新疆阿什库勒火山群位于新疆于田县城南120km西昆仑山中(图 1a)，平均海拔在4700m以上。据新疆日报报道阿什库勒火山于1951年5月27日爆发过(刘嘉麒和买买提·依明，1990)，构造活动活跃。阿什库勒火山群发育阿什火山、大黑山火山、乌鲁克火山、迷宫山火山、月牙山火山、牦牛山火山、马蹄山火山和椅子山火山等火山渣锥以及数以十记的溅落锥，熔岩台地分布面积约200km²(图 1b)。前人对阿什库勒火山群及其周围地区的研究主要集中在火山地质、岩石学、地球化学、年代学以及构造成因等方面(邓万明， 1989a，b，1998，2003a，b; 李栓科，1991; 赵兴有等，1993; 刘嘉麒，1999; 刘若新，2000; Mattern and Schneider， 2000; Tapponnier et al., 2001; Cooper et al., 2002; 张招崇等，2002; Guo et al., 2006; 林清茶等，2007; 潘家伟，2011; Shan et al., 2011; 许建东等，2011; Liao et al., 2012; Jiang et al., 2013; 潘家伟等，2013; Xu et al., 2013; Guo et al., 2014; 申欢欢等，2014; Yu et al., 2014)。研究结果表明，阿什库勒盆地内的火山活动几乎都发生在第四纪，火山类型大部分属于中小规模的斯通博利式喷发和平静的夏威夷式喷发。

图 1

Fig. 1

图 1 阿什库勒盆地位置图（a）和大黑山火山位置图（b） Fig. 1 Location of Ashikule basin (a) and location of Daheishan volcano (b)

大黑山火山是阿什库勒盆地内最高的火山，位于盆地的中北部，K-Ar年龄为0.5Ma和0.6Ma(刘嘉麒和买买提·依明，1990)。刘嘉麒和买买提·依明(1990)提出大黑山是一座大型复式火山，喷发产物主要是熔岩流和溅落堆积物。本次研究在大黑山火山(2号火山)锥体南侧新发现一套火山碎屑熔岩。邓万明(1998)指出在中昆仑和西昆仑火山岩区，火山碎屑岩以及火山碎屑熔岩零星出露。阿什库勒火山群更未有火山碎屑熔岩的报道。一般来说，火山碎屑熔岩是火山碎屑岩向熔岩过渡的岩石类型，其成因类型与火山喷发方式或熔岩流流动环境密切相关。

本文主要以大黑山火山碎屑熔岩为研究对象，通过地层学、显微结构以及地球化学特征的分析，建立大黑山火山碎屑熔岩的岩相模式，初步探讨火山碎屑熔岩的成因及其作用过程。 1 大黑山火山地质概况

大黑山火山就是2号火山，位于盆地的中北部，它的东南峰为盆地内最高峰，海拔约5080m(图 2b)。通过遥感图像获得大黑山火山底部基座南北长1240m，东西长1100m。火口垣东西长510m，南北440m。大黑山是一座大型复式火山(刘嘉麒和买买提·依明，1990；邓万明，1998)，整体形态保存差，锥体有4个缺口，大致分布于东西南北四个方向。但它到底是由几种火山体组成，一直困扰着研究者。

图 2

Fig. 2

图 2 大黑山火山口照片、遥感影像及锥体地质简图 (a)-大黑山火山锥(拍摄方向从南往北)；(b)-大黑山最高峰(拍摄方向从东往西)；(c)-大黑山遥感影像；(d)-大黑山南侧火口垣V形缺口；(e)-大黑山火山口(拍摄方向从南往北)；(f)-大黑山火口地质简图；(g)-大黑山南北向剖面图 Fig. 2 Pictures，remote sensing image and geological map of Daheishan volcano (a)-cone of Daheishan(from south to north);(b)-the highest peak of Daheishan(from west to east);(c)-remote sensing image of Daheishan;(d)-“V” gap;(e)-crater of Daheishan;(f)-volcanic geological map of Daheishan;(g)-section of Dahieshan(from south to north)

在遥感影像中，大黑山火山锥体北侧可见清晰的环状形态(图 2c)，具有多期活动特征。外侧的环为大黑山早期锥体，锥体外坡发育羊尾巴冲沟(图 2a)，坡角约为16°。锥体破坏严重，东西南北各个方向均有熔岩流溢出口，熔岩流北至山根，西至阿什库勒湖边，东与椅子山火山所在洪积扇相接，南与乌鲁克火山熔岩流接壤，是阿什库勒火山群熔岩台地分布最广的火山。大黑山早期活动开始是爆破喷发为主，紧接着为溢流喷发，破坏了锥体，早期的喷发基本奠定了现在大黑山火山锥体的分布格局。

