酸性火山巖早成巖期巖礦特征及其地質(zhì)意義
——以新西蘭北島Taupo火山帶Waiotapu地?zé)釁^(qū)火山噴口堆積物為例

楊奕曜，柳益群，周鼎武，焦鑫，岳禎奇，喬江華

1.大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安 710069 2.山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266510

0 引言

隨著火山巖油氣藏的不斷發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)，火山巖的成巖作用受到廣泛關(guān)注并被逐步研究[1-6]。區(qū)別于陸源碎屑巖成巖作用體系，火山巖的成巖作用更為復(fù)雜，主要表現(xiàn)在火山巖特殊成巖作用(熔結(jié)作用、脫?；饔?、碳酸鹽交代作用等)的存在[7]。目前對(duì)于火山巖成巖作用的研究主要集中于埋藏成巖階段，但由于埋藏階段中受壓實(shí)、溶蝕等作用的影響使火山巖早成巖期冷凝固結(jié)—表生蝕變階段的礦物組合發(fā)生改變，受此條件的限制使得目前對(duì)于該方面的研究仍十分薄弱。為此本文選擇形成時(shí)代較新，尚未進(jìn)入埋藏成巖階段的Waiotapu地?zé)釁^(qū)內(nèi)一處于活動(dòng)間歇期的第四紀(jì)小型火山噴口堆積物作為研究對(duì)象，對(duì)其巖石礦物類型進(jìn)行描述，并根據(jù)特征礦物組合、特殊顯微結(jié)構(gòu)、成巖作用及前人實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)結(jié)論對(duì)堆積物表生蝕變階段的溫壓條件、成因模式進(jìn)行討論。為地質(zhì)歷史時(shí)期的酸性火山巖早成巖期的冷凝固結(jié)—表生蝕變階段的巖礦特征及成巖作用研究提供現(xiàn)代對(duì)比實(shí)例。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

Taupo火山帶位于新西蘭北島中部，是自第三紀(jì)以來(lái)，太平洋板塊與印澳板塊東緣俯沖碰撞后形成的Taupo-Hikurangi海溝—安山巖島弧體系中目前仍處于活動(dòng)期的火山弧和弧后盆地[8](圖1)。火山弧主要發(fā)育在Taupo火山帶的南部、東部、北部3個(gè)區(qū)域，其中以南部的Tongariro火山以發(fā)育安山巖為主，東部則以發(fā)育英安巖為代表，北側(cè)的Bay of Plenty則以安山巖、英安巖二者同時(shí)存在為特征。Taupo火山中部則發(fā)育伸展性質(zhì)的弧后盆地，屬整體俯沖背景下的局部拉張環(huán)境，火山活動(dòng)呈現(xiàn)出以流紋巖和高鋁玄武巖共生的雙峰式特征[9-12]。

Waiotapu地?zé)釁^(qū)位于著名的Taupo火山中央地帶。是Taupo火山帶17個(gè)主要地?zé)嵯到y(tǒng)中最大的。其北接Ngapouri正斷層，南端已進(jìn)入Reporoa火山口區(qū)域(圖1)。地?zé)峄钴S區(qū)占地17 km2，自然熱損失量高達(dá)550 MW[13-17]。

圖1 Taupo火山區(qū)及其地?zé)釁^(qū)分布及Waiotapu位置圖(修改自文獻(xiàn)[10,13-14])Fig.1 Location of the Taupo volcanic zone and Waiotapu geothermal area (modified from references [10, 13-14])

在1956—1959年間，在該區(qū)鉆探了7口地?zé)峥碧骄?，深度達(dá)到450～1 100 m。這些井的巖芯資料為該區(qū)的地層巖性特征、水溫變化情況等研究提供了大量的信息。在對(duì)上述7口井巖芯的觀察基礎(chǔ)上，前人將研究區(qū)的主要巖石類型劃分為4類：1)熔結(jié)凝灰?guī)r；2)火山角礫巖；3)流紋巖類；4)夾流紋質(zhì)火山灰的湖相泥砂質(zhì)松散沉積物[18]。酸性熔巖40Ar/39Ar年齡測(cè)定顯示，其年齡主要集中于0.71±0.06 Ma，說(shuō)明研究區(qū)酸性熔巖的主要形成時(shí)代為更新統(tǒng)中階[19]。

