內(nèi)蒙古赤峰早白堊世多斑流紋斑巖巖相學(xué)特征及成因

鐘 輝，劉 欣，張渝金，伍 月

中國地質(zhì)調(diào)查局 沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽 110034

0 序言

火成巖的研究經(jīng)歷了巖類學(xué)、實驗巖石學(xué)至巖理學(xué)（巖石成因）的進(jìn)程［1］，其研究的目的之一是揭示巖石的成因. 巖類學(xué)是研究巖石成因的基礎(chǔ)，巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造及礦物組合不僅是巖石分類命名的主要依據(jù)，也是分析巖石成因的重要物質(zhì)基礎(chǔ). 火成巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造記錄了巖漿運(yùn)移和冷凝過程中地質(zhì)環(huán)境和物理化學(xué)條件的變化，為研究火成巖的形成和演化提供了最直接的依據(jù)［2］. 大興安嶺發(fā)育中生代火山巖，尤其是早白堊世火山巖廣泛分布，是大興安嶺中生代火山巖重要的組成部分. 關(guān)于早白堊世火山巖成因及形成的構(gòu)造背景，已有的資料多從年代學(xué)及巖石地球化學(xué)方面進(jìn)行探討，認(rèn)為其形成于伸展構(gòu)造背景［3-7］，但從巖石組構(gòu)特征等巖相學(xué)方面來研究討論其巖漿活動及反映的構(gòu)造背景方面鮮有報道. 內(nèi)蒙古赤峰雙勝地區(qū)也發(fā)育有大面積中生代火山巖，以往多據(jù)巖石組合劃分為中—晚侏羅世，近年1∶5 萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查（中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，李家園子等三幅，2019—2021年），在該地區(qū)解體出大量早白堊世火山巖，劃分出以中性火山巖為主的龍江組（K1l）、以酸性火山巖為主的光華組（K1gn），其中侵入有多斑流紋斑巖；在流紋斑巖中獲得131 Ma（鋯石U－Pb，LA－ICP－MS）年齡. 本文通過對雙勝地區(qū)多斑流紋斑巖的巖相學(xué)及結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征的研究，分析探討其可能的成因.

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市巴林右旗，在晚古生代增生造山帶基底之上，發(fā)育中生代火山巖系，隸屬于中生代大興安嶺火山巖帶，NNE 向大廟－呼瑪火山噴發(fā)帶，阿魯科爾沁－海拉蘇火山噴發(fā)盆地（圖1a）［8］.火山盆地基底主要出露于火山盆地邊緣，由晚古生代淺變質(zhì)海相火山巖－陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖和陸相河－湖相碎屑沉積巖組成. 有的巖石經(jīng)歷了較強(qiáng)的變形作用. 火山盆地主要充填有中侏羅世中酸性火山碎屑巖夾碎屑巖及含煤沉積、晚侏羅世中基性—酸性火山熔巖及其相應(yīng)的火山碎屑巖、早白堊世中－酸性火山熔巖及其碎屑巖. 研究區(qū)由于更新世—全新世沖－洪積及風(fēng)積物的大面積掩蓋，中生代地質(zhì)體多呈“孤島”狀出露，巖石有早白堊世龍江組（K1l）中性火山熔巖及火山碎屑巖，光華組（K1gn）酸性火山熔巖、凝灰熔巖及凝灰?guī)r、伴生的潛火山相流紋斑巖（圖1b）.

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及地質(zhì)簡圖Fig. 1 Tectonic location and geological sketch maps of the study area1—第四系（Quaternary）；2—下白堊統(tǒng)光華組（Lower Cretaceous Guanghua fm.）；3—下白堊統(tǒng)龍江組（Lower Cretaceous Longjiang fm.）；4—流紋斑巖（rhyolite porphyry）；5—同位素年齡（isotopic age）；6—樣品位置（sampling location）

2 多斑流紋斑巖的巖相學(xué)特征

本研究樣品采自內(nèi)蒙古赤峰市巴林右旗寶日勿蘇東南約12 km 毛瑞毛都嘎查附近，其巖性為多斑流紋斑巖，呈NNW 走向的巖脈侵入于下白堊統(tǒng)龍江組安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、安山巖之中（圖2a）. 考慮臨近大面積出露有早白堊世光華期（K1gn）酸性火山巖及其中同樣有潛火山巖相流紋斑巖伴生，研究樣品應(yīng)為早白堊世光華期（K1gn）潛火山巖相產(chǎn)物. 手標(biāo)本上，巖石呈淺灰－淺肉紅色調(diào)，多斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)呈隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局部具氣孔狀構(gòu)造（圖2b）. 氣孔含量約5%，形態(tài)有圓形、橢圓形、舌形、葫蘆形，少量為不規(guī)則狀，分布無方向性，孔徑介于0.5～3.0 mm.