内侧的环为火口垣，东西高，北侧平缓，南侧是一缺口。火口垣上主要是红褐色熔岩饼，气孔发育。南侧缺口呈“V”字形，贯穿大黑山火山整个南侧锥体。在缺口壁上，可见大块火山渣与熔岩饼互层堆积(图 2d)，反映了火山爆发强度的变化。黑色火山渣粒径范围10~20cm，比重轻，棱角尖锐，气孔发育，表明岩浆碎屑化程度较低，爆发强度弱。地貌上内侧锥体与外侧的锥体明显具有不连续性(图 2b)，这表明后期的喷发对早期锥体造成了破坏，可能的原因就是两次喷发具有较长的时间间隔，喷火口位置发生了改变。这个时期大黑山火山活动主要以造溅落锥为主，晚期有少量熔岩流溢出，但火山活动规模要小于早期的喷发规模。

野外地质调查在火口垣北侧发现一个寄生火山锥，寄生火山的爆发破坏了火口垣北侧部分，也就是为什么北侧火口垣海拔低于东西火口垣的主要原因。寄生火山锥体上发育直径达1m的火山弹，此外还可见红褐色的熔岩饼。寄生火山的出现表明大黑山火山活动已进入末期。

火口内部地势平缓，北高南低，无积水，有小冲沟，底部覆盖洪积物，这些地貌特征直接反映大黑山火山经过了较长时间的剥蚀作用(图 2e)，同时也反映大黑山火山在很长的一段时间里没有大规模的活动。

根据遥感影像、地貌特征和野外地质调查，大黑山火山锥体由渣锥、溅落锥和寄生火山锥组成(图 2f，g)。火山喷发具有多期性、活动规模由大到小、爆发强度由强到弱的特征。前人K-Ar测年所得结果也与多期性这个特征相呼应(刘嘉麒和买买提·依明，1990)。 2 大黑山火山碎屑熔岩

火山碎屑岩以及火山碎屑熔岩是整个藏北新生代火山岩内出露最少的火山岩之一(邓万明，1998)。阿什库勒火山群火山喷发产物主要是熔岩，鲜有火山碎屑熔岩的报道。通过地层岩相特征和显微结构分析，对大黑山火山锥体南侧的火山碎屑熔岩成因进行探讨。

2.1 地层岩相特征 火山碎屑熔岩呈条带状南北向分布(图 2a)，中间发育冲沟，长约1.3km，随着与火口距离变远，岩相发生变化。根据地貌、岩石类型以及地层结构特征的变化，初步把该套火山碎屑岩划分为近火口相、中源相和远源相进行探讨。

近火口相地层(图 3a)，主要位于南侧V形缺口处，大黑山火山锥的南侧边缘，岩石类型主要为气孔发育的含长石晶屑的强熔结集块岩(图 3a)，厚层块状堆积，出露厚度约40m。岩屑大部分为同源刚性岩屑，为早期喷出岩，岩屑分选差，大的一般在10~20cm，小的2mm，次棱角状，含量约20%；晶屑主要为灰黄色长石晶体，晶屑粒径在1~4mm，破碎程度高，形态不一，含量约30%；气孔长度1~2mm，呈扁平或拉长扭曲，含量50%。此外还发育气囊构造(图 3b)，气囊长轴在60~80cm，表明挥发份等气体物质已经没有足够压力碎屑化岩浆，被岩浆包裹带出，反映了火山晚期活动减弱，取岩石样品521-10和521-11。

图 3

Fig. 3

图 3 大黑山火山碎屑熔岩照片及地层剖面示意图 (a)-近源相厚层堆积；(b)-气囊构造；(c)-中源相龟裂地层；(d)-中源块状构造；(e)-远源相地层火山弹；(f)-远源碎裂构造；(g)-火山碎屑熔岩地层剖面示意图 Fig. 3 Pictures and section of pyrocalstic lavas (a)-thick-bedded deposits of proximal strata;(b)-big gas segregation structure;(c)-crack structure of median strata;(d)-block of median strata;(e)-bomb of distal strata;(f)-cataclastic structure of distal strata;(g)-section of pyroclastic-lava