2 采樣處位置及樣品基本特征

采樣處位于Waiotapu地?zé)釁^(qū)北部，一直徑約3 m，處于活動(dòng)間期的小型火山噴口堆積物集中處，附近火山活動(dòng)強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)為氣體(主要為水蒸氣和硫化氫)與碎屑物質(zhì)的斷續(xù)式噴出。整個(gè)區(qū)域煙霧彌漫，頗為壯觀(圖2b)。本此采樣沿噴口的中心向邊緣依次采集，共采集樣品5塊(圖2a)，其樣品基本特征見(jiàn)下表(表1)。

圖2 Waiotapu地?zé)釁^(qū)采樣處野外及部分手標(biāo)本照片a.噴口堆積物采樣處及樣品分布及其相對(duì)位置照片；b.采樣點(diǎn)附近區(qū)域仍處于活動(dòng)期的蒸汽池Fig.2 Photographs of the sampling point and specimen in the Waiotapu geothermal area

表1 Waiotapu地?zé)釁^(qū)第四紀(jì)火山噴口沉積物基本特征Table 1 Features of modern volcanic crater sediments from the Waiotapu geothermal area

3 火山噴口堆積物的巖石學(xué)、礦物學(xué)特征

采樣處巖石樣品多為灰白色，整體成較疏松塊狀構(gòu)造。多含有粒徑1～2 mm不等的淺色球狀顆粒、暗黑色玻璃質(zhì)碎屑物質(zhì)。在巖石表面、不同塊體之間的裂隙中發(fā)育呈姜黃色—黑褐色的硫磺粉末。借助偏光顯微鏡、電子探針、掃描電鏡、X衍射、激光拉曼綜合分析后，根據(jù)不同巖石樣品的礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造將樣品巖石分為3類：1)球粒流紋巖；2)流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r；3)硫磺土。球粒流紋巖中的礦物組合分為3類：1)α方石英-PO鱗石英—正長(zhǎng)石；2)奧長(zhǎng)石斑晶；3)紫蘇輝石—鈦磁鐵礦(鈦鐵礦)。流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r中的礦物組合為奧長(zhǎng)石晶屑和塑性玻屑。硫磺土中的礦物組合為：?jiǎn)钨|(zhì)硫和長(zhǎng)英質(zhì)細(xì)粒巖屑。

3.1 球粒流紋巖

此類巖石產(chǎn)出于小型火山噴口的中心位置，距噴口邊緣1.2 m處，手標(biāo)本呈灰白色，質(zhì)地疏松，可觀察到直徑約1～2 mm的細(xì)小球狀顆粒分布于其中，偶見(jiàn)暗黑色玻璃質(zhì)碎屑物質(zhì)(圖3a)。偏光顯微鏡下球粒結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)明顯。球粒結(jié)構(gòu)，即遍布視域由顯微針狀礦物組成的放射狀球粒體，單個(gè)粒徑在1～2 mm之間，多具有2～3層的自生加大環(huán)帶。常出現(xiàn)多個(gè)球粒融合呈啞鈴狀產(chǎn)出(圖3b)。單偏光鏡下球粒體無(wú)色透明，結(jié)晶程度較好的球粒體在正交鏡下呈現(xiàn)明顯的十字消光現(xiàn)象(圖3c)，最高干涉色可達(dá)Ⅰ級(jí)灰。斑狀結(jié)構(gòu)，指球粒流紋巖內(nèi)部發(fā)育的單礦物斑晶，主要有3種：粒徑0.5～1.8 mm的新鮮自形酸性斜長(zhǎng)石(圖3d)、粒徑0.2～0.8 mm的自形—半自形的紫蘇輝石、粒徑0.1～0.3 mm多呈半自形—它形的鈦鐵礦(圖3f)等。這些斑晶?，F(xiàn)于球粒體內(nèi)部，被組成球粒體的顯微針狀礦物所包繞，少量分布于球粒體之間的基質(zhì)中。

