)构造环境
    科洛——五大连池——二克山火山岩带远离俯冲带,属欧亚板块内部,松辽裂谷的北端 ,地幔上隆区。火山活动受深断裂及次一级断裂控制,火山锥多分布在北东和北西两组断裂 的交汇处。黑龙江省东部的火山岩带位于大陆边缘,距俯冲带较近,亦受深断裂及次一级断 裂控制,如镜泊火山群受北北东、南北与东西向断裂交汇控制。黑龙江省新生代火山活动呈 现东强西弱的趋势。刘嘉麒认为东北地区自晚白垩世以来是个大陆裂谷系,它以松辽地堑为 主体,联合伊通——依兰裂谷、抚顺、密山裂谷,组成一个山脉和盆地相间、隆起和凹陷对 应的复杂构造体系。大洋板块在向欧亚板块俯冲过程中引起大陆边缘分剥离散和弧后扩张, 俯冲带逐渐向大洋撤退。伴随弧后扩张,日本海逐渐拉开,开始时间为45Ma左右。扩张最强 烈时期在25Ma前后,形成日本海和日本岛弧,岛弧对大陆起“屏蔽作用”,日本海盆和松辽 地堑发挥着裂谷作用,板块俯冲和裂谷作用相互联系相互制约,控制着东北区的火山活动。
    (六)火山活动和成矿的关系
    新生代玄武岩类岩石的利用,主要在建材非金属方面。牡丹江温春崴子山和林口马鞍山 的火山碎屑岩,已开采做水泥混合材。牡丹江黄花玄武岩已生产铸石多年。玄武岩还是火山 岩棉的原料。五大连池老黑山还有自然硫,但不具工业意义。第三纪晚期的玄武岩,是世界 上形成重要宝石矿床的成矿原岩,黑龙江省也发现宝石砂矿点。