中源相，距离火山锥约400m处，黑色含长石晶屑的角砾熔岩，出露厚度4~6m。岩屑为同源刚性岩屑，粒径5~6cm，次磨圆，含量约25%；晶屑主要为灰黄色长石晶体，破碎程度高，粒径1~4mm，含量约25%；胶结物主要为岩浆，表面呈红褐色，气孔发育，含量约50%。剖面裂缝发育，把整个剖面分割为不规则的龟壳状，判断为冷却收缩形成(图 3c)。往南约50m，沟中岩石呈块状出露，可见60~100cm的同源岩块，有磨圆，部分为砖红色火山弹(图 3d)。取岩石样品Dsh-2和514-02。

远源相，呈扇状分布，距离火口约1.3km，黑色火山角砾熔岩，地层出露厚度约10m，剖面呈碎裂状，岩屑清晰可见(图 3e)。岩屑为同源刚性岩屑，粒径1~4cm，次磨圆，有火山弹(图 3f)，含量约30%；晶屑主要为灰黄色长石晶体，破碎程度高，粒径1~4mm，含量约25%；胶结物主要为岩浆，气孔发育，含量约45%，取岩石样品521-01、521-02、521-03和521-04。地貌上与大黑山早期熔岩台地高差在3~5m。

岩石地层特征为近源发育气囊构造含长石晶屑的强熔结集块岩、中源发育块状构造含长石晶屑的角砾熔岩、远源发育火山弹含长石晶屑的角砾熔岩(图 3g)。宏观上，研究区地层与火山碎屑流近源相堆积地层相比，凝灰物质少，无浆屑拉伸现象。 2.2 显微结构

研究区火山岩石样品薄片分析结果显示，主要发育玻晶交织结构和溶蚀结构。此外还有少量的凝灰结构。

玻晶交织结构 玻晶交织结构一般出现在安山岩和粗安岩中，在研究区样品薄片中普遍发育。如近源的521-11(图 4a)，一部分为玻晶交织结构基质，一部分为玻基斑状结构。两部分不规则混合接触。521-03样品中(图 4b)，交织结构特征明显，长石微晶呈交织状或半平行排列。

图 4

Fig. 4

图 4 正交偏光下显微结构照片 (a)-521-11玻基斑状结与玻晶交织结构；(b)-521-03玻晶交织结构、溶蚀结构；(c)-Dsh-02斑状溶蚀结构；(d)-521-02样品的港湾状溶蚀结构；(e)-521-02凝灰结构与玻基斑状结构；(f)-Dsh-01样品凝灰结构 Fig. 4 Pictures of micro-texture of pyroclastic-lava under crossed polarization (a)-hyalopilitic texture and vitroporphyritic texture of 521-11;(b)-hyalopilitic texture and resorption texture of 521-03;(c)-resorption texture of Dsh-02;(d)-bay-like resorption texture of 521-02;(e)-tuffaceous texture and vitroporphyritic texture;(f)-tuffaceous texture of Dsh-01

溶蚀结构 溶蚀结构主要有两种，一种斑晶表面熔蚀成麻点状，边缘溶蚀弱，如521-03样品(图 4b)，由斑晶和黑色玻璃基质组成，斑晶主要为长石，长石表面熔蚀麻点状，含量约占15%，基质含量约60%，气孔含量约20%，其它矿物含量约5%。另一种斑晶边缘溶蚀强，晶形破坏，边缘参差不齐，如Dsh-02样品(图 4c)，由斑晶和黑色玻璃基质组成，斑晶为长石，大小约4~5mm，有很多斑晶碎屑物质组成的集合体分布于基质中，含量约30%；玻基含量约50%；气孔发育，含量约20%。此外还发育港湾结构(图 4d)。

凝灰结构 凝灰成分主要是晶屑和岩屑，玻屑很少。分成两种，一种是晶屑聚合体，粒径在0.1~0.3mm之间，磨圆好，颗粒之间接触紧密，被基质所包围(图 4e)，晶屑内部可见麻点状的熔蚀结构；另一种是晶屑和岩屑混合的聚合体(图 4f)，粒径分选差，大的达0.5mm，小的达0.05mm，次棱角状，大颗粒之间充填小颗粒，表面光滑。

玻晶交织结构和溶蚀结构是熔岩结构特征。凝灰结构是火山碎屑岩的结构特征。两种不同岩石类型的显微结构出现在同一套连续地层上，到底是凝灰岩还是熔岩？玻晶交织结构和溶蚀结构普遍发育，凝灰结构少，而且多被熔岩基质所环抱或是处于边缘。常丽华等(2009)指出凝灰熔岩中常见熔岩结构构造，晶屑一般常发育熔蚀结构。 3 地球化学分析 3.1 全岩分析