球粒流紋巖中的礦物組合可分為3類：1)α方石英-PO鱗石英—正長(zhǎng)石組合；2)奧長(zhǎng)石斑晶；3)紫蘇輝石—鈦鐵礦(鈦磁鐵礦)。

(1) α方石英-PO鱗石英—正長(zhǎng)石

球粒流紋巖的全巖粉晶X衍射結(jié)果顯示，其礦物組成為：α方石英、PO鱗石英、酸性斜長(zhǎng)石和非晶相(圖4)。其中2θ=21.9±0.1°，d=4.05±0.01?；為α方石英的典型特征峰。3組參數(shù)(2θ=20.8±0.1°，d=4.28±0.02?；2θ=23.8±0.1°，d=3.75±0.02?；2θ=27.6±0.1°，d=3.21±0.02?)則為PO鱗石英的典型特征峰[20-21]。α方石英單晶屬于四方晶系，PO鱗石英單晶則為假斜方晶系[22]，二者均為α石英低溫相的同質(zhì)多相體。再通過(guò)對(duì)單個(gè)球粒體的激光拉曼測(cè)試，確定球粒體不僅是由α方石英、PO鱗石英組成，同時(shí)還存在正長(zhǎng)石(圖5b)。背散射圖像上，可見(jiàn)球粒體由大量長(zhǎng)約10～15 μm呈顯微流線狀、樹(shù)枝狀的正長(zhǎng)石和α方石英、PO鱗石英纖維相互交錯(cuò)構(gòu)成(其中淺灰色者為正長(zhǎng)石、深灰色為α方石英或PO鱗石英)(圖6d)。這些正長(zhǎng)石纖維和球粒流紋巖中的火山玻璃對(duì)應(yīng)全巖X衍射中的非晶相部分。為了進(jìn)一步了解球粒體中的單礦物立體形態(tài)及產(chǎn)狀，借助掃描電鏡觀察，可見(jiàn)縱切面一維針狀，橫切面近圓狀的α方石英搭建整個(gè)球粒體骨架(圖3i)，呈假六方片狀的PO鱗石英集合體多沿[001]呈連晶狀態(tài)雜亂堆積產(chǎn)于球粒體的邊緣或針狀α方石英晶簇的表面(圖3j)，而板條狀的正長(zhǎng)石微晶主要充填于針狀α方石英之間(圖3k)，三者相互交織，多層疊置，最終構(gòu)成了球粒流紋巖中的球粒狀纖維礦物集合體。

圖4 球粒流紋巖全巖X射線衍射圖譜測(cè)試單位為中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，檢測(cè)儀器為X射線衍射儀(D/max-2500)Fig.4 X-ray powder diffraction analysis results for Spherulitic rhyolite

圖5 球粒流紋巖激光拉曼顯微照片及光譜測(cè)試單位為中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，檢測(cè)儀器為激光拉曼光譜儀(inVia) Ar+激光器波長(zhǎng)514.5 nm；激光頻率20 mV；掃描速度10 s/3t疊加；光譜儀狹縫20 μmFig.5 Microphotographs and Raman spectroscopy of Spherulitic rhyolite

(2) 酸性斜長(zhǎng)石(主要為奧長(zhǎng)石)

酸性斜長(zhǎng)石主要以自形—半自形斑晶的形式被包裹于球粒體內(nèi)部或產(chǎn)出于球粒體間的基質(zhì)中，顆粒粗大，粒徑范圍在0.2～2 mm之間。發(fā)育典型的鈉長(zhǎng)雙晶、卡鈉復(fù)合雙晶。經(jīng)激光拉曼測(cè)定此類酸性斜長(zhǎng)石斑晶主要為奧長(zhǎng)石(圖5c)，為中酸性巖漿早期冷卻結(jié)晶的產(chǎn)物。