圖2 早白堊世多斑流紋斑巖Fig. 2 The Early Cretaceous dosemic rhyolite porphyrya—巖石野外照片（field photograph）；b—?dú)饪讟?gòu)造（vesicular structure）

斑晶含量多達(dá)70%，成分主要為石英（35%）及透長石（30%），少量斜長石（5%）（圖3a）. 石英斑晶在手標(biāo)本呈淺褐－淡茶色，顯微鏡下呈聚斑狀或與透長石一起呈聯(lián)斑狀，以他形粒狀為主，少量呈棱角狀，粒徑0.6～2.4 mm；大部分石英斑晶被熔蝕，邊緣呈渾圓形、港灣狀、波浪形，有的內(nèi)部熔蝕形成鳥眼形孔洞并被后期生長的石英及基質(zhì)充填（圖3b）；有的石英斑晶發(fā)育裂紋，裂紋無方向性，部分石英斑晶具“裂而不離”或“離而不散”特征，裂縫中充填長英質(zhì)霏細(xì)狀基質(zhì)（圖3c）. 斑晶透長石手標(biāo)本呈灰白色，鏡下見其粒徑0.7～1.8 mm，多呈不規(guī)則柱狀、板柱狀及寬板狀，邊緣略顯港灣狀，發(fā)育較清晰的卡氏雙晶，少量具有對角線雙晶，也發(fā)育裂紋；有的見其邊緣發(fā)育梳狀正長石反應(yīng)邊（圖3b），梳狀正長石延長方向垂直透長石斑晶邊緣生長，部分正長石為斑晶透長石的延續(xù)；少量透長石斑晶具有隱晶質(zhì)環(huán)帶狀反應(yīng)邊（圖3d），反應(yīng)邊內(nèi)帶暗褐色，外帶淡黃褐色，外帶中含無方向性分布的針柱狀暗色礦物雛晶，雛晶長徑0.02～0.1 mm. 斑晶斜長石粒徑0.4～0.8 mm，呈半自形寬板狀、板柱狀，發(fā)育隱約顯示的細(xì)密聚片雙晶紋，并見斜長石被包含于透長石之中的現(xiàn)象.

圖3 多斑流紋斑巖顯微結(jié)構(gòu)Fig. 3 Microscopic structures of dosemic rhyolite porphyrya—多斑流紋斑巖斑晶與基質(zhì)（phenocryst and matrix）；b—斑晶石英的鳥眼構(gòu)造及透長石的梳狀反應(yīng)邊（bird’s eye structure of quartz phenocryst and comb-like reaction rim of sanidine）；c—斑晶石英的裂而不散及充填霏細(xì)狀基質(zhì)（fragmentation of quartz phenocryst filled with felsitic matrix）；d—透長石斑晶的環(huán)狀反應(yīng)邊（annular reaction rim of sanidine phenocryst）；Sa—透長石（sanidine）；Qtz—石英（quartz）

基質(zhì)含量30%，呈顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)不均勻；大部分為霏細(xì)狀、花瓣狀長英質(zhì)集合體；局部可見半自形長柱狀、板柱狀及寬板狀正長石微晶，粒徑介于0.1～0.3 mm；此外，還含有針狀、針柱狀暗色礦物雛晶，雛晶長徑介于0.05～0.08 mm，無方向性.

3 礦物的化學(xué)成分特征

礦物成分測定在東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心進(jìn)行，采用JXA－8100 型電子探針. 加速電壓為15 kV，電流為10 nA，束斑直徑為1 μm，分別對多斑流紋斑巖中的透長石斑晶、透長石斑晶的梳狀反應(yīng)邊、基質(zhì)中的正長石成分進(jìn)行了測試，并用Geokit 軟件，計算基本分子組成An－Ab－Or 含量. 分析及計算結(jié)果見表1.