邓万明(1998)指出阿什库勒火山群岩石类型主要是安粗岩。选取大黑山熔岩样品进行全岩测试，样品依次：凝灰熔岩521-01和Dsh-02样品；大黑山锥体西南边缘黑色火山弹样品514-01、大黑山北火口垣黑色火山渣样品514-06和大黑山北侧寄生火口黑色致密熔岩样品514-08(图 2f)；大黑山早期熔岩流样品516-02、516-03、516-04、516-06和516-08，采样位置均位于大黑山熔岩台地边缘。该次测试工作是在河北省区域地质矿产调查研究所岩石化学分析实验室完成，主要测试仪器为Axios^maxX射线荧光光谱仪，检测方法代号GB/T 14506.28—2010。详细测试结果见表 1。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 大黑山岩石样品主量元素成分(wt%) Table 1 Major element composition of Daheishan volcanic rocks(wt%) 样品号 514-01 514-06 514-08 516-02 516-03 516-04 516-06 516-08 521-01 Dsh-2 SiO2 52.87 58.13 57.27 55.63 56.19 56.94 54.59 53.78 63.75 65.68 TiO2 2.14 1.95 1.62 1.63 1.92 1.96 1.74 1.72 1.04 0.96 Al2O3 13.63 14.59 14.32 13.8 14.07 14.3 13.57 13.3 15.03 14.47 Fe2O3 1.54 4.44 3.87 0.65 1.25 1.24 1.07 0.75 0.88 0.52 FeO 6.06 3.09 2.80 5.80 5.75 6.01 5.44 5.72 3.74 3.59 MnO 0.12 0.11 0.10 0.10 0.12 0.12 0.11 0.11 0.07 0.06 MgO 3.89 3.38 4.32 3.71 3.65 3.66 3.38 3.18 1.95 1.41 CaO 8.52 5.65 5.39 7.80 6.64 6.06 8.22 9.14 3.52 2.77 Na2O 2.80 2.83 3.21 2.94 2.94 3.00 2.84 2.77 3.43 3.35 K2O 3.17 3.76 3.90 3.74 3.59 3.59 3.50 3.40 4.79 5.50 P2O5 1.06 0.95 0.77 0.83 0.94 0.95 0.86 0.84 0.45 0.39 LOI 3.82 0.73 2.08 3.02 2.58 1.83 4.34 4.92 1.06 1.00 Total 99.62 99.62 99.65 99.65 99.64 99.65 99.65 99.63 99.7 99.69

表 1 大黑山岩石样品主量元素成分(wt%) Table 1 Major element composition of Daheishan volcanic rocks(wt%)

TAS投点结果表明(图 5a)，大黑山514-01与516-02等早期熔岩样品岩性均为玄武粗安岩；锥体北侧样品514-06、514-08与516-08为粗安岩；样品521-01和Dsh-2为粗面质含集块和角砾岩屑的晶屑凝灰熔岩。岩浆混合作用过渡类型的玄武粗安岩-粗面安山岩很多，岩浆结晶分异作用或混合作用形成的粗面岩较少。K₂O与SiO₂投点结果表明(图 5b)，粗安岩为钾玄岩系列。这些认识与邓万明(1989b，1998)关于藏北岩石类型的认识基本一致。

图 5

Fig. 5

图 5 大黑山火山岩样品TAS投点图(a，据Le Maitre，1989)以及K2O与SiO2判别图解(b，实线根据Peccerillo and Talyer， 1976; 虚线根据Middlemost，1985) Fig. 5 TAS classification plot(a，after Le Maitre，1989) and diagram of K2O vs. SiO2(b，after Peccerillo and Talyer， 1976; Middlemost，1985)of Daheishan volcanic rocks