(3) 紫蘇輝石—鈦磁鐵礦(鈦鐵礦)

紫蘇輝石常呈半自形—它形與粒狀鈦磁鐵礦(鈦鐵礦)成共邊結(jié)構(gòu)，密切共生。多產(chǎn)出于球粒體內(nèi)部，二者顆粒粒徑范圍均在0.2～0.8 mm之間，整體含量很少，約占球粒流紋巖整體礦物含量的1%。單偏光鏡下紫蘇輝石成淡綠色，正高突起，正交鏡下可見(jiàn)最高Ⅰ級(jí)褐黃干涉色(圖3g)。電子探針測(cè)試結(jié)果顯示其主要化學(xué)成分為MgO、FeO、SiO2，且 FeO的含量明顯高于MgO的含量(表2)。在顯微鏡下還可見(jiàn)到球粒體中針狀長(zhǎng)英質(zhì)礦物包繞紫蘇輝石—鈦磁鐵礦生長(zhǎng)的現(xiàn)象(圖3f)，據(jù)此可判斷紫蘇輝石—鈦磁鐵礦(鈦鐵礦)這種礦物組合為早期巖漿結(jié)晶礦物，且其結(jié)晶時(shí)間早于球粒體的形成時(shí)間。

3.2 流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r

此類巖石產(chǎn)出于噴口的邊緣位置，手標(biāo)本呈灰白色均一塊狀(圖7a)。全巖粉晶X衍射結(jié)果顯示，其礦物組成為酸性斜長(zhǎng)石、非晶相。在偏光顯微鏡下可看到典型的熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)、假流動(dòng)構(gòu)造，是高溫?zé)霟岬牟Ｐ荚谒苄粤鲃?dòng)的過(guò)程中彼此壓扁疊置，相互粘連熔結(jié)而形成的，是高溫形變的典型結(jié)構(gòu)特征[23-25]。波浪狀、條紋狀、蚯蚓狀的塑形玻屑約占巖石整體礦物含量的90%，這些塑形玻屑在單偏光鏡下無(wú)色透明，正交鏡下全消光。其中的酸性斜長(zhǎng)石粒徑0.2～1 mm之間，多呈它形，破碎、部分溶蝕現(xiàn)象明顯。在塑形玻屑與酸性斜長(zhǎng)石晶屑接觸邊界可觀察到塑性玻屑發(fā)生強(qiáng)烈變形，塑性玻屑的弧面逐漸轉(zhuǎn)化為平滑線狀，包繞整個(gè)晶屑(圖7c)。掃描電鏡下可見(jiàn)塑形玻屑內(nèi)微孔隙十分發(fā)育，常見(jiàn)直徑0.01～0.05 mm的近圓形、呈蚯蚓狀拉長(zhǎng)微型氣孔(圖7b)。

圖6 球粒流紋巖背散射圖片a.共邊結(jié)構(gòu)的紫蘇輝石與鈦磁鐵礦 (放大倍數(shù)250x)；b.同a；c.球粒流紋巖中的單個(gè)球粒體(放大倍數(shù)70x)；d.圖c紅色虛框d區(qū)域?qū)?yīng)放大圖，單個(gè)球粒體內(nèi)部呈放射狀交織生長(zhǎng)的長(zhǎng)英質(zhì)纖維(放大倍數(shù)180x)Fig.6 Back scattered-electron image of Spherulitic rhyolite

表2 主要礦物元素電子探針?lè)治?%)(點(diǎn)位與圖6對(duì)應(yīng))Table 2 Electron microprobe data of chemical compositions (%) of the major minerals

注：測(cè)試單位為中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，檢測(cè)儀器為電子探針儀(JXA-8230)電壓15Kv，束流1×10-8A，束斑1 μm。