表1 透長石斑晶、梳狀反應(yīng)邊及基質(zhì)正長石電子探針數(shù)據(jù)及長石基本分子計算結(jié)果Table 1 Electronic probe data of sanidine phenocryst，comb-like reaction rim and matrix orthoclase with calculation results of feldspar basic molecules

利用透長石斑晶、透長石斑晶梳狀反應(yīng)邊及基質(zhì)中正長石的電子探針分析的化學(xué)成分，分別計算出其An、Ab、Or 組分. 投點(diǎn)到長石在Or－Ab－An 體系中的成分和命名圖中［9］：透長石斑晶5 個樣品中有4 個樣品落入歪長石區(qū)域，另外一個點(diǎn)在鈉長石與歪長石界線處；透長石斑晶的梳狀反應(yīng)邊的5 個樣品全部落入Na－正長石區(qū)域；基質(zhì)中的正長石成分主要落在Na－正長石區(qū)與歪長石成分區(qū)，有1 個樣品落入鈉長石與更長石邊界，表現(xiàn)出向鉀含量增加方向演化的趨勢（圖4）. 斑晶透長石的Na2O 含量為7.57%～9.29%（平均8.26%），K2O 含量為1.82%～6.63%（平均4.47%）；透長石斑晶梳狀反應(yīng)邊的Na2O 含量為4.27%～6.34%（平均5.62%），K2O 含量為6.66%～9.58%（平均8.11%）；基質(zhì)中正長石的Na2O 含量為4.54%～9.57%，（平均7.57%）K2O 含量為1.57%～10.46%（平均5.81%）. 上述結(jié)果反映從斑晶透長石－基質(zhì)正長石－梳狀反應(yīng)邊長石，具有Na2O 含量降低，而K2O 含量升高的趨勢.無論斑晶還是基質(zhì)，均顯示為K－Na 長石系列.

圖4 長石在Or-Ab-An 體系中的成分和命名（據(jù)文獻(xiàn)［8］）Fig. 4 Compositions and nomenclatures of feldspar in Or-Ab-An system（After Reference［8］）1—透長石斑晶（sanidine phenocryst）；2—斑晶梳狀反應(yīng)邊（comb-like reaction rim of phenocryst）；3—基質(zhì)（matrix）

4 多斑流紋斑巖的成因探討

巖漿巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征是巖漿結(jié)晶物理化學(xué)條件的客觀反映，尤其是潛火山巖，包括斑晶含量及其晶形變化特點(diǎn)、斑晶成分變化等. 斑狀結(jié)構(gòu)常見于潛火山巖中，斑晶含量與成核密度、晶體生長速度、巖漿的過冷度密切相關(guān)［2，9］. 在深部巖漿房緩慢的冷卻條件下，晶體成核密度小，在具有充分結(jié)晶時間保障條件下，可形成大量自形斑晶［9］. 巖石中斑晶含量高達(dá)70%，說明巖漿形成后，經(jīng)歷了斑晶低密度及長時間的結(jié)晶過程，反映巖漿房有較長時間滯留于深部較穩(wěn)定的物理化學(xué)狀態(tài)下，即相對穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造背景.

巖石中長石及石英斑晶多具有熔蝕特征：長石斑晶邊緣呈港灣狀；石英斑晶邊緣呈渾圓形、港灣狀、波浪形，有的內(nèi)部熔蝕形成“鳥眼”形孔洞并被后期生長的石英及基質(zhì)充填. 這些特點(diǎn)說明巖漿房經(jīng)歷了升溫過程，造成早期結(jié)晶斑晶的熔蝕現(xiàn)象. 巖漿房升溫的出現(xiàn)可能主要有兩種機(jī)制：外部熱（液）流注入加熱作用引起的升溫；巖漿房減壓作用引起的升溫作用. 對斑晶長石、基質(zhì)中的長石、斑晶長石梳狀反應(yīng)邊成分分析表明，長石成分均為K－Na 長石系列，且有自斑晶長石、基質(zhì)長石至斑晶長石梳狀反應(yīng)邊，Na2O 含量降低，而K2O 含量升高的特征，反映了巖漿正常演化的特點(diǎn)，這可以排除外部熱（液）流注入的可能；因此，巖漿房溫度升高應(yīng)該與巖漿房減壓作用引起的升溫過程有關(guān). 這種減壓作用，應(yīng)該是巖漿（房）經(jīng)歷了較快速的上升運(yùn)移過程.