岩石类型由玄武粗安岩、粗面安山岩到粗面岩的变化特征，反映了深部岩浆演化，从岩石学角度揭示了大黑山活动具有多期性特征。 3.2 稀土元素分析

选取大黑山凝灰熔岩521-01样品，另外选取阿什火山样品518-03、518-07和518-12样品进行稀土元素成分分析。该次测试工作同样是在河北省区域地质矿产调查研究所岩石化学分析实验室完成，详细测试结果见表 2。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 稀土元素成分表(×10-6) Table 2 REE element composition of Daheishan volcanic rocks in Ashikule(×10-6) 样品号 518-03 518-07 518-12 521-01 La 232.8 226.3 139.6 148.5 Ce 478.0 473.6 377.0 384.1 Pr 47.10 47.33 37.07 36.00 Nd 157.3 159.6 124.0 113.0 Sm 24.32 24.35 18.77 16.61 Eu 5.09 5.08 3.97 3.00 Gd 16.50 16.50 13.00 11.40 Tb 2.05 2.05 1.66 1.46 Dy 8.09 7.73 6.42 5.66 Ho 1.29 1.25 1.03 0.92 Er 3.34 3.32 2.69 2.45 Tm 0.47 0.45 0.37 0.36 Yb 2.69 2.57 2.14 2.06 Lu 0.41 0.41 0.31 0.62 Y 32.66 31.53 25.51 24.01 ΣREE 979.5 970.5 728.0 726.1 LREE 944.6 936.3 700.4 701.2 HREE 34.84 34.28 27.62 24.93 LREE/HREE 27.1 27.3 25.4 28.1 (La/Yb)N 58.5 59.5 44.1 48.7 δEu 0.73 0.73 0.74 0.63 δCe 1.02 1.03 1.21 1.20

表 2 稀土元素成分表(×10-6)Table 2 REE element composition of Daheishan volcanic rocks in Ashikule(×10-6)

由表 2和图 6可知，LREE/HREE为25.4~28.1，REE分馏作用明显，属于轻稀土富集型；δEu在0.63~0.74之间，均小于1，为负异常。以上两个特征表明阿什库勒深部岩浆在演化过程中，发生分离结晶作用，斜长石结晶导致残余熔体中形成明显负异常。野外地质主要表现为岩石发育斜长石晶体。

图 6

Fig. 6

图 6 稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(标准化值据Sun and McDonough， 1989) Fig. 6 Chondrite-normalized REE distribution patterns of Daheishan volcanic rocks in Ashikule(normalization values after Sun and McDonough， 1989)

大黑山火山岩主要为粗安岩，属于钾玄岩系列，少量的玄武粗安岩和粗面岩，在大黑山地区可见集块和角砾熔岩。一般情况下，碎屑熔岩(集块熔岩和角砾熔岩等)有三种成因(常丽华等，2009)：①熔岩流包裹快速冷却的角砾或集块，形成角砾熔岩或是集块熔岩，②火口相堆积物，在火山口附近或火山通道中，爆破式喷发形成的集块或角砾被熔岩胶结；③富含挥发分的酸性岩浆，当析出较多长石或石英后，发生爆炸喷发，把早期析出的晶体炸碎，后期被酸性岩浆胶结，形成具有显微镶嵌结构的凝灰质熔岩。地貌上，该套地层位于火山锥体之外，1.3km弯曲的条带状分布，具有连续性和流动性特征；地层上，火口相的浆屑胶结的熔结集块岩，发育气囊构造，指示火山活动晚期岩浆内部压力降低，爆发能力弱，熔岩喷泉式的爆发带出含有大块气体的熔浆团块，具有二次流动的特征。熔岩流中集块或角砾一般棱角尖锐，位于地层的前沿或上部，与熔岩流流动特征类似。综上所述，大黑山火山强熔结集块岩以及碎屑熔岩成因为粗面质岩浆爆破式喷发形成大量的集块、角砾、晶屑和少量凝灰质碎屑，近火口相形成强熔结集块岩，后期喷发规模变小转变成熔岩喷泉式喷发，在地表形成岩浆流动，流动过程中裹带刚性碎屑，形成了大黑山南侧约1.3km长的角砾熔岩。

稀土分馏作用明显，δEu为负异常，岩浆在深部演化过程中，发生分离结晶作用，斜长石晶体析出导致残余熔体中形成明显负异常。这与野外地质上的认识一致。

大黑山火山是一座复式火山，锥体由早期形成的渣锥、晚期形成的溅落锥以及寄生火山锥组成。大黑山岩石类型由玄武粗安岩、粗面安山岩到粗面岩的变化。大黑山火山活动具有多期性特征，喷发产物有大块火山渣、溅落堆积物、碎屑熔岩以及熔岩流等。大黑山火山是阿什库勒火山群最大的火山，在整个阿什库勒火山群活动历史中占有重要地位。该套碎屑熔岩地层的发现，不仅让研究者对大黑山火山产物以及活动方式有了新的了解，也为阿什库勒火山区灾害评价等相关工作提供依据。