圖7 流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r巖石礦物學(xué)特征a.流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r樣品野外照片，樣品呈均一塊狀，受水汽影響表面呈淺灰色；b.掃描電鏡下流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r中發(fā)育的成波浪、蚯蚓狀的拉長(zhǎng)微氣孔(放大倍數(shù)120x)；c.單偏光鏡下塑性玻屑及破碎的酸性斜長(zhǎng)石晶屑；d.圖c正交偏光照片(Pl.斜長(zhǎng)石)Fig.7 Mineralogical features of microphotographs for Rhyolitic ignimbrite

3.3 硫磺土

此類樣品產(chǎn)出于噴口的邊緣向中心15 cm處灰白色塊狀巖石間的裂隙中。樣品呈棕褐色土狀，比重很輕，其中夾雜呈星散狀分布的淺色礦物碎屑(圖8a)。經(jīng)全巖衍粉晶X衍射測(cè)得，其礦物組成為單質(zhì)硫、非晶相。單偏光鏡下可見(jiàn)大量棕黑色粉末狀硫磺，正交鏡下全消光(圖8b)?；鹕讲Ａ?、長(zhǎng)英質(zhì)微晶巖屑作為碎屑顆粒，呈直徑0.3～0.8 mm小團(tuán)塊狀雜亂分布于粉塵狀硫磺基質(zhì)中。

4 火山噴口堆積物相關(guān)問(wèn)題討論

4.1 球粒流紋巖中球粒體形成機(jī)理探討

球粒流紋巖具有明顯的兩期結(jié)晶特點(diǎn)：1)自形程度較好的酸性斜長(zhǎng)石斑晶，半自形共邊結(jié)構(gòu)的紫蘇輝石—鈦磁鐵礦(鈦鐵礦)所代表的早期原始巖漿結(jié)晶產(chǎn)物；2)纖維針狀α方石英、PO鱗石英、正長(zhǎng)石礦物組成的球粒體，代表著巖漿期后表生蝕變的產(chǎn)物。掃描電鏡下可見(jiàn)火山玻璃質(zhì)碎屑向纖維球粒體轉(zhuǎn)化的過(guò)渡現(xiàn)象，即玻璃質(zhì)碎屑在仍保持其原有外形的狀態(tài)下，內(nèi)部開(kāi)始析出纖維針狀α方石英、PO鱗石英、正長(zhǎng)石礦物(圖9)。據(jù)此推斷球粒體為巖漿期后火山玻璃脫玻化的產(chǎn)物。

圖8 硫磺土礦物學(xué)特征a.硫磺土樣品照片；b.硫磺土顯微全貌圖；c.單偏鏡下棕黑色硫磺粉末及亮白色巖屑；d.圖c正交偏光照片(Sul.硫磺；debris.巖屑)Fig.8 Mineralogical features of sulfur

圖9 球粒體脫?；蚊矆Da.b均為尚未完全脫玻化的球粒體，其中均保存殘余火山玻璃碎片，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)代表其脫?；呀?jīng)演化至局部脫?；A段Fig.9 Morphological features of spherulite devitrification

根據(jù)球粒體顯微結(jié)構(gòu)形態(tài)的不同，將球粒體的脫玻化現(xiàn)象抽象為4個(gè)階段：1)火山玻璃階段，即為流紋質(zhì)巖漿初始結(jié)晶階段，表現(xiàn)為火山玻璃尚未開(kāi)始脫?；渑c酸性斜長(zhǎng)石斑晶，紫蘇輝石、鈦磁鐵礦(鈦鐵礦)等巖漿副礦物密切共生(圖10a、圖10-1)。2)局部脫玻化階段，火山玻璃開(kāi)始沿著微裂縫發(fā)育帶形成球粒雛形，雛形內(nèi)部的火山玻璃開(kāi)始出現(xiàn)正長(zhǎng)石、α方石英的分異結(jié)晶，但仍保留部分呈它形的火山玻璃殘片(圖10b、圖10-2)。3)單球粒體階段，火山玻璃脫?；之惤Y(jié)晶基本完成，形成以纖維狀α方石英、PO鱗石英、正長(zhǎng)石單礦物交織共生為特點(diǎn)的完整單個(gè)球粒體(圖10c、圖10-3)。4)疊加增生階段，主要表現(xiàn)在單球粒體出現(xiàn)多層疊加現(xiàn)象或多個(gè)單球粒體出現(xiàn)融合均一化，形成啞鈴狀復(fù)合球粒體，代表著火山玻璃脫?；^(guò)程中球粒體階段的完成(圖10d、圖10-4)。