研究樣品中斑晶含量高達(dá)70%. 流變學(xué)實驗結(jié)果表明，當(dāng)巖漿中晶體含量達(dá)到約50%時，巖漿體基本處于“凍結(jié)”狀態(tài)，不再具有整體遷移的能力［10-12］，巖漿（房）要繼續(xù)運(yùn)移，需要重新激活. 現(xiàn)有研究表明，巖漿激活機(jī)制主要有兩種觀點(diǎn)：1）升溫活化機(jī)制［13-17］；2）流體活化機(jī)制［18-20］. 研究區(qū)樣品可能經(jīng)歷了減壓過程，伴隨巖漿房減壓，巖漿在升溫的同時，巖漿體系中大量流體及氣液釋放從而激活了“凍結(jié)”狀態(tài)巖漿房.大量氣孔的存在應(yīng)是這一過程的反映.

伴隨巖漿快速上升減壓升溫，早期在深部相對低溫條件下結(jié)晶的石英及長石，遭受熔蝕［21］. 石英斑晶出現(xiàn)“裂而不離，離而不散”的“碎斑”結(jié)構(gòu)特征，也說明巖漿經(jīng)歷了靜壓力迅速降低的過程. 由于靜壓力的迅速降低，晶體體積迅速膨大而“炸裂”，并沿裂隙充填“殘余熔漿”. 由于壓力快速降低，熔漿中大量氣體釋放，從而形成氣孔構(gòu)造及斑晶透長石邊緣垂直生長著呈“梳狀反應(yīng)邊”的正長石.

巖石具有高斑晶含量（70%）、斑晶熔蝕、“碎斑”結(jié)構(gòu)、氣孔構(gòu)造、垂直透長石的“梳狀反應(yīng)邊”的特征. 長石成分的變化為斑晶透長石—基質(zhì)正長石—梳狀反應(yīng)邊正長石，具有Na2O 含量降低而K2O 含量升高的趨勢，反映了巖漿經(jīng)歷早期在深部較長時間的滯留后，后期上升運(yùn)移有逐步加快的特點(diǎn). 同時，反映研究區(qū)構(gòu)造背景，從早期相對穩(wěn)定到后期快速伸展的過程.

本研究樣品為侵位于早白堊世龍江期中性火山巖之中的流紋斑巖，它是早白堊世光華期火山活動的潛火山巖；臨近研究樣品的光華期流紋斑巖年齡為131 Ma（鋯石U－Pb，LA－ICP－MS）. 樣品的巖石結(jié)構(gòu)特點(diǎn)反映其形成于快速減壓的構(gòu)造背景，這種減壓過程應(yīng)是區(qū)域伸展作用的表現(xiàn)，說明在130 Ma 時研究區(qū)進(jìn)入了快速伸展時期，這與大興安嶺地區(qū)發(fā)育該時期雙峰式巖漿活動、松遼盆地開始大幅度斷陷活動［4，22-26］相契合.

5 結(jié)論

多斑流紋斑巖斑晶含量高達(dá)70%，發(fā)育氣孔構(gòu)造、熔蝕結(jié)構(gòu)、碎斑結(jié)構(gòu)，為兼具熔巖及碎斑熔巖結(jié)構(gòu)特征的潛火山巖；其結(jié)構(gòu)特征反映巖漿經(jīng)歷了早期較長時間的深部滯留、后期快速絕熱－減壓上升的過程，快速上升時期應(yīng)為區(qū)域性伸展構(gòu)造背景開始的反映.

本文資料主要來源于內(nèi)蒙古1∶5 萬李家園子幅等三幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目，項目組成員為研究提供了有力幫助，匿名審稿專家為本文最終定稿提出有益的意見及建議，在此一并致謝！