球粒體的形成主要受2大因素制約，其一為球粒結(jié)構(gòu)的形成環(huán)境；其二為球粒體內(nèi)礦物組合的形成條件。球粒結(jié)構(gòu)作為脫?；饔弥幸环N普遍結(jié)構(gòu)，廣泛賦存于白堊紀(jì)以來(lái)的酸性火山碎屑巖之中[26]。流紋巖脫?；M實(shí)驗(yàn)表明，在常壓水熱條件下，在240 ℃～700 ℃的溫度區(qū)間內(nèi)均發(fā)育球粒結(jié)構(gòu)，且球粒體中普遍存在微晶石英和堿性長(zhǎng)石纖維的礦物組合[27]。而低溫亞穩(wěn)定態(tài)的α方石英、PO鱗石英的結(jié)晶溫度集中于70 ℃～200 ℃，且會(huì)于更高溫度下轉(zhuǎn)化為石英[28-29]。但本研究中的球粒體礦物組成并未出現(xiàn)微晶石英，說(shuō)明其結(jié)晶溫度應(yīng)低于200 ℃[30]。綜上認(rèn)為本研究中以α方石英、PO鱗石英、正長(zhǎng)石纖維組成的球粒體為富玻璃質(zhì)流紋巖在早成巖階段脫玻化作用影響下，在體系封閉、低壓、低溫(70 ℃～200 ℃)水熱環(huán)境中形成的。

圖10 球粒體脫?；A段模式圖a.流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r代表未經(jīng)表生蝕變的原始火山噴出巖，對(duì)應(yīng)右圖1；b.脫?；^(guò)程中殘余的火山玻璃，對(duì)應(yīng)右圖2，代表局部脫?；A段；c.球粒體邊緣的po-鱗石英晶簇，對(duì)應(yīng)右圖3，代表單球粒體階段；d.呈啞鈴狀融合的復(fù)球粒體，對(duì)應(yīng)右圖4，代表疊加增生階段Fig.10 Devitrification in Spherulitic crystallization

4.2 Waiotapu地?zé)釁^(qū)酸性火山巖表生蝕變特征及其模式探討

本研究發(fā)現(xiàn)Waiotapu地?zé)釁^(qū)酸性火山巖的表生蝕變階段具有一定的特殊性，主要表現(xiàn)為4點(diǎn)：1)地?zé)釁^(qū)內(nèi)火山活動(dòng)頻繁，氣體(主要為水蒸氣和硫化氫)與碎屑物質(zhì)呈斷續(xù)式從火山噴口中噴出。2)蝕變礦物地球化學(xué)組成十分穩(wěn)定，為火山玻璃脫?；驘崴锍恋矶傻慕Y(jié)構(gòu)亞穩(wěn)定礦物(α方石英、PO鱗石英、正長(zhǎng)石等)，其主要化學(xué)組成依然為SiO2、Al2O3、K2O，與原始酸性火山巖礦物化學(xué)組成基本一致，未出現(xiàn)長(zhǎng)石發(fā)生沸石化、黏土化和碳酸鹽、硅質(zhì)熱液脈的填充的現(xiàn)象，代表著研究區(qū)酸性火山巖的表生蝕變體系是較為封閉的。3)表生蝕變礦物形態(tài)結(jié)構(gòu)十分完整。通過(guò)掃描電鏡的觀察我們發(fā)現(xiàn)球粒體中的α方石英、PO鱗石英、正長(zhǎng)石纖維結(jié)構(gòu)完整，晶體集合連續(xù)疊置生長(zhǎng)，未發(fā)生大規(guī)模的斷裂與錯(cuò)位，代表了其未經(jīng)過(guò)外動(dòng)力介質(zhì)的搬運(yùn)，其表生蝕變始終發(fā)生于原地堆積處。4)研究區(qū)熱水來(lái)源較為單一且普遍發(fā)生水巖反應(yīng)。Waiotapu地?zé)釁^(qū)內(nèi)的熱水主要來(lái)源于充沛的大氣降水[31]，研究區(qū)內(nèi)地?zé)崴?7Sr/86Sr比值高達(dá)0.709 61，與基巖相近，表明地?zé)崴c殼源基巖發(fā)生過(guò)水巖反應(yīng)[32]。綜上建立如下的模式圖(圖11)。

大氣降水落入地表，沿酸性火山巖中的連通氣孔或微裂隙下滲，在巖漿的加熱作用下，以蒸汽的形式折返回地表并在折返過(guò)程中與圍巖發(fā)生水巖反應(yīng)，促使上覆已冷凝固結(jié)的酸性火山巖發(fā)生蝕變。其中噴口邊緣處的流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，因發(fā)育大量塑性玻屑及明顯的假流動(dòng)構(gòu)造，為高溫流紋質(zhì)巖漿溢流出地表后在塑性流動(dòng)過(guò)程中與空氣接觸冷卻結(jié)晶而成，代表酸性火山巖冷凝固結(jié)階段的產(chǎn)物。球粒流紋巖因其發(fā)育由α方石英、PO鱗石英、正長(zhǎng)石構(gòu)成獨(dú)特的球粒結(jié)構(gòu)，為表生蝕變階段熱水作用期的標(biāo)志產(chǎn)物。另外，值得注意的是在早期巖漿結(jié)晶礦物之中，出現(xiàn)了紫蘇輝石—鈦磁鐵礦(鈦鐵礦)的典型基性巖礦物組合，代表了末期流紋質(zhì)巖漿噴發(fā)時(shí)仍攜帶有原始深源巖漿組分。

5 結(jié)論

(1) 新西蘭北島Taupo火山帶Waiotapu地?zé)釁^(qū)第四紀(jì)小型火山噴口堆積物組成為：球粒流紋巖、流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、硫磺土。其中球粒流紋巖中的礦物組合為：α方石英-PO鱗石英—正長(zhǎng)石、酸性斜長(zhǎng)石(主要為奧長(zhǎng)石)、紫蘇輝石—含鈦磁鐵礦(鈦鐵礦)；流紋質(zhì)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r的礦物組合為：酸性斜長(zhǎng)石、塑性玻屑；硫磺土的礦物組合：?jiǎn)钨|(zhì)硫、長(zhǎng)英質(zhì)巖屑。

圖11 Waiotapu地?zé)釁^(qū)酸性火山巖表生蝕變階段模式圖Fig.11 Supergene reformation in Waiotapu

(2) 球粒流紋巖中的球粒體是由先結(jié)晶的富玻璃質(zhì)的流紋巖，在低壓、低溫(70 ℃～200 ℃)、水熱條件下，其中的火山玻璃逐漸脫?；纬傻?，為酸性火山巖表生蝕變階段熱水作用期的產(chǎn)物；流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r為酸性火山巖冷凝固結(jié)階段冷卻成巖期的產(chǎn)物。

(3) Waiotapu地?zé)釁^(qū)折返式熱水作用模式的建立，為酸性火山巖早成巖期表生蝕變過(guò)程的研究提供了良好的現(xiàn)代對(duì)比實(shí)例。

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